微量通氣對馬克斯克魯維酵母發(fā)酵木質纖維素水解液的影響.pdf

1、由于具有來源廣泛、可再生性好、污染少等優(yōu)勢，以木質纖維素為原料生產燃料乙醇日益受到廣泛關注，但木質纖維素預處理過程中產生的毒性副產物對發(fā)酵微生物的抑制作用是阻礙纖維素乙醇工業(yè)化發(fā)展的重要因素之一。本文采用定向馴化的方法選育出具有較高木質纖維素水解液抑制物耐受性菌株，并研究了微量通氣的過程工程控制策略緩解抑制物對微生物的不利影響。主要研究結果如下：
　　（1）以經模擬木質纖維素水解液馴化獲得的Kluyveromyces marxia

2、nus1727-5為出發(fā)菌株，對其在含玉米秸稈酸解液的培養(yǎng)基中進行馴化，獲得一株對乙酸耐受能力略有提高的菌株K. marxianus1727-5-CS。
　　（2）分別以木糖、葡萄糖以及兩者組成的混合糖為碳源，考察了無通氣、恒定通氣（通氣速率0.1、0.2、0.5、1 vvm）條件下K. marxianus1727-5在添加了乙酸、甲酸、糠醛及5-HMF等混合抑制物的培養(yǎng)基中發(fā)酵。通氣顯著改善了菌株在木質纖維素水解液抑制物脅迫條件

3、下的發(fā)酵性能，包括木糖消耗速率、木糖醇產率以及發(fā)酵時間。木糖發(fā)酵在0.5 vvm通氣條件下木糖醇得率及生產率達到最大值分別為0.7 g/g、0.22 g/L/h，并且細胞抑制物耐受能力的改善作用與生物量的增加無關。在通氣的條件下，葡萄糖發(fā)酵時間縮短的同時，乙醇得率相似為0.41±0.01 g/g。另外，甘油產量的明顯降低，也表明通氣減弱了抑制物脅迫對細胞的不利影響。高、低濃度葡萄糖與木糖共發(fā)酵，未通氣時K. marxianus耗盡葡萄糖

4、后，木糖利用幾乎停滯，在0.5 vvm條件下有效緩解，殘余木糖濃度分別由未通氣的17.1、28.5降至3.6、11.1 g/L。此外，發(fā)現(xiàn)0.2 vvm通氣條件下KmTPX1（抵御活性氧簇損傷的關鍵酶基因之一）轉錄水平是未通氣對照組的3倍以上，這可能是通氣使K. marxianus1727-5對多種木質纖維素水解液抑制物耐受性增強的重要原因之一。
　?。?）采用通氣的方式進行氧化還原電位（ORP）調控，研究多種水解液抑制物存在條件

5、下K. marxianus1727-5的葡萄糖、木糖發(fā)酵以及葡萄糖與木糖共發(fā)酵。在ORP調控策略下，多種抑制物脅迫及無氧環(huán)境對酵母生長代謝造成的損害得以有效改善，其基本趨勢是預設ORP值越高，通氣量越大，細胞活性越高，木糖、葡萄糖代謝速率加快。葡萄糖與木糖共發(fā)酵，ORP調控至-150、-110 mv水平，也有效解決了木糖利用停滯問題，其中-150 mv條件下木糖醇得率達到最大值0.40 g/g，而且乙醇得率也高達0.42 g/g。

6、>　　（4）考察了兩種通氣策略下玉米秸稈水解液中的發(fā)酵。通氣策略也同樣有效緩解玉米秸稈水解液中較高濃度的多種抑制物對細胞的脅迫，改善了其發(fā)酵性能。實驗結果表明相比于0.5 vvm恒定通氣條件下的乙醇、木糖醇得率分別為0.42、0.13 g/g，ORP調控至-100 mv更合理有效，其得率分別高達0.44、0.48 g/g，且總通氣量不到0.5 vvm通氣條件下的10%。
　　綜上所述，本文采用恒定速率和ORP調控通氣策略有效改善了