影响丙酮丁醇发酵的主要因素及解决方案的研究进展
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Hale Waihona Puke 和０ ． ８ ｇ ／ Ｌ Ｍｎ Ｓ Ｏ４ ＂ Ｈ ２ Ｏ 时，丁醇的比生成速率为 ０ ． ４ ８ ｇ ／ （ ｇ ． ｈ ） ，相 对于共 同添加 Ｚ ｎ ２ 和Ｃ ａ 条件 下的丁醇 比生成速 率０ ． ２ ３ ｇ ／ （ ｇ ． ｈ ） 提高了 １ ０ ８ ． ６ ９ ％，而发酵终点 乙酸和丁酸浓度分别为 １ ． ９ ９ ｇ ／ Ｌ和 ０ ． ５ ４ ｇ ／ Ｌ，同比分别 降低 了 １ ４ ． ５ ９ ％ 和４ ７ ． ０ ６ ％。Ｚ ｎ ２ ＋ 、Ｃ ａ ２ 和 Ｍｎ ２ ３种金属 离子对 丙酮丁醇发 酵具有正 向协 同调控作 用。 关键词 ：丁醇发 酵；丙酮丁醇梭菌；金属元素 ；协 同效应
Ｏ ． ８ ｇ ／ Ｌ Ｍｎ Ｓ Ｏ４ ‘ Ｈ２ ０ ｗｅ ｒ ｅ ａ ｌ ｌ ｓ ｕ ｐ ｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｆ ｅ ｍ ｅ ｒ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｄ ｉ ｕ ｍ ，ｔ ｈ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｉｃ ｆ ｂ ｕ ｔ ａ ｎ ｏ ｌ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ
中图分类号 ：Ｔ Ｑ ９ ２ ３ 文献标志码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ０— ６ ６ １ ３（ ２ ０ １ ５）１ ０—３ ７ １ ９—０ ６
ＤｏＩ ：１ ０ ． １ ６ ０ ８ ５ ￣ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ — ６ ６ １ ３ ． ２ ０ １ ５ ． １ ０ ． ０ ３ １
丙酮丁醇梭菌代谢工程菌的构建及其发酵性能
丙酮丁醇梭菌代谢工程菌的构建及其发酵性能方雪;刘刚;邢苗;王绍文【摘要】丙酮丁醇梭菌Clostridium acetobutylicum可以利用葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、纤维二糖等多种底物,发酵糖获得丙酮、丁醇、乙醇等产物,是一种优良的木质纤维素同步糖化发酵菌种.为获得具有更优良发酵性能的木质纤维素发酵菌株,使用代谢工程技术对丙酮丁醇梭菌进行改造.将乙酰乙酰CoA硫解酶基因(thl)的启动子和末端两个同源片段以及醛/醇脱氢酶基因(adhE)的开放阅读框连接到pUC18上,构建成整合型质粒pTAEE,电转化丙酮丁醇梭菌后在红霉素抗性平板筛选转化子.通过PCR扩增及产物序列分析表明,质粒pTAEE中的adhE基因以单交换的方式整合到转化子基因组中,增强adhE的表达.重组菌T4的乙醇得率为2.3％,比野生菌提高了15％,乙醇浓度为0.39 g/L,与野生菌相当；丁醇得率为41.6％,比野生菌提高了69％,丁醇浓度为6.9g/L,比野生菌提高了41％,获得了发酵性能更高的丙酮丁醇梭菌代谢工程菌株.【期刊名称】《食品与发酵工业》【年(卷),期】2014(040)002【总页数】7页(P99-105)【关键词】丙酮丁醇梭菌;代谢工程;整合型质粒;丁醇【作者】方雪;刘刚;邢苗;王绍文【作者单位】深圳大学生命科学学院,深圳市微生物基因工程重点实验室,广东深圳,518060;合肥师范学院生命科学系,安徽合肥,230601;深圳大学生命科学学院,深圳市微生物基因工程重点实验室,广东深圳,518060;深圳大学生命科学学院,深圳市微生物基因工程重点实验室,广东深圳,518060;深圳大学生命科学学院,深圳市微生物基因工程重点实验室,广东深圳,518060【正文语种】中文正在显现的石油危机引起了各国对未来能源供应不足的普遍关注，并促使人类寻求可再生的燃料来代替化石燃料［1］。
