大腸桿菌SZ470利用稻草秸稈產(chǎn)乙醇關(guān)鍵問(wèn)題的研究

【摘要】：隨著能源危機(jī)越來(lái)越緊迫及環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重，尋找可再生、對(duì)環(huán)境無(wú)污染的能源越來(lái)越受人們所關(guān)注。利用秸稈纖維素為原料來(lái)生產(chǎn)燃料酒精是解決能源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題的有效途徑之一，但由于秸稈預(yù)處理之后的水解液的復(fù)雜性及有毒物質(zhì)會(huì)影響乙醇的產(chǎn)量。本論文擬以高產(chǎn)乙醇工程菌Escherichia coli SZ470為發(fā)酵菌株（ΔpflB,ΔfrdABCD,ΔackA,ΔldhA），對(duì)稻草秸稈產(chǎn)乙醇過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題：五碳糖與六碳糖同時(shí)利用的問(wèn)題、水解液脫毒問(wèn)題及發(fā)酵方式進(jìn)行了研究，其結(jié)果如下： 采用稀酸和纖維素酶解的方法來(lái)提高秸稈的糖化率。得出最佳稀酸預(yù)處理?xiàng)l件：在120℃下，用2%的稀硫酸以1：20的固液比處理60min，半纖維素水解率可以達(dá)到90%以上；纖維素酶解糖化的最佳條件：底物濃度為2%，纖維素酶用量為1900U/mL，pH5.0，溫度為50℃，反應(yīng)時(shí)間為36h，糖化率達(dá)到86.24%。 通過(guò)同源重組的方法敲除ptsG基因解決E. coli SZ470同時(shí)利用五碳糖與六碳糖的問(wèn)題。結(jié)果顯示，缺陷菌株在5%混合糖培養(yǎng)基中能同時(shí)利用葡萄糖和木糖進(jìn)行發(fā)酵，葡萄糖消耗量是13g/L，消耗速率為0.5g/(L h)，為對(duì)照菌株SZ470的一半；木糖消耗量是20g/L，消耗速率為0.64g/(L h)，是SZ470的3.8倍；乙醇的最高產(chǎn)量為15.01g/L，轉(zhuǎn)化率為89.13%，比SZ470提高了14.32%。該結(jié)果說(shuō)明，缺陷菌株可同時(shí)利用葡萄糖和木糖發(fā)酵生產(chǎn)高產(chǎn)量的乙醇。 利用大孔吸附樹脂吸附糠醛來(lái)解決水解液脫毒的問(wèn)題。比較了D101、D001、D113、D201和D301樹脂對(duì)糠醛的吸附能力，結(jié)果顯示：D301樹脂優(yōu)于其他樹脂。并進(jìn)一步通過(guò)靜態(tài)吸附與動(dòng)態(tài)吸附研究了D301樹脂對(duì)糠醛的吸附特性，得出最佳靜態(tài)吸附條件：溫度25℃，pH值為2，脫毒時(shí)間9h，糠醛溶液量為200mL；動(dòng)態(tài)吸附條件：在流速為5mL/min，流出液體積200mL時(shí)，開始泄漏,泄漏點(diǎn)吸附量為60.8mg/g，糠醛去除率99.6%。利用靜態(tài)吸附條件用工程菌SZ470來(lái)進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)乙醇，結(jié)果顯示：水解液脫毒后的乙醇產(chǎn)量為12.73g/L，比不脫毒的提高了28.71%。 采取分步糖化發(fā)酵法（SHF法）和同步糖化發(fā)酵法（SSF法）對(duì)E. coli SZ470進(jìn)行產(chǎn)乙醇同異的研究。結(jié)果表明：SSF（乙醇產(chǎn)量10.21g/L）法優(yōu)于SHF法（乙醇產(chǎn)量8.4g/L），秸稈的乙醇得率為0.204g/gDRS。乙醇體積分?jǐn)?shù)為1.37%。 【關(guān)鍵詞】：稻草秸稈 ptsG基因 脫毒 同步糖化發(fā)酵 乙醇
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TQ223.122
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第1章 引言11-26
• 1.1 能源狀況11-12
• 1.2 木質(zhì)纖維素生產(chǎn)燃料酒精的國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況12-13
• 1.2.1 國(guó)外纖維燃料乙醇的發(fā)展概況12
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)燃料乙醇的發(fā)展概況12-13
• 1.3 木質(zhì)纖維素原料水解生產(chǎn)燃料酒精的概述13-23
• 1.3.1 木質(zhì)纖維素水解原料及其組成13-18
• 1.3.2 木質(zhì)纖維素的預(yù)處理18-21
• 1.3.3 木質(zhì)纖維素水解液發(fā)酵生產(chǎn)乙醇21-22
• 1.3.4 木質(zhì)纖維素發(fā)酵目前存在的問(wèn)題22-23
• 1.4 課題研究?jī)?nèi)容23-26
• 第2章 稻草秸稈的預(yù)處理26-42
