金屬離子對(duì)丙酮丁醇發(fā)酵的影響.pdf

1、當(dāng)今石油資源日漸枯竭，并且環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，因此開發(fā)石油替代物—生物能源逐漸成為研究熱點(diǎn)。生物丁醇是第二代生物燃料，與乙醇相比，丁醇具有熱值高、腐蝕性低和可直接通過(guò)管道運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，最為重要的是能夠直接代替石油應(yīng)用于現(xiàn)有汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，然而傳統(tǒng)的丁醇發(fā)酵存在著發(fā)酵終點(diǎn)殘余糖濃度高、丁醇產(chǎn)量和產(chǎn)率低等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了丁醇發(fā)酵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
　　已有大量研究工作表明金屬離子對(duì)丙酮丁醇發(fā)酵具有重要的調(diào)控作用，為解決丁醇發(fā)酵丁醇產(chǎn)量和產(chǎn)率低問(wèn)

2、題，采用響應(yīng)面方法優(yōu)化丙酮丁醇發(fā)酵培養(yǎng)基金屬離子組成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在添加0.0026 g/LZnSO4·7H2O、4.04 g/L CaCO3和0.84 g/L MnSO4·H2O條件下，搖瓶發(fā)酵丁醇產(chǎn)量達(dá)到13.93 g/L，相比未優(yōu)化條件提高16.9％。
　　采用批次發(fā)酵技術(shù)研究發(fā)酵過(guò)程變化情況，優(yōu)化條件發(fā)酵結(jié)果表明Zn2+、Ca2+和Mn2+對(duì)丙酮丁醇發(fā)酵具有協(xié)同調(diào)控作用，丁醇及總?cè)軇┊a(chǎn)量分別為14.97 g/L及24.5

3、0g/L，相對(duì)未優(yōu)化條件下發(fā)酵結(jié)果分別提高了28.1％及27.7％，丁醇及總?cè)軇┊a(chǎn)率分別為0.37 g/L/h與0.61 g/L/h，相對(duì)未優(yōu)化條件下發(fā)酵結(jié)果分別提高了105.6％及103.3％，發(fā)酵終點(diǎn)葡萄糖基本消耗殆盡，丙酮丁醇發(fā)酵性能得到大幅提升。研究發(fā)現(xiàn)Zn2+、Ca2+和Mn2+的協(xié)同調(diào)控作用可以促進(jìn)丙酮丁醇發(fā)酵過(guò)程丁酸重吸收作用，顯著降低發(fā)酵終點(diǎn)丁酸濃度，由此在初始培養(yǎng)基和優(yōu)化金屬離子條件下添加丁酸進(jìn)行研究，結(jié)果表明，當(dāng)添加

4、1.9 g/L丁酸時(shí)OD620達(dá)到3.66，相比不添加丁酸條件提高14.3％，丁醇及總?cè)軇┊a(chǎn)量分別達(dá)15.12 g/L和24.86 g/L，與不添加丁酸條件相比略有提高。Zn2+、Ca2+和Mn2+的協(xié)同調(diào)控作用有效提高菌體細(xì)胞對(duì)丁酸的重吸收能力，能夠在較多丁酸添加條件下，重吸收更多有機(jī)酸。
　　進(jìn)一步對(duì)優(yōu)化條件下丁丙酮丁醇發(fā)酵過(guò)程中13種關(guān)鍵胞內(nèi)代謝物進(jìn)行提取和定量分析，結(jié)果表明，Zn2+、Ca2+和Mn2+的協(xié)同作用能夠增強(qiáng)丙