提高丙酮丁醇梭菌产溶剂稳定性及防止退化的研究

在丙酮丁醇梭菌连续传代过程中,添加乙酸钠可增强其稳定性,同时在未添加乙酸钠的发酵液中分离获得溶剂产量明显降低的退化菌株DNU83,其丁醇产量为2.33 g·L-1,仅为初始菌株的1/6.培养基中添加乙酸钠、丁酸钠或K2 HPO4等弱酸盐均可恢复退化菌株的产溶剂能力,如同时添加苄基紫精,可显著促进丁醇合成.7％玉米培养基中添加4 g·L -1 K2 HPO4和30 mg·L-1苄基紫精,丁醇产量可达18.01 g·L-1,总溶剂21.59 g·L-1,丁醇比为83.43％,丁醇产量较未退化菌株NU22提高24.09％.     

添加有机酸对Clostridium acetobutylicum合成丙酮和丁醇的影响

为提高丙酮-丁醇梭菌厌氧发酵生产丙酮和丁醇的能力,在发酵过程中添加有机酸（乙酸和丁酸）,考察其对菌体生长、溶剂合成影响。实验表明：当添加1.5 g/L乙酸时能够促进菌体的生长,促进丙酮的合成,在600 nm处的最大OD值比参照值高出18.4%,丙酮的最终质量分数提高了21.05%,但不能促进丁醇的合成;当添加1.0g/L丁酸时能够促进菌体生长,促进丁醇的合成,在600 nm处的最大OD比参照值高22.29%,丁醇的最终质量分数比对照组提高了24.32%,但不能促进丙酮的合成。     

玉米黄浆水在丙酮-丁醇厌氧梭菌发酵中的应用

为降低丙酮-丁醇厌氧梭菌发酵生产丁醇的成本,研究了不同添加量玉米黄浆水对发酵的影响。与葡萄糖培养基相比,在发酵培养基中添加少量玉米黄浆水对发酵产量无显著影响。当添加体积分数为25％的玉米黄浆水时,丙酮、丁醇和乙醇的最终质量浓度分别是0．31、2．70和8．00g/L,总溶剂量为11．01g／L。通过成本核算,每生产1kg溶剂,添加体积分数25％的玉米黄浆水可比葡萄糖培养基节约成本2．11元。     

丙酮丁醇梭菌发酵菊芋汁生产丁醇

对丙酮丁醇梭菌Clostridium acetobutylicum L7发酵菊芋汁酸水解液生产丁醇进行了初步研究。实验结果表明,以该水解液为底物生产丁醇,不需要添加氮源和生长因子。当水解液初始糖浓度为48.36 g/L时,其发酵性能与以果糖为碳源的对照组基本相同,发酵终点丁醇浓度为8.67 g/L,丁醇、丙酮和乙醇的比例为0.58∶0.36∶0.06,但与以葡萄糖为碳源的对照组相比,发酵时间明显延长,表明该菌株葡萄糖转运能力强于果糖。当水解液初始糖浓度提高到62.87 g/L时,发酵终点残糖浓度从3.09 g/L增加到3.26 g/L,但丁醇浓度却提高到11.21 g/L,丁醇、丙酮和乙醇的比例相应为0.64∶0.29∶0.05,表明适量糖过剩有助于C.acetobutylicum L7胞内代谢从丙酮合成向丁醇合成途径调节;继续提高水解液初始糖浓度,发酵终点残糖浓度迅速升高,丁醇生产的技术经济指标受到明显影响。     

萃取耦合发酵工艺生产丁醇研究

萃取耦合发酵可有效减弱产物抑制和提高底物利用效率,本文就萃取耦合发酵生产丁醇工艺中的萃取剂的选择、萃取剂加入量、底物浓度等发酵条件进行了研究。结果表明:最佳萃取剂为大豆油生物柴油,油水比为3∶5,发酵过程无需搅拌,静置发酵为宜,在发酵之初加入萃取剂。分别以玉米和木薯为发酵底物,确定其最适底物浓度为100 g/L,以玉米为原料萃取耦合发酵中丁醇和总溶剂产量分别为18.17 g/L和29.31 g/L。以木薯为原料萃取耦合发酵生产丁醇及总溶剂产量比传统发酵分别提高了48.69%和51.80%。     

