运动发酵单胞菌产乙醇的研究

论文摘要

随着经济的发展,能源危机、环境污染问题受到越来越多的关注,开发新能源已成为世界各国的共识。燃料酒精是一种可再生的清洁能源,可作为汽油的替代品。目前,已有多个国家投入生产燃料乙醇,燃料乙醇将成为各国能源消耗的重要组成部分。本论文对运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis）菌株的形态结构、生理生化特征及乙醇耐受性、产乙醇特性进行了研究。菌株Z-1的耐乙醇浓度可达17%（v/v）,乙醇发酵率达80.34%。当培养温度从30℃上升到33℃和36℃,运动发酵单胞菌的形态发生改变,从原先的短杆状细胞伸长至丝状纤维细胞,并且这种改变具有可逆性。分析了pH值、碳源（糖浓度）、氮源（酵母膏浓度）、温度、接种量、通氧量等因素对菌株发酵乙醇的影响。通过发酵产乙醇主要因素的正交实验,确定了该菌株产乙醇的最佳发酵条件为:200g/L葡萄糖、7.5 g/L酵母膏、温度为30℃、pH为6.5、接种量为10%,在该条件下,乙醇浓度可达87.06 g/L。对菌株Z-1进行了诱变研究。利用紫外辐射和化学诱变的方法,结合TTC平板法筛选出乙醇高产突变株ZE-11。突变株具有更快的乙醇转化速度,在最佳发酵条件下,发酵率为93.6%,乙醇浓度提高到95.47 g/L。比出发菌Z-1在最佳发酵条件下（产乙醇浓度87.05g/L）提高了9.26%。对ZE-11和酿酒酵母Y-3发酵蔗汁产乙醇进行的比较研究表明,ZE-11与Y-3相比,具有更高的乙醇转化率,更少的菌体生成量。ZE-11在8 L发酵罐中的小试研究表明,以蔗汁（总糖为227 g/L）为底物,突变株可在18～36h完成发酵,发酵率达91.3%。运动发酵单胞菌利用蔗汁发酵产酒精具有很大的开发潜力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 前言
• 1.1 能源概述
• 1.2 燃料乙醇
• 1.3 运动发酵单胞菌简介
• 1.4 运动发酵单胞菌的糖代谢和能量代谢
• 1.4 Z.mobilis的糖代谢和能量代谢
• 1.5 Z.mobilis的乙醇和高渗透压耐性机理
• 1.6 Z.mobilis的固定化研究
• 1.7 诱变选育Z.mobilis
• 1.8 本论文研究内容与目的
• 2. 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 菌株
• 2.1.2 培养基
• 2.1.3 主要试剂及方法
• 2.1.4 主要仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 生长培养基的选择和优化
• 2.2.2 Z.mobilis生长曲线
• 2.2.3 Z.mobilis生理生化实验
• 2.2.4 培养温度对Z.mobilis形态的影响
• 2.2.5 Z.mobilis发酵产乙醇条件分析
• 2.2.6 正交实验优化发酵条件
• 2.2.7 Z.mobilis诱变育种
• 2.2.8 8L发酵罐发酵蔗汁试验
• 3. 结果与分析
• 3.1 生长培养基的选择和优化
• 3.1.1 生长培养基的选择
• 3.1.2 营养缺失培养
• 3.1.3含糖量对Z.mobilis生长的影响
• 3.2 运动发酵单胞菌的生长曲线
• 3.2.1 温度对Z.mobilis生长的影响
• 3.2.2 不同接种量对Z.mobilis的生长曲线的影响
• 3.3 Z.mobilis生理生化实验
• 3.3.1 Z.mobilis发酵率
• 3.3.2 耐乙醇实验
• 3.3.3 Z.mobilis生理生化特征
• 3.3.4 培养温度对Z.mobilis形态的影响
• 3.4 Z.mobilis发酵产乙醇条件分析
• 3.4.1 氧对发酵产乙醇的影响
• 3.4.2 温度对发酵产乙醇的影响
• 3.4.3 葡萄糖含量对发酵产乙醇的影响
• 3.4.4 酵母膏对发酵产乙醇的影响
• 3.4.5 pH值对发酵产乙醇的影响
• 3.4.6 接种量对发酵产乙醇的影响
• 3.4.7 发酵产乙醇的条件优化
• 3.5 Z.mobilis诱变育种
• 3.5.1 诱变因子致死率和最佳处理剂量的确定
• 3.5.2 突变株的初筛与复筛
• 3.5.3 突变株ZE-11遗传稳定性分析
• 3.5.4 与酵母菌发酵蔗汁产乙醇的比较
• 3.6 8L小规模发酵试验
• 4. 结论与展望
• 参考文献
• 致谢