發(fā)布時間：2020-10-23 18:30

　　 木糖結(jié)晶母液是結(jié)晶木糖生產(chǎn)過程中的主要副產(chǎn)物,主要成分為木糖、阿拉伯糖、葡萄糖和半乳糖。進(jìn)一步綜合利用木糖結(jié)晶母液,對以玉米芯為主要原料生產(chǎn)木糖和木糖醇工業(yè)體系的健康發(fā)展,改善其經(jīng)濟(jì)效益并提升其環(huán)境友好,具有重要產(chǎn)業(yè)需求與應(yīng)用價值。為此,本文探索運(yùn)用新構(gòu)建菌種,生物發(fā)酵轉(zhuǎn)化木糖結(jié)晶母液的主要單糖(木糖除外)為乙醇并同步回收其中的木糖,可為木糖結(jié)晶母液綜合加工形成新的技術(shù)方案。本文獲得如下有益結(jié)果:(1)木糖不利用產(chǎn)乙醇大腸桿菌的單糖代謝特征解析對重組大腸桿菌B0013-2012PA運(yùn)輸及代謝木糖特征進(jìn)行了系列評價,確認(rèn)該菌株在木糖為唯一碳源的M9平板上不生長,在木糖和葡萄糖混合碳源的液體M9培養(yǎng)基中,木糖未被利用,細(xì)胞破碎液分析顯示培養(yǎng)基中的木糖未運(yùn)輸至胞內(nèi)。對重組大腸桿菌B0013-2012PA代謝利用葡萄糖、阿拉伯糖和半乳糖生長特征進(jìn)行了系列評價。在葡萄糖、阿拉伯糖和半乳糖為唯一碳源的M9平板上均可生長。好氧搖瓶培養(yǎng)條件下,重組大腸桿菌B0013-2012PA以葡萄糖、阿拉伯糖和半乳糖為唯一碳源的M9液體培養(yǎng)基中,菌體生長速率分別為0.28 g/(L·h)、0.26 g/(L·h)、0.31g/(L·h),比生長速率分別為 0.243 h-1、0.296 h-1、0.237 h-1。對重組大腸桿菌B0013-2012PA代謝利用葡萄糖、阿拉伯糖和半乳糖厭氧發(fā)酵產(chǎn)乙醇的特征進(jìn)行了系列評價。好氧培養(yǎng)12 h獲得高活性菌體后,厭氧發(fā)酵葡萄糖、阿拉伯糖和半乳糖產(chǎn)乙醇的速率分別為0.48g/(L·h)、0.39g/(L·h)、0.31g/(L·h)�？疾炝烁邼舛饶咎�、葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖、木糖結(jié)晶母液和乙醇對該菌株生長抑制情況,其最小抑制濃度分別為13.7%、16.3%、11.9%、15.6%、14.1%和4.3%。結(jié)合以木糖結(jié)晶母液為原料聯(lián)產(chǎn)木糖和乙醇的工藝特征,考察了重組大腸桿菌B0013-2012PA厭氧發(fā)酵條件下對木糖、木糖結(jié)晶母液和乙醇的耐受情況,其最高耐受濃度分別為16.7%、14.6%和6.3%。(2)乙醇發(fā)酵工藝的建立與優(yōu)化。搖瓶條件下對木糖結(jié)晶母液為原料聯(lián)產(chǎn)木糖和乙醇的工藝參數(shù)進(jìn)行了系列評價,確定的最優(yōu)培養(yǎng)基如下:M9基礎(chǔ)培養(yǎng)基添加終濃度2.0 g/L的氯化銨和5.0 g/L的酵母膏,木糖結(jié)晶母液的起始添加量為發(fā)酵體積的1.5%;確定的最優(yōu)工藝為好氧培養(yǎng)條件下,37℃,200r/min,培養(yǎng)12h;轉(zhuǎn)入靜置培養(yǎng)后,40℃培養(yǎng)至發(fā)酵結(jié)束。