丙酮丁醇梭菌代谢工程菌的构建及其发酵性能

丙酮丁醇梭菌Clostridium acetobutylicum可以利用葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、纤维二糖等多种底物,发酵糖获得丙酮、丁醇、乙醇等产物,是一种优良的木质纤维素同步糖化发酵菌种。为获得具有更优良发酵性能的木质纤维素发酵菌株,使用代谢工程技术对丙酮丁醇梭菌进行改造。将乙酰乙酰CoA硫解酶基因(thl)的启动子和末端两个同源片段以及醛/醇脱氢酶基因(adhE)的开放阅读框连接到pUC18上,构建成整合型质粒pTAEE,电转化丙酮丁醇梭菌后在红霉素抗性平板筛选转化子。通过PCR扩增及产物序列分析表明,质粒pTAEE中的adhE基因以单交换的方式整合到转化子基因组中,增强adhE的表达。重组菌T4的乙醇得率为2.3%,比野生菌提高了15%,乙醇浓度为0.39 g/L,与野生菌相当;丁醇得率为41.6%,比野生菌提高了69%,丁醇浓度为6.9g/L,比野生菌提高了41%,获得了发酵性能更高的丙酮丁醇梭菌代谢工程菌株。     

perR基因的敲除对丙酮丁醇梭菌摇瓶发酵的影响

为了提高丙酮丁醇梭菌对分子氧的耐受能力,降低厌氧发酵环境,构建了超氧化物阻遏蛋白(PERR)基因敲除的工程菌株。应用Ⅱ组内含子敲除系统,PCR克隆perR-Targetron基因与载体连接构建敲除质粒pSYperR,电转化丙酮丁醇梭菌C.acetobutylicum ATCC 824,PCR筛选验证获得突变菌株C.acetobutylicum ATCC 824-ΔperR,采用摇瓶发酵对其突变菌株进行发酵性能研究。结果表明:静止状态发酵丁醇C.acetobutylicum ATCC824-ΔperR比C.acetobutylicum ATCC 824丁醇产量提高7.89%,摇床转速为200 r/min时,C.acetobutylicum ATCC824-ΔperR的丁醇产量是C.acetobutylicum ATCC 824的3.34倍。研究表明,通过Ⅱ组内含子敲除系统,构建的C.acetobutylicum ATCC824-ΔperR在发酵过程中降低了氧分子的伤害,不需要严格的厌氧条件,从而降低发酵成本。     

丙酮丁醇梭菌发酵小麦麸皮生产丁醇

对丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)8016发酵小麦麸皮或麸皮混合其他非粮淀粉质原料生产丁醇进行了研究。实验结果表明,当初始糖浓度为55g/L时,以纯麸皮为底物,发酵终点总溶剂达到21.43g/L,丁醇13.08g/L,糖醇转化率39.57%;以麸皮混合红薯、木薯为底物,发酵终点总溶剂达到22.37g/L,丁醇13.24g/L,糖醇转化率为39.95%,均能达到传统玉米醪发酵丁醇水平。证明小麦麸皮作为一种粮食加工废弃物完全可以替代粮食用于丙酮丁醇发酵。     

原料碳氮比对丁醇发酵两阶段发酵性能的影响

在丙酮丁醇发酵的产酸期和产溶剂期两阶段,向葡萄糖质量浓度固定的培养基中添加不同质量浓度酵母浸粉,比较了不同碳氮比培养下的丙丁梭菌在相应阶段产气、耗糖、产有机酸、发酵相转型和产溶剂等发酵性能的差异。结果表明,在产酸期,适中的碳氮比(46.7~93.4 mol/mol)能够保证菌体以正常速度生长,不至于过分刺激或是抑制有机酸的合成,使发酵顺利完成相转型,有利于缩短发酵周期;在产溶剂期,较高的碳氮比(93.4~186.7 mol/mol)可以有效抑制副产物溶剂丙酮和乙醇的积累,且保持丁醇产量达到12 g/L以上,从而获得较高的丁醇/总溶剂比例。继而再利用玉米粉、木薯粉和豆饼粉3种含碳氮比差异较大的生物质原料进行丙酮丁醇发酵,验证了上述关于原料碳氮比对丁醇发酵各阶段发酵性能影响效应的结论。     

紫外线诱变处理丙酮丁醇梭菌——可以提高代谢产物

1 前言 丙酮丁醇梭菌(Clostridium aceto-butylicum.)发酵产物为丙酮、丁醇、丁酸等有机溶剂。该菌为强厌氧菌。在1887年Gruber以后,由Beijerinck等众多科学家致力于对丙酮丁醇发酵的研究,一直到1916年由Weizmann的研究才真正应用到生产实践中。 梭菌具有丰富的淀粉酶,基质无需糖化能充分糖化含淀粉的原料。由于众多科学家的研究,筛选出了许多可利用含碳源原料的优良菌种,故此,推动了该菌发酵的原料来源。也可依人们的意愿和生产要求,筛选出不同要求的原始菌株。     

