多轮次胁迫驯化及多因子复合筛选丁醇高产菌

【目的】从陕西省石泉县玉米地土壤中分离获得一株产丁醇菌株并提高其丁醇耐受性和丁醇产量。【方法】采用自行设计的多因子复合筛选方法和丁醇胁迫驯化处理,在获得丁醇高产菌株的同时提高菌株的丁醇耐受性。【结果】野生菌株D64经多轮次丁醇胁迫驯化处理和多因子复合筛选,分离获得突变株T64,其丁醇耐受性明显提高,能在丁醇浓度为20 g/L的复合筛选培养基上正常生长,发酵7%玉米醪丁醇产量由13.35 g/L提高到15.18 g/L,总溶剂(丙酮、丁醇、乙醇)达到21.8 g/L。【结论】采用长时间且丁醇浓度呈梯度渐进增加的胁迫驯化方式,可使菌种在丁醇的环境中不断进化并有效地提高菌株对丁醇的耐受性。多因子复合筛选方法较其他单一因子筛选方法更为有效,能较快获得丁醇高产菌。     

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%。     

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％.     

萃取耦合技术对玉米秸秆水解液发酵产丁醇的影响

本研究以玉米秸秆水解液为原料,通过萃取发酵技术生产燃料丁醇,以提高丁醇产量,降低生产成本。通过对萃取剂的筛选与条件优化,确定纤维丁醇发酵的萃取剂为油醇,添加时间为发酵0 h,添加比例为1:1 (V/V)。该条件下发酵32 g/L糖浓度的玉米秸秆水解液,丁醇和总溶剂产量分别为3.28 g/L和4.72 g/L,比对照分别提高958.1%和742.9%。以D301树脂脱毒后5%总糖浓度的玉米秸秆水解液进行丁醇萃取发酵,丁醇和总溶剂产量分别达到10.34 g/L和14.72 g/L,发酵得率为0.31 g/g,与混合糖发酵结果相当。研究结果表明萃取发酵技术能够显著提高原料的利用率和丁醇产量,为纤维丁醇工业化生产提供了技术支撑。     

一株拜氏梭菌利用甘蔗废糖蜜发酵生产丙酮丁醇

以甘蔗废糖蜜作为原料,利用Clostridium beijerinckii DSM 6422菌株进行丙酮丁醇发酵的初步研究.结果表明:采用H2SO4预处理糖蜜,初糖质量浓度60 g/L,(NH4)2SO4 2g/L,CaCO3 10 g/L,温度30℃,pH 5.5～7.0,接种量6％(体积分数),在5L发酵罐中发酵培养96 h,总溶剂产量为16.17 g/L,其中丁醇质量浓度为10.07 g/L,总溶剂产率为30.2％,糖利用率为89.3％.     

拜氏梭菌13-2发酵甘蔗渣水解液生产丁醇的研究

目的:蔗渣是一种重要的可再生生物质资源,蔗渣原料生产丁醇将大大降低丁醇的成本.方法:实验利用0.25 ～3.0%不同浓度稀H2SO4对蔗渣进行121℃的高温作用1h,以水解液为碳源,进行丁醇的发酵实验.结果:相对于8052菌株,13 -2菌株对甘蔗渣水解液具有更高的发酵效率,在0.5%硫酸用量条件下,13 -2菌株的丁醇发酵量最高,达到4.5g/L.而8052只有2.3g/L的丁醇发酵量.结论:在同等条件下,拜氏梭菌菌株13 -2比模式菌株8052具有更高的溶剂产量和抑制物耐受能力,最佳的蔗渣水解条件为1.5%硫酸用量,丁醇发酵量和总溶剂分别为4.57g/L和5.41 g/L.     