木质纤维素是世界上最丰富而又未得到充分利用的可再生资源，以木质纤维素为原料发酵生产燃料乙醇和丁醇是解决燃油短缺的重要途径［2］。
发酵法生产1,3-丙二醇的研究进展
2017年第36卷第4期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·1395·化 工 进展发酵法生产1,3-丙二醇的研究进展李晓姝，张霖，高大成，师文静，樊亚超（中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院，辽宁 抚顺113001）摘要：1,3-丙二醇是一种重要的化合物，近年来由于其用途的不断拓宽而越来越受到广泛重视。
生物合成法生产1,3-丙二醇具有绿色高效、使用可再生能源等特点，是目前最具前景的生产方式。
本文从发酵菌种、发酵工艺、发酵过程优化和精制提纯几个方面对发酵法生产1,3-丙二醇的研究现状进行了介绍。
提出为使生物法生产1,3-丙二醇在成本上与化学法相比更具优势，在提高产量的同时应该引入新技术、新手段对发酵过程进行强化，使得过程更加精准且易于控制；同时指出综合考虑经济性与能耗问题，对发酵与分离的全过程进行整合，是今后发酵法生产1,3-丙二醇实现产业化的研究重点。
关键词：1,3-丙二醇；发酵；生物转化；甘油中图分类号：TQ 923 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）04–1395–09 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017.04.032Progress on the production of 1,3-propanediol by fermentationLI Xiaoshu ，ZHANG Lin ，GAO Dacheng ，SHI Wenjing ，F AN Yachao（Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals ，SINOPEC ，Fushun 113001，Liaoning ，China ）Abstract ：1,3-propanediol is an important chemical compound ，which has recently received more andmore attention due to its wide applications. Synthesizing 1,3-propanediol via the biological method has some merits ，such as green ，high efficiency ，and sustainable. This method is the most promising for the 1,3-propanediol production.In this paper ，the research advances on production of 1,3-propanediol by fermentation were reviewed with regard to fermentative strains ，fermentation process ，process optimization and purification. To have a low cost advantage over the other chemical synthesizes ，the biological method needs to increase the concentration of 1,3-propanediol ，to strengthen the fermentation process that is more accurate and easier control. Economy and energy consumption need to be considered to integrate the whole process of fermentation and separation ，which should be the focus