丁酸胁迫耦联丙酮丁醇梭菌-酿酒酵母混合培养强化丁醇发酵性能

为改善丁醇发酵性能,提出丁酸胁迫与丙酮丁醇梭菌-酿酒酵母混合培养体系协同作用的新型丁醇发酵优化控制策略.7L发酵罐中,在溶剂生产期(24 h)添加4.0 g/L-broth的丁酸浓缩液和0.2 g-DCW/L-broth的酿酒酵母进行发酵,丁醇浓度、丁醇/丙酮比和总溶剂生产效率与对照相比分别提高35％、43％和79％,达到15.74 g/L、2.83和0.52 g/L/h的最高水平.若将精馏后溶剂混合物作为高效柴油添加剂,柴油添加剂中B∶A∶E比例可达74∶17∶9(w/w)的高水平,产品质量获得显著改善.试验及分析阐明该优化控制策略可大幅诱发赖氨酸的分泌及在梭菌中的吸收/利用,提高梭菌对高丁醇浓度环境的耐受能力,促进丁醇合成;可强化梭菌对底物利用的竞争能力、提高电子往复穿梭传递系统中还原力再生速率、产生更多用于丁醇合成的NADH.两者的协同作用大幅提高了丁醇发酵的整体性能.     

玉米芯半纤维素水解液中抑制物对丁醇发酵的影响北大核心CSCD

半纤维素水解液抑制物对微生物细胞的毒性限制了其在丁醇发酵中的应用,旨在探讨其对产丁醇共生体系TSH06的抑制作用并为其应用于丁醇发酵奠定基础。通过稀酸水解半纤维素制得水解液,采用P2培养基稀释的半纤维素水解液为底物,分别利用NaOH和氨水调节培养基pH值,结合实时荧光定量PCR方法来研究水解液对产丁醇共生体系TSH06的抑制作用。以NaOH调节pH抑制菌体的生长,氨水调节pH菌体可生长发酵。产丁醇菌株TSH06可以在50%稀释度以下的水解液中发酵生长,并且能够耐受并降解抑制物糠醛与5-羟甲基糠醛,最终丁醇产量达到4.16-5.16 g/L,低于P2培养基中的丁醇产量(8.83 g/L)。稀释水解液中,48 h之后乙酸浓度在3.18-4.16 g/L,远大于P2培养基中的乙酸浓度(低于2 g/L)。相对于P2培养基,在50%水解液中培养的TSH06有机酸生成途径关键基因的基因转录水平明显提高,而有机酸返耗途径以及丁醇生成途径的关键基因的基因转录水平则明显下降。水解液中过多的乙酸抑制了产酸期到产溶剂期的转化,而酸的累积使得菌体在底物被完全消耗之前就趋于衰退死亡,从而造成丁醇产量的降低与底物的不完全利用。     

利用甜菜糖蜜补料发酵生产丁醇

从土壤中分离出1株适合利用甜菜糖蜜发酵生产丁醇的丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)2N,通过优化发酵条件,得到最适发酵温度为33℃,玉米浆最适添加量为15g/L,发现甜菜糖蜜中还原糖质量浓度高于50g/L时影响菌株的生长和溶剂生产。以补料分批发酵方式降低底物抑制,33℃发酵48h后,丁醇和总溶剂的质量浓度分别达到14.15g/L和19.65g/L,丁醇质量分数超过70%。     

