【摘要】：生物質(zhì)能源作為一種可再生的化石能源替代物，日益受到全世界越來(lái)越多的關(guān)注。甜高粱是重要的能源作物之一，具有高產(chǎn)、耐旱、耐貧瘠的優(yōu)良特性，不僅能提供糖類(lèi)，還能提供大量的木質(zhì)纖維素原料以生產(chǎn)燃料乙醇，被認(rèn)為是最有前途的能源作物之一。然而甜高粱生物乙醇的生產(chǎn)，往往存在木質(zhì)纖維素原料預(yù)處理程序復(fù)雜、纖維素組分轉(zhuǎn)化效率低、糖液濃縮成本高、發(fā)酵周期內(nèi)莖稈汁液糖利用率不高等問(wèn)題，本研究主要針對(duì)以上限制因素進(jìn)行了研究。 以甜高粱品種M81為試驗(yàn)材料，以清洗烘干后未經(jīng)處理的甜高粱渣為對(duì)照，研究了在常溫、高溫高壓、微波條件下Ca(OH)2和常溫條件下NaOH處理甜高粱秸稈渣對(duì)甜高粱秸稈渣木質(zhì)纖維素組成結(jié)構(gòu)及纖維素酶酶解糖化效率的影響。結(jié)果表明，采用的4種處理都能有效地改變甜高粱渣木質(zhì)纖維素組成結(jié)構(gòu)，其中NaOH常溫長(zhǎng)時(shí)間處理對(duì)于木質(zhì)素與半纖維素的溶降效果最好，三種石灰處理對(duì)半纖維素的溶解也均有一定作用。掃描電鏡觀察石灰高溫高壓與NaOH常溫處理對(duì)于木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)的改變不同，前者處理木質(zhì)纖維素表層木質(zhì)素結(jié)構(gòu)被侵蝕嚴(yán)重，呈破碎狀附著在纖維素表面，內(nèi)部纖維結(jié)構(gòu)仍緊密排列，后者處理木質(zhì)纖維素束狀結(jié)構(gòu)溶脹降解，表層木質(zhì)素成分被大量去除，被包裹的纖維素組分顯露，，纖維素網(wǎng)斷裂且纖維素表面出現(xiàn)許多小孔。經(jīng)這4種方式處理后的甜高粱渣，木質(zhì)纖維素中纖維素與半纖維素經(jīng)纖維素酶酶解糖化，葡萄糖和木糖產(chǎn)物濃度都有所提高，分別達(dá)到對(duì)照的1.5倍、2.1倍、1.9倍、4.2倍和3.1倍、5.0倍、4.9倍和2.4倍。 對(duì)甜高粱莖稈汁液與木質(zhì)纖維素渣進(jìn)行了混合同步糖化共發(fā)酵試驗(yàn)，考察了渣汁比、溫度、初始pH值、纖維素酶量、酵母接種量等因素對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物乙醇產(chǎn)率的影響，并通過(guò)Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)對(duì)發(fā)酵條件進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果顯示，同步糖化混合發(fā)酵試驗(yàn)的最優(yōu)發(fā)酵條件為：渣汁比5.93%（w/v），溫度為36.92℃，纖維素酶添加量為24.21FPU（NS50013）、36.32CBU（NS50010）/g（SSB），酵母接種量為8.38%（v/v）時(shí)，乙醇產(chǎn)率達(dá)到最高的84.03%。 對(duì)工業(yè)釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)菌株T1308的糖代謝流基因進(jìn)行了基因工程重組改造，使得酵母菌株糖代謝能力得到增強(qiáng)，發(fā)酵效率得到提升。以工業(yè)釀酒酵母為初始菌株，提取酵母基因組DNA，以其為模板設(shè)計(jì)引物分別對(duì)TPI1p、HXT7p(486bp)、PGK1p(646bp)、FBA1p(642bp)、ADH1p(1186bp)、TDH3p(711bp)六個(gè)釀酒酵母組成型強(qiáng)啟動(dòng)子及木酮糖激酶基因XKS1(2177bp)、轉(zhuǎn)醛酶基因TAL1(1225bp)、轉(zhuǎn)酮酶基因TKL1(2456bp)、磷酸戊酮糖差向異構(gòu)酶基因RPE1(882bp)、核糖 5 磷酸異構(gòu)酶基因RKI1(1019bp)六個(gè)基因進(jìn)行了擴(kuò)增，此外還獲取了粳稻、O型菌和301細(xì)菌（Clostridium phytofermentans細(xì)菌）優(yōu)化后的三種木糖異構(gòu)酶基因XI；并通過(guò)融合PCR的方法將各啟動(dòng)子與相應(yīng)基因進(jìn)行融合連接，將得到的帶有強(qiáng)啟動(dòng)子的各個(gè)基因通過(guò)LiAc化學(xué)轉(zhuǎn)化法同源重組轉(zhuǎn)化進(jìn)入釀酒酵母基因組中，得到三種能夠代謝木糖且糖代謝流得到增強(qiáng)的轉(zhuǎn)基因酵母菌株；發(fā)酵試驗(yàn)結(jié)果表明，三種轉(zhuǎn)基因工業(yè)酵母菌株木糖利用率分別為23.5%、24.9%、28.8%，分別達(dá)到對(duì)照的3.21、3.41、3.94倍，且糖代謝速率較原始菌株提高，為燃料乙醇生產(chǎn)提供了新的菌株選擇。
【圖文】：

6-磷酸葡萄糖和 3-磷酸甘油醛進(jìn)入酵解途徑（EMP），最終在厭氧條件下生成乙醇。 圖1-1 自然界中真菌和細(xì)菌代謝木糖發(fā)酵乙醇的途徑Fig. 1-1 Outline of D-xylose metabolic pathway in fungi and bacteria11

1.3.2 釀酒酵母糖代謝流增強(qiáng)基因工程改造 圖1-2 為增加乙醇發(fā)酵能力對(duì)糖代謝途徑的基因工程操作簡(jiǎn)圖Fig. 1-2 Simplified illustrations of metabolic steps engineered for improved xylose fermentation.The identified enzymes have been overexpressed; crossed pathways indicate deleted enzymes1.3.2.1 XI 途徑導(dǎo)入釀酒酵母木糖異構(gòu)酶（XI，EC 5.3.1.5）是在體內(nèi)催化從 D-木糖到 D-木酮糖的可逆異構(gòu)化的酶。此外，它可以在體外催化 D-葡萄糖轉(zhuǎn)化為 D-果糖，因此又被稱(chēng)為“葡萄糖異構(gòu)酶”。這后一種活性在工業(yè)中可用于生產(chǎn)果葡糖漿（也叫高果糖漿，high fructose corn syrup，HFCS）木糖異構(gòu)酶被劃分為兩個(gè)類(lèi)型：familyⅠ（如 T. thermophilus XI）和 familyⅡ（如E. coli XI，C. phytofermentans XI 和 Piromyces sp. E2 XI）。木糖異構(gòu)酶 familyⅠ和 familyⅡ相比較，GC 含量高
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：S216.2

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 郭美華;杜寶杰;;乙醇汽油混合燃料的燃燒和排放特點(diǎn)分析[J];叉車(chē)技術(shù);2010年02期

2 劉海臣;劉猛;鄭其鑫;;響應(yīng)面法微波預(yù)處理稻草秸稈產(chǎn)還原性糖的優(yōu)化研究[J];中國(guó)釀造;2012年11期

本文編號(hào)：2657997