能利用木糖发酵生产丁醇菌株的选育及发酵初步评价

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1、能利用木糖发酵生产丁醇菌株的选育及发酵初步评价IsolationandPreliminaryFermentationEvaluationofButanol-ProducingStrainsUsingXyloseasCarbonSource专业学位类别：生物工程作者姓名：冯春迎指导教师：马媛媛副研究员企业导师：李剑天津大学化工学院二零一七年五月万方数据万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过

2、的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据万方数据摘要丁醇因其具有能量密度大、挥发性低、亲水性低、腐蚀性小、蒸汽压力低等优点，已成为

3、了全球能源领域的研究热点之一。通过发酵法生产的丁醇由于具有可持续性、无污染等优点而被看作是化石燃料的良好替代品，另外生物法生产的丁醇因安全性高可用于化妆品、医药等行业，因此利用生物质原料和产溶剂的梭菌（Clostridia）发酵生产丁醇的策略备受关注。另一方面，木质纤维素是一种廉价、来源丰富的可再生能源而被广泛关注，它可被降解为还原性糖（主要是葡萄糖和木糖）供菌株进行发酵。但是，目前大部分产丁醇的梭菌对葡萄糖利用能力较强，而对木糖利用能力较弱，这样大大降低了木质纤维素的利用率。因此，选育高效、稳定利用木糖生产丁醇的菌株对木质纤维素水解液的工业化应用具有非常重要的意义。本研究

4、以木糖为碳源，从土壤中成功分离出一株能够产丁醇、异丙醇和少量乙醇的菌株，命名为CH5，是目前报道较少的异丙醇-丁醇-乙醇（isopropanol-butanol-ethanol，IBE）天然生产菌。首先对其进行了发酵评价，丁醇和总溶剂产量最高可分别达到9.30g/l和11.87g/l，该产量与目前报道最高的天然IBE生产菌的丁醇产量相当。然后对其进行形态学观察、丙酮鉴定及16SrRNA鉴定，确定其为拜氏梭菌（Clostridiumbeijerinckii）。与传统的丙酮-丁醇-乙醇（acetone-butanol-ethanol，ABE）发酵比，IBE发酵产生异丙醇而非AB

5、E发酵产生的丙酮。为提高菌株CH5利用木糖生产丁醇的能力，对该菌株进行了NTG诱变，获得了5株正突变株，对其进行发酵性能评价及遗传稳定性评价。经过10次连续转接传代实验表明突变株51543具有最佳的发酵性能和较好的遗传稳定性。接着考察了菌株51543的碳源谱，发现该菌株能利用广泛碳源发酵生产丁醇，其中以2%纤维二糖为底物时，丁醇产量最高，为7.23g/l，是目前报道中利用2%纤维二糖发酵丁醇产量最高的菌株。同时，对突变株51543进行了起始木糖浓度、温2+度、pH、Mg浓度和转速等发酵条件的优化，并在最优发酵条件下发酵时，丁醇和总溶剂产量分别为11.79g/l和15.81g

6、/l。结果表明，菌株51543具有利用木质纤维素水解液发酵生产丁醇的潜力。关键词：生物丁醇，木糖，拜氏梭菌，诱变育种，异丙醇-丁醇-乙醇发酵I万方数据II万方数据ABSTRACTButanolpossessesmanyfavourablepropertiessuchashighenergydensity,lesshygroscopicityandvolatility,lowcorrosiveandvaporpressureandsoon,whichmakesitbecomeoneofhotspotsintheglobalenergyfield.Butanolproducti

7、onviafermentationhasreceivedextensiveconcernasbiofuelduetoitssustinableanduncontamination,whichalsoisregardedasadditivesofcosmeticsandpharmaceuticalintermediatesduetoitsproductionsafety.Thus,butanolproductionbyClostridiafermentationhasregainedwidelyconncered.O