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料26-28
• 2.1.1 稻草秸稈26
• 2.1.2 主要試劑26-27
• 2.1.3 主要溶液27-28
• 2.1.4 實(shí)驗(yàn)儀器28
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法28-31
• 2.2.1 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作28
• 2.2.2 還原糖總量的測(cè)定28-29
• 2.2.3 液相色譜法測(cè)殘?zhí)堑暮?/span>29
• 2.2.4 秸稈預(yù)處理?xiàng)l件優(yōu)化29-30
• 2.2.5 影響纖維素酶水解因素的研究30-31
• 2.2.6 纖維素酶酶解稻草秸稈條件優(yōu)化31
• 2.3 結(jié)果與分析31-41
• 2.3.1 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線31-32
• 2.3.2 稀硫酸預(yù)處理稻草秸稈條件的確定32-35
• 2.3.3 酶解因素的研究35-41
• 2.4 本章小結(jié)41-42
• 第3章 敲除 pts G 基因使 E.coli SZ470 能同時(shí)利用五碳糖與六碳糖42-54
• 3.1 實(shí)驗(yàn)材料42-45
• 3.1.1 菌株與質(zhì)粒42
• 3.1.2 PCR 引物的設(shè)計(jì)42-43
• 3.1.3 主要試劑43-44
• 3.1.4 主要溶液44
• 3.1.5 主要儀器44-45
• 3.1.6 培養(yǎng)基成份45
• 3.2 實(shí)驗(yàn)方法45-47
• 3.2.1 PCR 基因片段的制備45
• 3.2.2 Red 重組功能的誘導(dǎo)和感受態(tài)細(xì)胞的制備45
• 3.2.3 電轉(zhuǎn)化45-46
• 3.2.4 基因敲除菌株的篩選及抗性基因的消除46
• 3.2.5 基因敲除菌株五碳糖搖瓶發(fā)酵46
• 3.2.6 發(fā)酵產(chǎn)物檢測(cè)分析46-47
• 3.3 結(jié)果與討論47-52
• 3.3.1 PCR 片段的制備47-48
• 3.3.2 pts G 基因缺陷株的鑒定48-49
• 3.3.3 質(zhì)粒 pKD46 的消除49
• 3.3.4 敲除菌株的穩(wěn)定性檢測(cè)49
• 3.3.5 卡那抗性基因的消除49
• 3.3.6 基因敲除菌株發(fā)酵參數(shù)測(cè)定49-52
• 3.4 本章小結(jié)52-54
• 第4章 采用大孔吸附樹脂對(duì)水解液中糠醛的研究54-65
• 4.1 實(shí)驗(yàn)材料54-55
• 4.1.1 主要試劑54
• 4.1.2 主要儀器54-55
• 4.1.3 菌種55
• 4.2 實(shí)驗(yàn)方法55-57
• 4.2.1 大孔吸附樹脂的預(yù)處理55
• 4.2.2 大孔吸附樹脂的靜態(tài)吸附糠醛55-56
• 4.2.3 大孔樹脂動(dòng)態(tài)吸附糠醛56
• 4.2.4 稻草秸稈水解液發(fā)酵產(chǎn)乙醇56-57
• 4.3 結(jié)果與分析57-62
• 4.3.1 吸附樹脂篩選57-58
• 4.3.2 D301 大孔樹脂靜態(tài)吸附糠醛實(shí)驗(yàn)58-60
• 4.3.3 D301 大孔吸附樹脂動(dòng)態(tài)吸附糠醛60-62
• 4.4 工程菌 E.coli SZ470 利用樹脂脫毒水解液發(fā)酵產(chǎn)乙醇62-64
• 4.4.1 菌體生長(zhǎng)曲線62-63
• 4.4.2 還原糖的利用63
• 4.4.3 乙醇產(chǎn)量63-64
• 4.5 本章小結(jié)64-65
• 第5章 采用 SHF 法與 SSF 法對(duì) E.coli SZ470 產(chǎn)乙醇異同的研究65-73
• 5.1 實(shí)驗(yàn)材料65-67
• 5.1.1 發(fā)酵菌種65
• 5.1.2 培養(yǎng)基65
• 5.1.3 秸稈65
• 5.1.4 主要試劑65-66
• 5.1.5 主要儀器66-67
• 5.2 實(shí)驗(yàn)方法67-68
• 5.2.1 大腸桿菌的活化67
• 5.2.2 SHF 法發(fā)酵生物乙醇67
• 5.2.3 SSF 法發(fā)酵生物乙醇67-68
• 5.2.4 液相色譜法測(cè)殘?zhí)堑暮?/span>68
• 5.2.5 氣相色譜法測(cè)乙醇含量68
• 5.3 結(jié)果與討論68-72
• 5.3.1 兩種發(fā)酵方式乙醇產(chǎn)量的比較68-70
• 5.3.2 SHF 法與 SSF 法的還原糖比較70-72
• 5.4 小結(jié)72-73
• 第6章 結(jié)論與展望73-77
• 6.1 結(jié)論73-74
• 6.2 特色與特點(diǎn)74
• 6.3 對(duì)后續(xù)研究工作的展望74-77
• 參考文獻(xiàn)77-83
• 致謝83-84
• 附錄84