玉米芯半纤维素水解液中抑制物对丁醇发酵的影响

半纤维素水解液抑制物对微生物细胞的毒性限制了其在丁醇发酵中的应用,旨在探讨其对产丁醇共生体系TSH06的抑制作用并为其应用于丁醇发酵奠定基础。通过稀酸水解半纤维素制得水解液,采用P2培养基稀释的半纤维素水解液为底物,分别利用NaOH和氨水调节培养基pH值,结合实时荧光定量PCR方法来研究水解液对产丁醇共生体系TSH06的抑制作用。以NaOH调节pH抑制菌体的生长,氨水调节pH菌体可生长发酵。产丁醇菌株TSH06可以在50%稀释度以下的水解液中发酵生长,并且能够耐受并降解抑制物糠醛与5-羟甲基糠醛,最终丁醇产量达到4.16-5.16 g/L,低于P2培养基中的丁醇产量(8.83 g/L)。稀释水解液中,48 h之后乙酸浓度在3.18-4.16 g/L,远大于P2培养基中的乙酸浓度(低于2 g/L)。相对于P2培养基,在50%水解液中培养的TSH06有机酸生成途径关键基因的基因转录水平明显提高,而有机酸返耗途径以及丁醇生成途径的关键基因的基因转录水平则明显下降。水解液中过多的乙酸抑制了产酸期到产溶剂期的转化,而酸的累积使得菌体在底物被完全消耗之前就趋于衰退死亡,从而造成丁醇产量的降低与底物的不完全利用。     

铁改性沸石对Clostridium acetobutylicum XY16固定效率及发酵性能的影响

考察4种无机铁盐改性沸石对丁醇生产菌Clostridium acetobutylicum XY16的固定效率及其发酵产丁醇性能的影响。结果表明:铁改性沸石对菌体的固定效率均优于未改性沸石,而Fe3+改性效果优于Fe2+,经FeCl3改性的沸石对菌体具有良好的吸附作用,当Fe3+-zeolite用量为180 g/L时,细胞的固定效率达到87%。在此基础上,比较了沸石负载的铁离子量对丁醇发酵性能的影响,沸石负载的铁离子量为6.0 mg/g时可显著提高丁醇发酵性能,当葡萄糖质量浓度为60 g/L时进行发酵,丁醇产量为13.5 g/L,总溶剂可达20 g/L,总溶剂的生产速率为0.385g/(L.h),比游离细胞发酵分别提高了9.5%、10.3%和40%。     

限制葡萄糖、葡萄糖/乙酸双底物条件下自由控制丙丁梭菌ABE发酵丙酮浓度和丙酮/丁醇比

提出一种可以提高和自由控制丙丁梭菌ABE发酵丙酮浓度与丙酮/丁醇比的方法。（1）通过控制糖化酶用量、反应时间和温度调节玉米培养基初始葡萄糖浓度,使发酵进入到产溶剂期后,残留葡萄糖浓度降至接近于0 g/L的水平;（2）在葡萄糖受限的条件下,诱导丙丁梭菌合成分泌糖化酶,分解寡糖,将葡萄糖维持于低浓度,进而限制梭菌胞内糖酵解途径的碳代谢和NADH生成速度。与此同时,外添乙酸形成葡萄糖/乙酸双底物环境。在能量代谢基本不受破坏、丁醇未达到抑制浓度的条件下,适度抑制丁醇生产,有效地利用外添乙酸强化丙酮合成;（3）在外添乙酸的基础上,添加适量酿酒酵母,形成丙丁梭菌/酿酒酵母混合发酵体系,提高梭菌对高丁醇浓度的耐受能力。整个发酵体系可以将丙酮浓度和丙酮/丁醇比自由控制在5~12 g/L和0.5~1.0的水平,最大丙酮浓度和丙酮/丁醇比达到11.74 g/L和1.02,并可维持丁醇浓度于10~14 g/L的正常水平,充分满足工业ABE发酵对于丙酮和丁醇产品的不同需求。     