在最優(yōu)條件下,厭氧產(chǎn)乙醇階段木糖結(jié)晶母液補(bǔ)加量為發(fā)酵體積的10%,菌株消耗14.1 g/L葡萄糖、19.4 g/L阿拉伯糖和5.6 g/L葡萄糖,生成乙醇18.0 g/L,混合糖到乙醇轉(zhuǎn)化率為45.9%,乙醇合成速率為1.19g/(L·h),較M9培養(yǎng)基原始發(fā)酵工藝條件下提高了3.5倍(對照的乙醇合成速率為0.34 g/(L·h));發(fā)酵液中保留的木糖含量為33.0 g/L;木糖占發(fā)酵液中總糖比例由57.0%上升至97.1%,有助于木糖作為產(chǎn)品的分離提取。結(jié)合搖瓶條件下確定的培養(yǎng)基和發(fā)酵工藝參數(shù),在5L發(fā)酵罐體系下,采用兩階段分批補(bǔ)料工藝,木糖結(jié)晶母液起始添加量為發(fā)酵體積的10%,37℃好氧培養(yǎng)菌體約8 h,然后轉(zhuǎn)入?yún)捬跻掖及l(fā)酵階段,分別補(bǔ)加三次木糖結(jié)晶母液共計(jì)900 mL,40℃發(fā)酵32 h,乙醇積累量和合成速率分別為51.0 g/L和1.59 g/(L·h);除木糖外,其他總糖到乙醇的轉(zhuǎn)化率為47.2%;木糖的積累量為113 g/L,木糖占發(fā)酵液中總糖比例為98.2%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,木糖結(jié)晶母液為原料經(jīng)重組大腸桿菌B0013-2012PA發(fā)酵可以實(shí)現(xiàn)木糖和乙醇的聯(lián)產(chǎn)。
【學(xué)位單位】：天津科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ920.6;TQ223.122;TQ281
【部分圖文】：

（２５〇ｘ４．６ｍｍ；?５（ｉｍ）。流動相為?６０％乙腈（ｖ／ｖ），流速?１．０ｍＬ／ｍｉｎ，進(jìn)樣量?５｜ｉＬ，??色譜柱溫度３０°Ｃ。檢測器漂移管溫度９０°Ｃ，空氣載氣流速２．２?Ｌ／ｍｉｎ，增益為１。此??方法用于分析檢測混合糖液中的木糖和半乳糖，標(biāo)準(zhǔn)曲線＿如圖２－２。??１４０００?１００００??１２０００?■?ｙ＝?１０，８４８ｘ４１，６１０?ｙ?＝?７，９０５?ｘ?＋９９６??，誦？?．隱?８０００?＇?＾?＝?０．９９９２??＆?８０００?■?彰?６０００?．??Ｂ?Ｚ?目?Ｚ??§?６〇〇〇?．?ｊｒ?ｍ?４〇〇〇?－??４〇〇〇?■?＾??２０００?－??２０００?■??Ｑ?？?ｘｒ．ｒ；？ｎｉ．７；ｊ？ｊｎ７Ａ７ｍ－．＇Ｕ－．Ｔｉｖ－ｆｒ；；ｘ；；．－ｉｉ＇ｒ；．－ｊｉｒ．－］ｉｒｊ｜ｒ．－ｊｊ＇．ｒ．?ｒ＾－．?ｆ＇ｒＴＴ?ｊ?Ｑ?■?１?＂＂ｎｖ；＇＂＂ｌ�。В颍�?Ｉ．Ｔｒｒｒｒｍ■．…ｉｒｒ?？?＇ｉｒｉ?？?Ｔｒｙ?＇ｒ?＇ｔｒｒｖ?■?■：?－．ｒ?＾?＇?（?ｂ??０．０?０．２?０．４?０．６?０．８?１．０?１．２?０，０?０．２?０．４?０．６?０．８?１．０?１．２??木糖（ｇ／Ｌ）?半乳糖（ｇ／Ｌ）??圖２－２木糖和半乳糖標(biāo)準(zhǔn)曲線??Ｆｉｇ．?２－２?Ｓｔａｎｄａｒｄ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ｘｙｌｏｓｅ?ａｎｄ?ｇａｌａｃｔｏｓｅ??２．２．３干燥法測定固形物含量??將玻璃平皿洗凈烘干稱重