of research and industrial production of 1,3-propanediol by biological process in the future. Key words ：1,3-propanediol ；fermentation ；bioconversion ；glycerol1,3-丙二醇（1,3-PD ）是一种重要且用途广泛的化工原料，其与对苯二甲酸聚合合成的聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT ），是一种性质优良的聚酯材料。
丙酮酸发酵过程优化
第五章丙酮酸发酵过程优化 (1)第一节丙酮酸发酵概述 (1)一、引言 (1)二、国外研究水平和发展趋势 (1)三、发酵法生产丙酮酸研究中存在的问题 (6)四、本章主要内容 (7)第二节营养条件对光滑球拟酵母WSH-IP12生产丙酮酸的影响 (8)一、引言 (8)二、酵母粉浓度对丙酮酸发酵的影响 (8)三、蛋白胨浓度对丙酮酸发酵的影响 (8)四、豆饼水解液和无机氮源对丙酮酸发酵的影响 (9)五、分批培养中供氧方式和培养基碳氮比对丙酮酸发酵的影响 (10)六、葡萄糖流加培养中氮的供给对丙酮酸发酵的影响 (11)七、讨论 (13)第三节维生素在丙酮酸过量合成中的重要作用 (15)一、引言 (15)二、突变株T. glabrata WSH-IP303的获得及其氮源同化能力 (15)三、维生素对WSH-IP303过量合成丙酮酸的影响 (17)四、维生素亚适量供给下的分批发酵过程 (20)五、讨论 (22)第四节丙酮酸分批发酵的供氧控制模式 (25)一、引言 (25)二、丙酮酸分批发酵过程的溶氧变化情况 (25)三、不同k L a下WSH-IP303发酵生产丙酮酸的动力学特征 (25)四、分阶段供氧控制模式的提出和实验验证 (27)五、讨论 (29)第五节丙酮酸发酵过程的代谢网络分析 (32)一、引言 (32)二、代谢网络构建和代谢通量计算 (32)三、不同硫胺素浓度和不同DOT下的分批发酵结果 (34)四、不同硫胺素浓度和不同DOT下NADPH的产生与消耗 (37)五、不同硫胺素浓度和不同DOT下NADH的产生与消耗 (38)六、不同硫胺素浓度和不同DOT下ATP的产生与消耗 (39)七、讨论 (41)第六节丙酮酸发酵的逐级放大和中间试验 (49)一、引言 (49)二、30 L发酵罐中葡萄糖浓度对WSH-IP303菌株生产丙酮酸的影响 (49)三、300 L规模的丙酮酸发酵试验 (50)四、5 m3规模丙酮酸发酵中试 (51)第五章丙酮酸发酵过程优化第一节丙酮酸发酵概述一、引言丙酮酸(Pyruvic acid)，又称2-氧代丙酸(2-oxopropanoic acid)、α-酮基丙酸(α-ketopropionic acid)或乙酰基甲酸(acetylformic acid)，为无色至淡黄色液体，呈醋酸香气和愉快酸味，是最重要的α-氧代羧酸之一。
丙酮丁醇的代谢
(CH3-CO-CH2-COOH)
丁醛脱氢酶
COA
丁醛(CH3-CH2-CH2-CHO)
NADH+H NAD+
乙酰乙酸脱羧 酶
CO2
丁醇脱氢酶
丙酮(CH3-CO-CH3)
丁醇(CH3-CH2-CH2-CH2OH)
2葡萄糖+4ADP+4Pi
丁醇+丙酮+4H2+5CO2+4ATP
谢谢！
丙酮-丁醇的代谢
丙酮-丁醇的代谢
丙酮-丁醇梭菌在发酵葡萄糖的过程中，由 于丁酸积累导致发酵液PH下降，会使丁酸 发酵转变为丙酮-丁醇发酵，即丙酮酸分别 可以转化为丙酮和丁醇。
具体代谢过程
葡萄糖(C6H12O6)
EMP途径
2丙酮酸（CH3-CO-COOH）
氧化还原酶
CO2
COA 2[H]
2乙酰-COA(CH3-CO-SCOA)
硫解酶
COA
乙酰乙酰-COA(CH3-CO-CH2-CO-SCOA)
乙酰乙酰COA (CH3-CO-CH2-CO-SCOA )
β-羟丁酰COA脱氢酶 转移酶
2NADH+H
2NAD+
乙酸
乙酰COA
β-羟丁酰COA(CH3-COOH-CH2-CO-SCOA)
烯酰-COA水解酶3-CH2-CH2-CO-COA）
影响发酵过程的因素
影响发酵过程的因素影响发酵过程的因素主要有以下几个方面。