化学改性甘蔗渣对固定化细胞发酵产丁醇的影响

旨在研究化学改性的甘蔗渣作为固定化载体对丙酮丁醇梭菌Clostridium acetobutylicum XY16发酵制备生物丁醇的影响。首先利用不同浓度的聚乙烯亚胺(PEI)和1 g/L戊二醛(GA)对甘蔗渣表面进行化学改性,增强甘蔗渣对Clostridium acetobutylicum XY16的附载能力。经4 g/L聚乙烯亚胺和1 g/L戊二醛改性的甘蔗渣(添加量10 g/L)应用到固定化批次发酵中,发酵36 h后丁醇和总溶剂浓度最高,分别达到了12.24 g/L和21.67 g/L,同时溶剂的生产速率达到0.60 g/(L·h),生产速率比游离细胞和未改性甘蔗渣固定化细胞分批发酵分别提高了130.8%和66.7%。在此基础上对改性甘蔗渣固定化的细胞进行6次重复批次发酵,丁醇和总溶剂的产量稳定,溶剂生产速率逐渐提高至0.83 g/(L·h),同时转化率也提高至0.42 g/g。     

In situ extractive fermentation of acetone and butanol

The productivity of the acetone-butanol fermentation was increased by continuously removing acetone and butanol from the fermentation broth during fed-batch culture. Whole broth containing viable cells of Clostridium acetobutylicum was cycled to a Karr reciprocating plate extraction column in which acetone and butanol were extracted into oleyl alcohol flowing counter-currently through the column. By continuously removing these toxic metabolites from the broth, end product inhibition was reduced, and a concentrated feed solution containing 300 g/L glucose was fermented at an overall butanol productivity of 1.0 g/L h, 70% higher than the productivity of normal batch fermentation. The continuous extraction process provides flexible operation and lends itself to process scale-up.     

利用核糖体工程选育丙酮丁醇菌提高丁醇产量

利用核糖体工程技术对丙酮丁醇梭菌Clostridium acetobutylicum L7进行诱变筛选,以获得丁醇高产菌株。使用链霉素诱变C.acetobutylicum L7并结合设计的平板转接逐次提高链霉素浓度的筛选路线,获得丁醇产量较高的菌株S3。结果表明,S3丁醇产量为(12.48±0.03)g/L,乙醇产量为(1.70±0.07)g/L,相对于原始菌分别提高了11.2%及50%;丁醇/葡萄糖转化率由原始菌的0.19提高到0.22,丁醇生产率达到0.24 g/(L.h),相比提高30.5%;耐受丁醇浓度由原始菌的12 g/L提高到14 g/L;发酵液粘度下降到4 mPa/s,同比降低了60%,利于后续分离工作的进行,降低发酵成本。进一步研究工作表明,S3菌株遗传稳定性良好。因此,核糖体工程技术是一种选育丁醇高产菌株的有效方法。     

In-situ recovery of butanol during fermentation

End product inhibition can be reduced by the in situ removal of inhibitory fermentation products as they form. Extractive fermentation, in which an immiscible organic solvent is added to the fermentor in order to extract inhibitory products, was applied to the acetone-butanol fermentation. Six solvents or solvent mixtures were tested in batch extractive fermentations: kerosene, 30 wt% tetradecanol in kerosene, 50 wt% dodecanol in kerosene, oleyl alcohol, 50 wt% oleyl alcohol in a decane fraction and 50 wt% oleyl alcohol in benzyl benzoate. The best results were obtained with oleyl alcohol or a mixture of oleyl alcohol and benzyl benzoate. In normal batch fermentation of Clostridium acetobutylicum, glucose consumption is limited to about 80 kg/m³ due to the accumulation of butanol in the broth. In extractive fermentation using oleyl alcohol or a mixture of oleyl alcohol and benzyl benzoate, over 100 kg/m³ of glucose can be fermented. Removal of butanol from the broth as it formed also increased the rate of butanol production. Maximum volumetric butanol productivity was increased by as much as 60% in extractive fermentation compared to batch fermentation. Butanol productivities obtained in extractive fermentation compare favorably with other in situ product removal fermentations.