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發(fā)酵木糖生產(chǎn)乙醇菌株的篩選與鑒定    胡海軍;梁運(yùn)祥;葛向陽(yáng);

代謝木糖產(chǎn)酒精的釀酒酵母工程菌的研究    彭艷春;徐峻宇;謝文;

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釀酒酵母采用木糖發(fā)酵產(chǎn)乙醇的研究現(xiàn)狀    張琴;

樹干畢赤酵母cDNA文庫(kù)構(gòu)建及EST序列測(cè)定    徐勇;范一民;勇強(qiáng);黃敏仁;余世袁;

稻草秸稈組分的高效分離方法研究    都占魁;趙金生;楊正宇;

黑曲霉處理稻草秸稈提高沼氣發(fā)酵產(chǎn)氣率的研究    胡曉明;張無(wú)敵;高正卿;何桂源;陳勇;和智明;

不同載體固定高效降解菌去除水體中石油的研究    何麗媛;郭楚玲;黨志;

纖維素乙醇生物轉(zhuǎn)化工藝的研究進(jìn)展    高鳳芹;閆志堅(jiān);孫啟忠;邢啟明;

產(chǎn)乙醇重組大腸桿菌的構(gòu)建及其特性研究    馬瑞強(qiáng);陳明;陸偉;張維;徐玉泉;林敏;

木糖利用重組運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌的構(gòu)建及其發(fā)酵性能的初步研究    張穎;馬瑞強(qiáng);洪浩舟;陳明;林敏;

企業(yè)造假 帶來(lái)?yè)p失3億多元 出口解禁 稻草行業(yè)重現(xiàn)生機(jī)    記者閻平、王振宏

廢料建房 冬暖夏涼    記者 關(guān)媛媛

代謝工程在發(fā)酵工程中的運(yùn)用    何國(guó)慶 張灝

3億元“買”來(lái)個(gè)“老教訓(xùn)”    新華社記者 閻平、王振宏

姜堰橋頭鎮(zhèn)年產(chǎn)香菇600萬(wàn)公斤    記者 劉曉東

乙醇原料需轉(zhuǎn)型 糧食漲價(jià)現(xiàn)契機(jī)    本報(bào)記者 郭錦輝　孫國(guó)民

草產(chǎn)品 走在產(chǎn)業(yè)邊上    本報(bào)記者 朱冰

橋頭百名“土造紙”老板改行種香菇    記者 劉林　通訊員 盛杉 玉文 海晨

全市各地都有燒秸稈    余寬平

走好減少晚播小麥不利影響三步棋    丹珂

稻草秸稈的預(yù)處理及生產(chǎn)乙醇的研究    孫萬(wàn)里

紅麻骨纖維質(zhì)轉(zhuǎn)化燃料乙醇的關(guān)鍵技術(shù)研究    阮奇城

稻草秸稈降解中生物表面活性劑的增效作用及發(fā)酵新工藝    張秋卓

玉米秸稈為原料燃料乙醇制備的關(guān)鍵問(wèn)題研究    李冬梅

粗糙脈孢菌AS3.1602乙醇發(fā)酵的代謝研究    張志華

木糖代謝關(guān)鍵酶基因克隆及重組酵母菌株構(gòu)建    徐勇

游離及固定化酵母連續(xù)發(fā)酵制取乙醇    王杏文

以木質(zhì)纖維素為原料的燃料乙醇生產(chǎn)工藝及廢水零排放技術(shù)研究    張?chǎng)?/span>

利用玉米秸稈制取燃料乙醇的關(guān)鍵技術(shù)研究    陳明

木糖利用重組運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌的構(gòu)建及乙醇脅迫下大腸桿菌表達(dá)譜分析    張穎

大腸桿菌SZ470利用稻草秸稈產(chǎn)乙醇關(guān)鍵問(wèn)題的研究    嚴(yán)濤

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樹干畢赤酵母在水解液中的馴化和木糖發(fā)酵    趙晨

木質(zhì)纖維轉(zhuǎn)化乙醇優(yōu)勢(shì)菌的篩選和優(yōu)化    曾盈宇

簡(jiǎn)青霉對(duì)稻草秸稈降解條件最優(yōu)化和機(jī)理研究    尹璐

稻草秸稈氨化的機(jī)理研究及參數(shù)優(yōu)化    楊游

室溫條件下混菌發(fā)酵稻草秸稈的降解研究    李明軒

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