温度温度对微生物的影响是多方面的。
首先，温度影响酶的活性。
在最适温度范围内，随着温度的升高，菌体生长和代谢加快，发酵反应的速率加快。
当超过最适温度范围以后，随着温度的升高，酶很快失活，菌体衰老，发酵周期缩短，产量降低。
温度也能影响生物合成的途径。
例如，金色链霉菌在30℃以下时，合成金霉素的能力较强，但当温度超过35℃时，则只合成四环素而不合成金霉素。
此外，温度还会影响发酵液的物理性质，以及菌种对营养物质的分解吸收等。
因此，要保证正常的发酵过程，就需维持最适温度。
但菌体生长和产物合成所需的最适温度不一定相同。
如灰色链霉菌的最适生长温度是37℃，但产生抗生素的最适温度是28 ℃。
通常，必须通过实验来确定不同菌种各发酵阶段的最适温度，采取分段控制。
pHpH能够影响酶的活性，以及细胞膜的带电荷状况。
细胞膜的带电荷状况如果发生变化，膜的透性也会改变，从而有可能影响微生物对营养物质的吸收及代谢产物的分泌。
此外，pH 还会影响培养基中营养物质的分解等。
因此，应控制发酵液的pH。
但不同菌种生长阶段和合成产物阶段的最适pH往往不同，需要分别加以控制。
在发酵过程中，随着菌体对营养物质的利用和代谢产物的积累，发酵液的pH必然会发生变化。
如当尿素被分解时，发酵液中的NH+4浓度就会上升，pH也随之上升。
在工业生产上，常采用在发酵液中添加维持pH的缓冲系统，或通过中间补加氨水、尿素、碳酸铵或碳酸钙来控制pH。
目前，国内已研制出检测发酵过程的pH电极，用于连续测定和记录pH 变化，并由pH控制器调节酸、碱的加入量。
溶解氧氧的供应对需氧发酵来说，是一个关键因素。
从葡萄糖氧化的需氧量来看，1 mol的葡萄糖彻底氧化分解，需6mol的氧；当糖用于合成代谢产物时，1 mol葡萄糖约需1.9mol的氧。
因此，好氧型微生物对氧的需要量是很大的，但在发酵过程中菌种只能利用发酵液中的溶解氧，然而氧很难溶于水。
丙丁梭菌酿酒酵母混合培养同时外添乙酸的ABE发酵体系强化丙酮生物合成
丙丁梭菌/酿酒酵母混合培养同时外添乙酸的ABE发酵体系强化丙酮生物合成丙酮-丁醇-乙醇发酵(简称ABE发酵),其产品是丙酮(A)、丁醇(B)和乙醇(E)的溶剂混合物,摩尔比约为3:6:1。
丙酮和丁醇都是重要的平台化合物和高效液态燃料或添加剂。
目前,丙酮生产几乎全部依赖使用化石原料进行,ABE发酵的研究主流就是提高丁醇产量或提高丁醇占总溶剂的产品比例(丁醇/丙酮比),丙酮生物合成基本不受重视。
但是,ABE发酵的经济性和实用性依赖于将丙酮作为重要平台化合物和高效燃料进行评价,因此,强化丙酮生物合成可以作为改善ABE发酵性能的重要切入点。
本论文旨在维持丁醇浓度的同时,强化丙酮的生物合成、提高其发酵浓度,研究丙丁梭菌/酿酒酵母混合培养同时外添乙酸的发酵策略改善ABE发酵性能的理论机理和可行性。
主要研究内容和结论如下:(1)在ABE发酵产溶剂期、外添少量乙酸能降低丙酮丁醇梭菌胞内的NADH再生速度、使较多碳流走向不依存NADH 的丙酮合成途径;促进有益于细胞生存和丁醇合成的氨基酸在在梭菌胞内的积累。
丙酮浓度、丁醇浓度和丙酮/丁醇比分别达到7.34g·L-1、12.18 g·L-1和0.6。
与传统发酵(对照)相比,丙酮浓度和丙酮/丁醇比分别提高了25%和20%,丁醇浓度基本不变。
(2)研究了丙丁梭菌/酿酒酵母混合培养同时外添少量乙酸(4 g·L-broth-1)的ABE发酵体系改善ABE发酵性能的机制机理。
研究发现,该ABE发酵体系,强化了梭菌对葡萄糖的利用能力;可以将梭菌胞内的NADH再生速率控制在较为适中的低水平,缓解了细胞的能量周转负荷,在不影响丁醇合成的同时、使更多碳流走向丙酮合成途径;也可以增强有益氨基酸在梭菌胞内的积累、提高梭菌对高丁醇浓度环境的耐受力。
在7 L厌氧发酵罐中实施该发酵策略,最终丙酮和丁醇浓度可以同时达到8.27 g·L-1和13.91g·L-1的较高水平,比对照提高41%和20%。
一株拜氏梭菌利用甘蔗废糖蜜生产丙酮丁醇的研究
一株拜氏梭菌利用甘蔗废糖蜜生产丙酮丁醇的研究1拜氏梭菌：未来丙酮丁醇的生产者拜氏梭菌（Bacillus subtilis）是一种强大的古种类微生物，因其功能多样、代谢稳定、耐受性强、发酵效率高而受到广泛关注。