电子载体对丁醇发酵的影响

研究在培养基中加入不同电子载体对丁醇发酵的影响。结果表明:添加微量的苄基紫精可以促进丁醇的产生,同时可强烈抑制丙酮的合成,丁醇体积分数由66.92%提高到82.35%。苄基紫精可促进菌株快速进入产溶剂期,发酵周期明显缩短,丁醇生产强度显著提高。7%玉米培养基中加入40 mg/L苄基紫精,丁醇产量最高达16.10 g/L,生产强度为0.37 g/(L.h),分别较对照提高10.96%和60.87%。在初始丁醇体积分数较低的条件下,苄基紫精对丁醇合成的促进作用更明显。     

细胞分裂蛋白编码基因的敲除对丙酮丁醇梭菌溶剂合成与细胞形态的影响

丙酮丁醇梭菌是生物丁醇合成的重要菌株,近年来,研究者们利用基因编辑等技术对其进行菌株改造。通过对丙酮丁醇梭菌中3个细胞分裂蛋白(RodA、DivIVA、DivIB)编码基因(cac1251、cac2118、cac2125)进行敲除,发现cac2118敲除菌株的细胞在产溶剂期为球状形态,细胞变小,ABE发酵的丁醇得率为0.19 g/g,与野生型相比提高了5.6%。cac1251敲除菌株的葡萄糖消耗量和丁醇产量与野生型相比降低了33.9%和56.3%,分别为47.3 g/L和5.6 g/L。cac1251和cac2125的敲除对细胞生长有显著影响,菌体浓度最大值与野生型相比分别降低了40.4%和38.3%。研究表明细胞分裂蛋白DivIVA对细胞的形态和大小调控起重要作用;细胞分裂蛋白RodA和DivIB调控细胞分裂进程,进而影响细胞生长和溶剂合成进程。     

拜氏梭菌Clostridium beijerinckii NCIMB 8052发酵玉米皮生产丁醇

玉米皮作为玉米淀粉加工的副产物,是一种可用于生产液体燃料的潜在廉价优质的生物质资源。本文以玉米皮为原料,对拜氏梭菌发酵生产丁醇进行了研究。实验结果表明,玉米皮首先在最优的预处理温度140℃下使用0.5%硫酸水溶液以固液比1∶8处理20 min,再添加200 IU/g底物糖化酶、1.0 IU/g底物木聚糖酶进行酶解,可以使原料中的淀粉和半纤维素转化为可发酵糖,此时水解液中的总糖浓度为50.46 g/L。然后使用1.0%的活性炭对水解液进行脱毒处理以去除发酵抑制物,再进行丁醇发酵,丁醇产量为9.72 g/L,总溶剂产量可达14.09 g/L,糖醇转化率为35.1%。上述研究结果证明玉米皮作为一种粮食加工废弃物用于液体燃料丁醇的生产在技术上是完全可行的。     

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。     

高丁醇比丙酮丁醇梭菌的选育与应用

设计了专一性分离方法,从土样中分离了多株能产生溶剂的梭苗,经多次单细胞分离、纯化,再经亚硝基胍和甲基磺酸乙酯诱变和抗性筛选,获得几株高丁醇的丙酮丁醇梭菌。对高产菌株的性状稳定性、发酵过程、混合原料应用、温度的影响进行了研究。结果证明菌株性状稳定,丁醇产量为总溶剂的７０％;过程为典型的丙酮丁醇发酵,对温度可耐受到３９－４０℃;能利用玉米和薯干,玉米和高梁进行正常发酵。菌株已在百吨生产罐,连续应用一年     

高浓度丁醇浸泡及N＋束注入诱变双重作用筛选丁醇高产菌

通过高浓度丁醇浸泡处理丙酮丁醇梭菌（Clostridiumacetobutylicum）CL-2,筛选得到一株丁醇耐受能力提高并溶剂产量增加的菌株BR30—2,丁醇产量达11．77g/L,比CL-2提高了16．65％。以BR30—2作为出发菌株,进行N＋束注入诱变,筛选得到高产菌株BH．9,丁醇产量达14．5g/L,总溶剂为23．14g／L。在BH-9发酵过程中添加0．1％丁酸钠,丁醇产量达到16．59g/L,丁醇比例提高至67．38％。     

