【摘要】：丁醇是一種有機(jī)溶劑,廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。生物丁醇是丙酮丁醇梭菌以淀粉類物質(zhì)為原料經(jīng)ABE發(fā)酵的產(chǎn)物。目前國內(nèi)外主要以碳源為出發(fā)點(diǎn),試圖尋求廉價(jià)碳源以降低生產(chǎn)成本,與氮源相關(guān)的研究較少。故本研究以氮源為基礎(chǔ)優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基,以期降低生產(chǎn)成本,同時(shí)解析氮源調(diào)控ABE發(fā)酵的機(jī)制,奠定氮源對(duì)丁醇產(chǎn)量影響的理論基礎(chǔ)。本研究以實(shí)驗(yàn)室保存的丙酮丁醇梭菌為研究對(duì)象,考察氮源種類對(duì)ABE發(fā)酵的影響,并結(jié)合單因素和Box-Behnken實(shí)驗(yàn),確定發(fā)酵最優(yōu)培養(yǎng)基為:木薯粉80.0g/L、豆粕10.9g/L、碳酸鈣1.8g/L、硫酸鋅 0.34g/L,K2HPO4-KH2PO4(1:1)0.5g/L。在最優(yōu)培養(yǎng)基下,丁醇與總?cè)軇┊a(chǎn)量分別達(dá)到15.69 g/L和26.32 g/L,與優(yōu)化前相比提高了 52.03%和 55.73%。在前期的工作中,發(fā)現(xiàn):豆粕可顯著提高溶劑產(chǎn)量,而乙酸銨則可縮短發(fā)酵時(shí)間。因此,探究添加豆粕-乙酸銨復(fù)合氮源是否可進(jìn)一步提高ABE發(fā)酵效率。然而,無論是以木薯粉還是葡萄糖為碳源,復(fù)合氮源的添加會(huì)抑制約30%的丁醇產(chǎn)量。通過進(jìn)一步發(fā)酵實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)乙酸銨中的NH4+是主要的抑制因子。NH4+的引入使丁醇與總?cè)軇┊a(chǎn)量比對(duì)照組分別降低了 90.28%和90.81%,總?cè)軇┊a(chǎn)量/葡萄糖利用量?jī)H為0.090 g/g,嚴(yán)重影響溶劑產(chǎn)量及得率。為進(jìn)一步研究NH4+在有機(jī)氮源存在的情況下調(diào)控ABE發(fā)酵的生理機(jī)制,從胞內(nèi)微環(huán)境(NADH/NAD+、pH)、酶學(xué)水平以及轉(zhuǎn)錄水平多方面解析NH4+的抑制機(jī)理。最終明確乙酸銨為唯一氮源可縮短發(fā)酵時(shí)間,而在有機(jī)氮存在的情況下,NH4+將抑制NADH的利用,抑制丁酸乙酰乙酸酯CoA轉(zhuǎn)移酶的酶活性并且使基因askA、buk、adc、ctfA、adhE以及bdhB表達(dá)量下調(diào),進(jìn)而抑制ABE發(fā)酵。
【圖文】：

