ORP調(diào)控對混合糖丁醇發(fā)酵影響的研究.pdf

1、丁醇作為一種新型生物燃料，具有其他能源無法比擬的優(yōu)勢，生物丁醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景十分廣闊。石油價(jià)格節(jié)節(jié)攀升、環(huán)境污染日益加劇及全球氣候變暖等多重危機(jī)使微生物發(fā)酵生產(chǎn)丁醇成為研究熱點(diǎn)。目前，丁醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展中存在的首要問題是原料成本過高，從而制約了生物丁醇產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)性。菊芋作為一種廉價(jià)的非糧作物，其良好的生長習(xí)性和種植優(yōu)勢符合我國能源發(fā)展戰(zhàn)略需要，在丙酮丁醇發(fā)酵中有著巨大的應(yīng)用潛力。然而，以菊芋塊莖酸解液為底物的丁醇發(fā)酵過程不穩(wěn)定，發(fā)酵提前終止，導(dǎo)

2、致發(fā)酵終點(diǎn)殘?zhí)菨舛冗^高，丁醇產(chǎn)量低，從而降低了生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性。
　　為解決菊芋物料丁醇發(fā)酵過程中存在的問題，本論文采取了氧化還原電位(oxidoreductionpotential，ORP)調(diào)控策略調(diào)節(jié)以模擬菊芋塊莖酸解液（葡萄糖和果糖混合糖）為底物的丁醇發(fā)酵過程，并對發(fā)酵結(jié)果進(jìn)行了分析。在最佳ORP調(diào)控策略即控制發(fā)酵全過程ORP不低于-460mV條件下，丁醇濃度由3.28g·L-1提高到9.56g·L-1，殘?zhí)菨舛扔?0.22g·L

3、-1降低到1.70g·L-1。結(jié)果表明，空白條件下混合糖丁醇發(fā)酵過程容易發(fā)生“酸崩潰”現(xiàn)象而提前終止。ORP調(diào)控能夠降低混合糖丁醇發(fā)酵過程中乙酸和丁醇積累，顯著提高發(fā)酵過程中的糖利用率和丁醇產(chǎn)量。
　　此外，還考察了外界脅迫條件對混合糖丁醇發(fā)酵的影響。通氣調(diào)節(jié)ORP能夠提高培養(yǎng)基中丙酮酸濃度，由于通氣能夠使嚴(yán)格厭氧的丙酮酸甲酸裂解酶失活，從而使丙酮酸到乙酰輔酶A的代謝流減弱，降低發(fā)酵產(chǎn)酸速率。而空白對照條件下發(fā)酵過程中由于有機(jī)酸過

4、量積累導(dǎo)致ORP緩慢升高，表明混合糖丁醇發(fā)酵過程有機(jī)酸過量積累使發(fā)酵提前終止。ORP調(diào)控對菌體細(xì)胞形態(tài)也有影響，ORP調(diào)控條件下發(fā)酵過程中菌體會(huì)出現(xiàn)“聚集”和“解聚”現(xiàn)象。
　　對混合糖丁醇發(fā)酵過程中關(guān)鍵代謝物進(jìn)行了提取和定量分析，結(jié)果表明，ORP調(diào)控能夠影響發(fā)酵過程中細(xì)胞內(nèi)還原力水平，能量狀態(tài)，代謝流向以及壓力響應(yīng)化合物濃度。本論文研究結(jié)果表明，以葡萄糖和果糖混合底物進(jìn)行的丁醇發(fā)酵過程提前終止，是由于有機(jī)酸過量積累而發(fā)生的“酸崩