高抗逆高丁比拜氏梭菌的选育及其性能考察简

以抗逆突变株Clostridium beijerinckii IB4为出发菌株,通过常压室温等离子体诱变（ ARTP ）,刃天青平板初筛,摇瓶发酵复筛,筛选出1株高抗逆高丁比的突变菌株C.beijerinckii IT111。发酵结果表明：该突变菌株利用多种C源时均展现其高丁醇比的特性,以玉米芯酸解糖液为C源时,溶剂产量达到10.5 g/L,丁醇8.0 g/L,丁醇比高达76％。抑制物抗逆性测试结果显示：糠醛和酸类对C.beijerinckii发酵影响较小,酚类物质对C.beijerinckii抑制作用较强,其中以香草醛为最。综上所述,C.beijerinckii IT111是1株极具潜力的利用木质纤维原料制备丁醇的菌株。     

Production of acetone butanol ethanol (ABE) by a hyper-producing mutant strain of Clostridium beijerinckii BA101 and recovery by pervaporation.

A silicone membrane was used to study butanol separation from model butanol solutions and fermentation broth. Depending upon the butanol feed concentration in the model solution and pervaporation conditions, butanol selectivities of 20.88-68.32 and flux values of 158.7-215.4 g m(-)(2) h(-)(1) were achieved. Higher flux values (400 g m(-)(2) h(-)(1)) were obtained at higher butanol concentrations using air as sweep gas. In an integrated process of butanol fermentation-recovery, solvent productivities were improved to 200% of the control batch fermentation productivities. In a batch reactor the hyper-butanol-producing mutant strain C. beijerinckii BA101 utilized 57.3 g/L glucose and produced 24.2 g/L total solvents, while in the integrated process it produced 51.5 g/L (culture volume) total solvents. Concentrated glucose medium was also fermented. The C. beijerinckii BA101 mutant strain was not negatively affected by the pervaporative conditions. In the integrated experiment, acids were not produced. With the active fermentation broth, butanol selectivity was reduced by a factor of 2-3. However, the membrane flux was not affected by the active fermentation broth. The butanol permeate concentration ranged from 26.4 to 95.4 g/L, depending upon butanol concentration in the fermentation broth. Since the permeate of most membranes contains acetone, butanol, and ethanol (and small concentrations of acids), it is suggested that distillation be used for further purification.     

Introducing a single secondary alcohol dehydrogenase into butanol-tolerant Clostridium acetobutylicum Rh8 switches ABE fermentation to high level IBE fermentation

ABSTRACT: BACKGROUND: Previously we have developed a butanol tolerant mutant of Clostridium acetobutylicum, Rh8, from the wild type strain DSM 1731. Strain Rh8 can tolerate up to 19 g/L butanol, with solvent titer improved accordingly, thus exhibiting industrial application potential. To test if strain Rh8 can be used for production of high level mixed alcohols, a single secondary alcohol dehydrogenase from Clostridium beijerinckii NRRL B593 was overexpressed in strain Rh8 under the control of constitutive thl promoter. RESULTS: The heterogenous gene sADH was functionally expressed in C. acetobutylicum Rh8. This simple, one-step engineering approach led to the complete conversion of acetone into isopropanol, achieving a total alcohol titer of 23.88 g/l (7.6 g/l isopropanol, 15 g/l butanol, and 1.28 g/l ethanol) with a yield to glucose of 31.42%. The acid (butyrate and acetate) assimilation rate in isopropanol producing strain Rh8(psADH) was increased. CONCLUSIONS: The improved butanol tolerance and the enhanced solvent biosynthesis machinery in strain Rh8 is beneficial for production of high concentration of mixed alcohols. Strain Rh8 thus can be considered as a good host for further engineering of solvent/alcohol production.