２．５．１．２氮源濃度的確定逡逑豆粕作為大豆提油后的副產(chǎn)品，近年來價(jià)格持續(xù)走低。對(duì)于工業(yè)化而言，低逡逑生產(chǎn)成本意味著高經(jīng)濟(jì)效益。由圖２－１可知，隨著豆粕濃度的增加，丁醇與總?cè)苠义蟿┊a(chǎn)量不斷增加，增幅則是先增加后降低。相比于對(duì)照組，添加１0邋ｇ／Ｌ豆粕，逡逑丁醇與總?cè)軇┊a(chǎn)量可達(dá)１１．１５邋ｇ／Ｌ和１７．５８邋ｇ／Ｌ，提高５．４９倍以及７．１３倍。然后逡逑隨豆粕濃度的增加，丁醇與總?cè)軇┑脑龇_始不斷降低，當(dāng)豆粕濃度為２０ｇ／Ｌ逡逑時(shí)其增幅僅為２．６８％，此時(shí)豆粕濃度的增加對(duì)于溶劑產(chǎn)量作用不大。因此，從低逡逑成本高效益的角度而言，，工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)豆粕的濃度可以選擇為１0邋ｇ／Ｌ。逡逑ｒ￣ｉ丙搦產(chǎn)Ｉ逡逑２４邋（？邐＿乙醉產(chǎn)ａ逡逑ｒｉ邋ｒ？邋產(chǎn)邋ａ逡逑＆灥產(chǎn)ｉ逡逑ｉｔｒ邐＿邐W逡逑Ｉ＇２＇邐｜邋；｜邋Ｉ逡逑Ｉ邋Ｉ邐Ｉ逡逑０邐Ｉ－邋５邐５邐１０邐２０逡逑Ｓ柏濃度％；Ｌ）逡逑圖２－１氮源濃度對(duì)產(chǎn)量的影響逡逑Ｆｉｇ邋２－２邋Ｅｆｆｅｃｔ邋ｏｆ邋ｎｉｔｒｏｇｅｎ邋ｓｏｕｒｃｅ邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｎ邋ｙｉｅｌｄ逡逑２．５．１．３碳源濃度的確定逡逑碳源的濃度直接影響工業(yè)化的生產(chǎn)成本，故考察不同濃度的木薯粉對(duì)于逡逑ＡＢＥ發(fā)酵的影響。由圖２－２可知，隨木薯粉濃度的增加，溶劑產(chǎn)量也隨之增加。逡逑但是木薯粉的濃度增加到一定值后

２．５．１．４碳酸鈣濃度的確定逡逑研究表明，ＣａＣ０３既可充當(dāng)緩沖劑調(diào)節(jié)發(fā)酵液中的高ｐＨ值，又可平衡產(chǎn)酸逡逑期時(shí)的ＮＡＤＨ和ＡＴＰ［７８＝７９］，從而促進(jìn)溶劑生產(chǎn)。由圖２－３可知，碳酸鈣的添加逡逑均可促進(jìn)溶劑生產(chǎn)。隨碳酸鈣濃度的增加，溶劑產(chǎn)量也不斷增加，但超過２邋ｇ／Ｌ逡逑時(shí)，產(chǎn)量又隨濃度的增加而減少。額外添加２邋ｇ／Ｌ碳酸鈣，丁醇與總?cè)軇┊a(chǎn)量可逡逑以達(dá)到１５．０５邋ｇ／Ｌ和２２．６８邋ｇ／Ｌ，比對(duì)照組提高了邋３０．５３％以及２９．８２％。逡逑ＣＺＩ內(nèi)？產(chǎn)攝逡逑２５邋－邐乙酵產(chǎn)１逡逑—Ｉ�。绠a(chǎn)最逡逑丨邋ＨＢ：＇洛劑產(chǎn)罱逡逑．ｍｉｌｌ逡逑０邐０？邋５邋Ｊ邐２邐３邐４邐５逡逑碳酸鈣濃度（ｇ／Ｌ＞逡逑圖２－３碳酸鈣濃度對(duì)產(chǎn)量的影響逡逑Ｆｉｇ邋２－３邋Ｅｆｆｅｃｔ邋ｏｆ邋ＣａＣ0３邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｎ邋ｙｉｅｌｄ逡逑２．５．１．５緩沖鹽濃度的確定逡逑由圖２－４可知，磷酸緩沖鹽溶液的添加對(duì)于溶劑產(chǎn)量有促進(jìn)作用。丁醇與總逡逑溶劑產(chǎn)量隨著磷酸鹽緩沖液濃度的增加而增加，但是當(dāng)Ｋ２ＨＰ0４－ＫＨ２Ｐ０４的濃度逡逑１９逡逑
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ923

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2652237