葡萄糖（ｇ／Ｌ）?阿拉伯糖（ｇ／Ｌ）??圖２－１葡萄糖和阿拉伯糖標(biāo)準(zhǔn)曲線??Ｆｉｇ．?２－１?Ｓｔａｎｄａｒｄ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ｇｌｕｃｏｓｅ?ａｎｄ?ａｒａｂｉｎｏｓｅ??（４）?ＨＰＬＣ－蒸發(fā)光檢測器條件：色譜柱Ｗａｔｅｒｓ?Ｐｒｅｖａｉｌ?Ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅ?ＥＳ?５ｕ??（２５〇ｘ４．６ｍｍ；?５（ｉｍ）。流動相為?６０％乙腈（ｖ／ｖ），流速?１．０ｍＬ／ｍｉｎ，進(jìn)樣量?５｜ｉＬ，??色譜柱溫度３０°Ｃ。檢測器漂移管溫度９０°Ｃ，空氣載氣流速２．２?Ｌ／ｍｉｎ，增益為１。此??方法用于分析檢測混合糖液中的木糖和半乳糖，標(biāo)準(zhǔn)曲線＿如圖２－２。??１４０００?１００００??１２０００?■?ｙ＝?１０，８４８ｘ４１，６１０?ｙ?＝?７，９０５?ｘ?＋９９６??，誦？?．隱?８０００?＇?＾?＝?０．９９９２??＆?８０００?■?彰?６０００?．??Ｂ?Ｚ?目?Ｚ??§?６〇〇〇?．?ｊｒ?ｍ?４〇〇〇?－??４〇〇〇?■?＾??２０００?－??２０００?■??Ｑ?？?ｘｒ．ｒ；？ｎｉ．７；ｊ？ｊｎ７Ａ７ｍ－．＇Ｕ－．Ｔｉｖ－ｆｒ；；ｘ；；．－ｉｉ＇ｒ；．－ｊｉｒ．－］ｉｒｊ｜ｒ．－ｊｊ＇．ｒ．?ｒ＾－．?ｆ＇ｒＴＴ?ｊ?Ｑ?■?１?＂＂ｎｖ；＇＂＂ｌ�。В颍�?Ｉ．Ｔｒｒｒｒｍ■．…ｉｒｒ?？?＇ｉｒｉ?？?Ｔｒｙ?＇ｒ?＇ｔｒｒｖ?■?■：?－．ｒ?＾?＇?（?ｂ??０．０?０．２?０．４?０．６?０．８?１．０?１．２?０

（２）木糖在細(xì)胞內(nèi)外的積累：將ＬＢ種子接種到以．１．５?ｇ／Ｌ木糖和３．５?ｇ／Ｌ葡萄糖??為混合碳源，好氧培養(yǎng)菌體１２?ｈ，收集菌體并超聲破碎細(xì)胞，利用ＨＰＬＣ檢測細(xì)胞內(nèi)??外的木糖含量。結(jié)果如圖３－２，菌株１０３１利用部分木糖，細(xì)胞外木糖含量為０．４９±０．０４５??ｇ／Ｌ，細(xì)胞內(nèi)木糖含量為０．１１±０．０１２?ｇ／Ｌ；菌株２０１０不利用木糖，細(xì)胞內(nèi)木糖含量為??０．ｌ３±０．０１１ｇ／Ｌ，細(xì)胞外木糖含量為丨．３９±０．０５３?ｇ／Ｌ；菌株２０１２不利用木糖，細(xì)胞內(nèi)的??木糖的含量為０．０４±０．０ｌ０ｇ／Ｌ，細(xì)胞外的木糖的含量為１．５６±０．１０３ｇ／Ｌ。由于￡．ｃｏ／／??Ｂ００１３－２０１２ＰＡ細(xì)胞質(zhì)膜上的木糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因＃／五被敲除，木糖不能被運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞??內(nèi)。所以，雖然菌株２０１０和２０１２都不能利用木糖，但是菌株２０１２的細(xì)胞內(nèi)不會積??累木糖。在工業(yè)生產(chǎn)中，微生物細(xì)胞成為發(fā)酵液的主要組成成分，木糖在細(xì)胞內(nèi)外的??分布情況會影響木糖的收得率。如果在細(xì)胞內(nèi)不積累木糖，則為后提取工藝提供了極??大便利。??２．０?
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本文編號：2853390