PDMS膜生物反应器中ABE发酵的实验研究

采用PDMS膜生物反应器和丙酮丁醇梭菌进行了丙酮-丁醇-乙醇(ABE)发酵实验研究.进行了2轮封闭循环连续发酵实验,发酵时间分别为264h和300h.2轮实验的发酵-膜分离耦合操作模式有区别:第1轮实验仅在白天(每天8:00～20:00)运行膜渗透汽化同步分离提取ABE产物(间断耦合);第2轮实验则在前192 h发酵阶段全程运行膜同步分离(连续耦合),之后采用和第1轮相同的间断耦合发酵模式.结果表明,第2轮发酵细胞的生长状况和发酵能力好于第1轮;2轮实验发酵液平均浓度分别为1.781g/L和1.884g/L;第2轮实验丁醇体积产率、得率系数、丁醇总产量分别比第1轮提高了95.2％、14.2％、121.2％.对发酵动力学行为进行了初步分析.     

生物丁醇合成途径中关键酶及其基因的研究进展

生物丁醇是一种清洁的新型能源,已应用于与汽油调合,乙醇-柴油混合燃料的助溶剂等,成为替代石油能源的新型燃料之一。文中阐述了利用丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)发酵生产ABE(丙酮、丁醇、乙醇)的生物合成途径、代谢途径中的关键酶及基因工程技术改造其基因的最新研究进展,分析了提高溶剂产量和构建基因工程菌过程中存在的问题,并展望了未来的发展前景和研究方向。     

少根紫萍(Landoltia punctata)高比例燃料丁醇发酵方法研究

以少根紫萍(Landoltia punctata)为原料,以丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum) CICC 8012为菌种发酵生产燃料丁醇的研究.筛选出高淀粉含量的少根紫萍,HPLC分析其酸水解液表明,单糖组成有葡萄糖、木糖和半乳糖.糊化后的少根紫萍培养基可以直接发酵,47.50g/L的初总糖发酵可生成9.3 1g/L的丁醇、13.60g/L的丙酮丁醇乙醇,发酵得率为0.35,其中丁醇占总溶剂的比例为68.46％,比玉米发酵的高14.11％.少根紫萍培养基经降黏后发酵,丁醇和总溶剂分别提高到9.61g/L和14.80g/L,比没降黏的提高了3.22％和8.82％.HPLC分析表明发酵残糖含有以木糖和半乳糖为单糖组成的寡糖和少量的葡萄糖.该研究首次开发了一种新型非粮原料少根紫萍发酵生产燃料丁醇,工艺简单,并且还具有目标产物丁醇在总溶剂的比例高的优点.     

丙酮丁醇产生菌的筛选、鉴定及其产丁醇性能优化

由于丁醇对生产菌的抑制甚至毒害作用导致丙酮丁醇发酵过程中出现低产物浓度、低产率现象是目前生物法获取丁醇过程中亟待解决的一个关键科学问题。为获得高丁醇耐受性及高丁醇产量生产的菌株,该文采用自行设计的"三明治"筛选方法,从土壤中筛选出4株高丁醇耐受性菌株,其中菌株a914的发酵性能最佳,经P2培养基和木薯粉培养基发酵后其丁醇的产量分别为5.44和3.02 g/L。菌株a914经16S r DNA鉴定其与拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii)的同源性高达99%,以及结合菌株a914的生理生化特性最终确定菌株a914为拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii)。同时还对菌株a914的发酵性能进行了初步研究,试验结果表明,其最适的木薯粉浓度为80.0 g/L、酵母浸粉浓度为3.0 g/L、碳酸钙添加量为3.0 g/L,在此条件下丁醇和总溶剂产量分别达到6.73和9.83 g/L。     

丙酮丁醇梭菌发酵条件优化研究

以P2培养基为基础组分,分别通过改变初始葡萄糖浓度、初始酵母膏浓度以及初始pH值,研究这3个单因素对丁醇发酵的影响,确定了培养基的较佳条件:初始葡萄糖浓度60g/L、初始酵母膏浓度3g/L、初始pH值6.8.此外,采取接种量5％、发酵温度37℃、发酵时间72h,可使总溶剂浓度(丁醇、丙酮、乙醇)达到13.52g/L,其中丁醇、丙酮、乙醇浓度分别为8.83g/L、3.90g/L和0.79g/L,丁醇比例为65.31％.糖丁醇转化率为21.1％(平均值),糖总溶剂转化率为31.3％(平均值).