丁醇的发酵控制.pptx

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1、发酵的调控为了更好地发展丙酮-丁醇工艺，可以减少副产物对发酵的抑制作用，对发酵条件进行优化，或者增加对发酵过程中辅因子的调节。抑制剂对发酵的影响及脱毒发酵条件优化梭菌辅因子扰动抑制剂的种类及对发酵的影响纤维原料经预处理酶解后，生成可发酵糖的同时也生成了一定量的发酵抑制物。这些抑制剂的存在会破坏细胞膜的稳定性，细胞功能遭到破坏。主要包括有机酸、醛类、酚类化合物。这些水解副产物如酸类物质（乙酸）、醛类物质（糠醛）、酚类物质（香豆酸）、盐类物质（Na2SO4、NaCl）在超过一定浓度时对丁醇发酵菌株的生长与发酵均有显著的抑制作用。抑制物的种类及产生的多少随原料和预处理方式的不同而改变。

2、水解液的脱毒目前常用的脱毒方法有物理法、化学法和生物法。其中旋转蒸发适合乙酸、糠醛等易挥发性物质的去除。活性炭吸附主要依靠吸附作用除去部分木素降解物及其他毒害物质，木素衍生物的去除率为30%~92.3%[37-39]。但废弃活性炭的回收再利用仍是一个问题。交换树脂既可以除去无机离子又可除去水解液中大部分糠醛、醋酸、木素降解物，而且树脂可再生，可有效降低成本。物理法主要有旋转蒸发、活性炭吸附、交换树脂等。化学法是通过化学沉淀、改变pH值及一些抑制物的电离特性从而达到降低毒性的目的，目前常用且效果较好的是氢氧化钙过中和法。生物法是用特定的酶或微生物作用于发酵抑制物，通过改变抑制物的结

3、构而降低毒性，可分为酶处理法和微生物处理法。实际应用中单一方法难以满足发酵需求，通常是各种方法取长补短，综合利用。用氢氧化钙过中和、旋转蒸发、活性炭吸附脱毒3种方法相结合，可有效去除乙酸、糠醛、HMF等物质，使发酵顺利进行，将脱毒后液体进行木糖醇发酵时，木糖醇的产量达到了39.5g/L。发酵条件优化对于不同的菌株所需培养的外界条件不同，为了使菌株产量达到最大化，必须寻找最佳培养条件，使高产基因有效表达。培养条件的影响因素包括多种，如最适pH和比较完善的培养系统等，都能影响丙酮-丁醇产量。Jiang等发现pH是梭状芽胞杆菌生产丙酮、丁醇、乙醇过程中的一个重要影响因素。在这项研究中，

4、梭状芽胞杆菌在不同pH值从4.9到6.0下进行分批发酵，在pH值为5.5时，ABE产量逐渐占优势，其最大浓度达到24.6g·L-1(15.7g·Lof-1丁醇、8.63g·L-1的丙酮和0.32g·L-1的乙醇)，此过程历经36h消费60g·L-1葡萄糖。与pH不受控制的情况相比，丙酮-丁醇产量大大提高。除了培养条件之外，培养系统也能影响丁醇生产效率。Wang等开发出一种培养系统，该系统利用不同微生物的特定代谢能力直接产生丁醇。该研究主要目的在于寻找互补的微生物进行丁醇生产，结果发现，新的微生物团体N3和菌株ccelevecrescensN3-2能有效降解纤维素和产生大量的丁醇。

5、由此可知，通过改变发酵过程的培养条件，营造适宜的转化环境，可以从很大程度上推动丁醇的发酵效率增加。梭菌辅因子扰动丙酮-丁醇发酵过程中存在许多辅因子，它们有的能够促进丁醇生产，有的却对丁醇产生很大干扰，这些辅因子（包括ATP/ADP,NADH/NAD+等）在微生物代谢系统中广泛存在。它们在发酵过程中几乎为全部生化反应提供能量、还原力，所以具有掌控全局的效应。正因为如此,丙酮-丁醇梭菌辅因子的研究意义十分重大。ATP主要参与底物水平磷酸化和氧化磷酸化，是在线粒体中完成ATP合成，可以通过调节电子传递链以及氧气供给量来影响ATP，进而影响丁醇产量。因此，利用一系列酶的作用，对电子传递链

6、的活性进行调控，可以影响ATP合成。另外，NADH/NAD+氧化还原力调控在调节微生物代谢方面起着至关重要的作用，它一般分为外源生化过程和内源基因工程手段对氧化还原力进行调控。例如，Yang等利用外源调节发酵过程中的还原力，通过人工控制溶解氧和酶物质，效价提高到102.3g·L-1，收益率是0.44g·g-1，以及丁醇生产力达到1.16g·L-1·h-1。Li等通过内源调节把烟酸（NADH和NADPH的前体）加入野生型梭状芽孢杆菌的生长介质中，细胞生长速率和丁醇生成速率大大增加。控制胞内能量和还原力供应能有效地改变微生物发酵过程中的代谢途径，也可以促进微生物最大化地合成目标产物，

7、增加代谢速率，提高微生物发酵的经济性和竞争力。