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运动发酵单胞菌的乙醇发酵及其代谢流量分析的研究

作　者: 张慧
导　师: 曹雁平
学　校: 北京工商大学
专　业: 生物化工
关键词: 乙醇 运动发酵单胞菌 高效液相色谱 正交设计 代谢网络 代谢通量分析
分类号: TQ223.122
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


根据代谢工程和发酵工程理论,研究了环境条件对运动发酵单胞菌发酵生产乙醇的影响,建立了发酵液多组分的测定方法和运动发酵单胞菌糖代谢网络及其模型,优化其发酵条件,重点探讨了溶氧量和pH值对菌体胞内关键酶活力及其代谢通量分配的影响。1.试验确定的HPLC分离检测运动发酵单胞菌发酵液代谢产物的条件为:选用SunFireTMC18色谱柱(5μm,4.6×150mm),二极管阵列检测器,流动相为10mmol/LpH2.5磷酸二氢钾溶液,流速0.8mL/min,该条件下可同时分离检测葡萄糖酸钠、丙酮酸、乳酸、乙酸等代谢组分;选用IC-PakTMIon-Exclusion色谱柱(50A,7μm,7.8×300mm),示差折光检测器,2mmol/L硫酸溶液作为流动相,流速为0.6mL/min,可同时检测葡萄糖、山梨醇、琥珀酸、乙酸和乙醇。测定发酵液中葡萄糖、乙醇等物的相对标准偏差在0.005%～0.018%,平均回收率在96.86%～101.99%。2.运用正交设计试验设计优化了最佳种子培养基和培养条件。最佳种子培养基是(g/L):葡萄糖100,酵母膏2,NH4NO3 1,KH2PO4 1,MgSO4 0.5。最佳培养条件为:30℃,10%(v/v)接种量,种子培养时间24h,初始pH5.5。在最适条件下,运动发酵单胞菌的三角瓶乙醇积累量可达28.35g/L,在10L发酵罐中,进行厌氧发酵36h后,发酵液中乙醇含量稳定在为43.64g/L。3.分析了运动发酵单胞菌在不同溶氧条件下的代谢关键酶和代谢通量分配,确定丙酮酸(PYR)是运动发酵单胞菌的代谢关键节点,此节点的流量分配比影响着乙醇的最终产率;代谢模型优化计算得到的乙醇理论产率Yp/s = 63.94%。4.在不同pH条件下,运动发酵单胞菌的糖代谢流经ED、EMP、TCA的代谢流分配是不同的,随着pH不断降低,乙醇、苹果酸、琥珀酸的通量大幅度降低,总糖消耗速率也逐步降低,因此发酵过程中pH和溶氧控制尤为重要。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
前言  9-10
第一章 绪论  10-24
  1.1 乙醇的生产方法  10-13
    1.1.1 发酵法  10-11
    1.1.2 化学合成法  11-12
    1.1.3 乙醇生产方法的比较  12-13
  1.2 国内外发酵生产乙醇的研究现状  13-15
    1.2.1 运动发酵单胞菌生产乙醇的研究  13-15
    1.2.2 运动发酵单胞菌和酵母菌生产乙醇的比较  15
  1.3 运动发酵单胞菌的几种代谢关键酶的研究  15-18
  1.4 代谢工程  18-21
    1.4.1 代谢通量分析简介  18-19
    1.4.2 代谢通量分析理论及方法  19-20
    1.4.3 不同菌种的代谢通量分析应用  20-21
  1.5 本论文的主要研究内容  21-23
  1.6 论文撰写说明  23-24
第二章 发酵液组分测定方法的建立  24-32
  2.1 引言  24
  2.2 材料和方法  24-26
    2.2.1 菌种  24
    2.2.2 仪器与试剂  24-25
    2.2.3 色谱分离条件  25
    2.2.4 流动相的配制  25
    2.2.5 样品预处理  25
    2.2.6 定性与定量  25-26
  2.3 结果与讨论  26-31
    2.3.1 流动相的选择  26-28
    2.3.2 流动相pH 的选择  28
    2.3.3 流动相浓度的影响  28-29
    2.3.4 流动相流速的影响  29
    2.3.5 工作曲线（外标法）  29-30
    2.3.6 重复性和回收率试验  30-31
  2.4 小结  31-32
第三章 运动发酵单胞菌发酵条件的初步研究  32-39
  3.1 引言  32
  3.2 材料和方法  32-33
    3.2.1 材料  32
    3.2.2 培养基  32
    3.2.3 分析方法  32-33
  3.3 结果与讨论  33-38
    3.3.1 种子培养基的确定  33-36
    3.3.2 种子培养条件的研究  36-37
    3.3.3 最佳发酵培养基的研究  37-38
  3.4 小结  38-39
第四章 不同溶氧条件对运动发酵单胞菌关键代谢酶活力的影响  39-52
  4.1 引言  39
  4.2 材料和方法  39-44
    4.2.1 材料  39-41
    4.2.2 实验方法  41-44
  4.3 结果与讨论  44-50
    4.3.1 标准曲线的绘制  44-46
    4.3.2 运动发酵单胞菌胞内酶蛋白含量  46
    4.3.3 不同溶氧量对运动发酵单胞菌代谢关键酶活力的影响  46-50
  4.4 小结  50-52
第五章 代谢通量模型的建立及运动发酵单胞菌糖代谢流量的分析  52-67
  5.1 引言  52
  5.2 材料和方法  52-54
    5.2.1 实验仪器  52
    5.2.2 菌种  52-53
    5.2.3 培养基和培养条件  53
    5.2.4 分析方法  53-54
  5.3 运动发酵单胞菌的代谢通量分析  54-58
    5.3.1 运动发酵单胞菌的代谢通量模型的建立  54-57
    5.3.2 运动发酵单胞菌网络模型方程及自由度分析  57-58
  5.4 结果与讨论  58-66
    5.4.1 不同溶氧的通量分析  58-61
    5.4.2 不同pH 的通量分析  61-65
    5.4.3 乙醇的最大理论得率（Yp/s）  65-66
  5.5 小结  66-67
第六章 结论和建议  67-70
  6.1 结论  67-68
  6.2 今后的工作的建议  68-70
参考文献  70-76
附录  76-78
研究生期间发表的论文情况  78-79
致谢  79

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 基本有机化学工业 > 脂肪族化合物（无环化合物）的生产 > 脂肪族醇（醇、羟基化合物）及其衍生物 > 脂肪族醇 > 饱和一元醇 > 乙醇（酒精）
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