近年来，各个研究院所对拜氏梭菌做了大量研究，着重研究它在生物能源、有机氢等几个领域的应用。
近期，一组国外研究人员重点研究了由拜氏梭菌以废弃甘蔗糖蜜作为起始物，利用无异核糖体糊精和木聚糖酶的联合合成，生产丙酮丁醇（PDC）的可能性。
2废弃甘蔗糖蜜：拜氏梭菌首次利用离餐废水生产PDC 废弃甘蔗糖蜜是芭蕉糖、木聚糖和果糖的混合物，含有丰富的糖分，是一种优质的起始物料，但其应用却被限制在少量的培养基及食品中。
研究团队利用其他研究所提供的离餐废水中的废弃甘蔗糖蜜，以拜氏梭菌为微生物发酵剂，并结合木聚糖聚合酶CatA，开展了一系列的实验。
实验中，拜氏梭菌在PCD酶活性增加的同时，也促进了植物活性微生物聚酶CatA的高级分解，有效提高了利用废弃甘蔗糖蜜生产PDC的效率（25g/LPDC）。
3潜在应用：拜氏梭菌可有效减少对活性材料的依赖结果表明，拜氏梭菌可以有效的利用废弃甘蔗糖蜜，从而生产PDC，并提高微生物种群多样性，开发出新型简单、清洁且高效的技术平台。
在纳利和高活性非纳利方面，拜氏梭菌很容易受到激活，可减少对一般特定外源活性物质依赖，为农业可持续发展提出新的建议。
另外，这一新型生物制造平台也能有效提高活性物质生产速度，为拜氏梭菌发酵生产PDC提供了机遇。
4结论：拜氏梭菌是古种类的实用微生物拜氏梭菌的应用不仅可以改善环境，还可以确保农业的可持续发展，以及发挥传统微生物的多功能性，建立古种类的实用微生物。
拜氏梭菌的应用可能会改变现有的生物制技术，在节约能源、减少污染、环保或安全等方面都能变得更加可行。
未来，拜氏梭菌有望成为丙酮丁醇的生产专家，为制造部门提供新的制造途径。
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生 物 质 化 学 工 程
Ｂｉ ｍａ ｓ Ｃｈ ｍｉ ａ ｇｎ ｅ ｉ ｇ ｏ ｓ ｅ ｃ ｌＥｎ ｉ ｅ ｒｎ
Ｖｏ ． ５ Ｎｏ ２ １４ ． Ｍａ ． Ｏ１ ｒ２ １
Байду номын сангаас
・
综 述 评论 — — 生物 质 能 源 ・
成以及丁醇对茵株的毒性等 因素 。此外 ， 用木质 纤维素等廉价 、 使 环保的原料作 为发 酵底物 生产生物 丁醇也 是 目前研 究 的热点之 一。本文就以上 问题综述 了近年来的研究进展 ， 如孢 子形成 的分子机制及 解除孢子 形成与溶 剂生成之 间联 系
的途径 ， 丁醇抑制梭 茵细胞 生长的机 制及 降低 丁醇毒性 的方法 ， 通过基 因工程改造减 少副产物 的生成 ， 增加 丁醇产量等 ，
并讨论 了进一步改造菌种及降低生物丁醇成本的策略 。
关键 词 ： 丙酮 丁醇 发 酵 ； 因工 程 ； 基 气提 法 ； 质 纤 维 素 木
中图分类号 ：Ｑ ５ ； ８ ５ Ｔ ３ １Ｑ １
文献标识码 ： Ａ
文章编 号 ：６ ３— ８４ ２ １ ） ２— ０ ５— ６ １７ ５ ５ （０ １ ０ ０４ ０
ＧＡＯ ｉ Ｌ ｎ，ＹＡＮＧ ｕ ｓ ａ Ｋａ ， ＩＹｕ Ｘｉ — ｈ ｎ
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影 响 丙 酮 丁 醇 发 酵 的 主 要 因 素 及 解 决 方 案 的 研 究 进 展
高 凯 ， 云 ， 秀山 李 杨
（ 首都 师 范 大 学 生 命 科 学 学 院 ，北 京 １０ ４ ） ００ ８ 摘 要 ： 约 丙 酮 丁 醇 发 酵 工 业 化 生 产 的 主要 问 题 是 丙酮 丁 醇 梭 茵在 发 酵 过 程 中孢 子 的 形 成 、 剂 产 量 低 、 产 物 的 生 制 溶 副
Ａ ｓ ａｔＭａ ｒ ｒ ｌ ｓ ｗ ｉｈｉｆ ｅｃｄｏ ｅ ｅｉ ｌ ｆ ｃｔ ｅｂ ｔ ｏ ｆ ｍｅｔ ｉ Ａ Ｆ ，ｅｅａａ ｓ ｅ ．Ａ ｄｓｏｕ ｂ ｔ ｃ： ｊ ｏ ｅ ， ｈｃ ｎ ｕｎｅ ｎｔ ｖ ａ ｏ ｅ ｎ—ｕ ｎ ｌｅ ｎ ｔ ｎ（ Ｂ ） ｗ ｒ ｎ ｌ ｉ ｄ ｎ ｐｒ— ｒ ｏｐ ｂ ｍ ｌ ｈ ｒ ｖ ａ ｏ ａ ｒ ａｏ ｙｚ
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