耐酸性丙酸梭菌选育及其产丙烯酸特性的研究

论文摘要

丙烯酸是一种重要的化工基础原料,广泛用于涂料、纺织、粘合剂、造纸、抛光剂、皮革、化纤、高吸水性树脂等行业。本文选用丙酸梭菌作为丙烯酸生产菌种,对丙酸氧化生成丙烯酸的反应进行了单因素的初步优化。并采用Lineweaver-Burk双倒数法得到该酶促反应动力学方程为y=6231.3x+79.606,并求得Km和Vmax分别为78.277 mmol/L和0.7536mmol/L·min。研究了不同pH值条件下向培养基中添加不同浓度的丙烯酸对菌体生长和代谢的影响,结果发现:菌体生长的最适pH值为7.0,在该pH值下乙酸和丙酸产量也最大,分别达到1.32g/L和3.21 g/L,此时产乙酸/丙酸的摩尔比率最小,约为0.5。向培养基中添加丙烯酸一方面会抑制丙酸梭菌的生长,表现为延迟期延长,稳定期的OD值下降;另一方面会使乙酸和丙酸产量增加,随着丙烯酸添加量的增加,产乙酸/丙酸摩尔比率也相应提高。通过对丙酸梭菌进行耐酸性驯化,在培养基pH值为7.0时,菌体的耐丙烯酸浓度由1.5g/L提高到2.5g/L。采用紫外线物理诱变和硫酸二乙酯化学诱变对原始菌株进行诱变处理。重复实验表明,硫酸二乙酯的诱变效果比紫外线的诱变效果好;经过紫外诱变,诱变菌株耐受丙烯酸浓度达到3g/L,耐酸性提高了1倍;而经过硫酸二乙酯诱变,耐受丙烯酸浓度达到9g/L,耐酸性提高了5倍。本文还考察了丙烯酸及pH值对经一次化学诱变能形成单菌落的耐酸诱变菌株（耐5g/L丙烯酸）和经多次诱变目前能达到耐酸性能最强的诱变菌株（耐9g/L丙烯酸）生长情况和产酸的影响,结果发现:两诱变菌株对pH值的适应范围均变宽,但生长情况与产酸量均差于原始菌株。诱变后菌体的代谢流发生偏移,代谢流均偏向产乙酸方向,诱变株产乙酸/丙酸摩尔比率都高于原始菌株,在偏离中性pH值的情况下,这种偏移更为显著。在不同pH值条件下向培养基中添加不同浓度的丙烯酸,两株诱变菌株的延迟期均加长,稳定期OD值也都下降。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 丙烯酸的结构和性质
• 1.2 丙烯酸的应用
• 1.2.1 丙烯酸酯
• 1.2.2 高吸水性树脂
• 1.3 丙烯酸的市场
• 1.4 丙烯酸的制备
• 1.4.1 丙烯酸的化学生产工艺
• 1.4.2 丙烯酸的生物合成路线
• 1.5 有机酸对微生物的抑制机理
• 1.6 丙烯酸生产菌的诱变育种
• 1.6.1 原始菌株的选择
• 1.6.2 诱变剂的选择
• 1.6.3 丙酸梭菌
• 1.7 主要研究内容
• 2 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 菌株
• 2.1.2 培养基
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 培养基灭菌
• 2.2.2 平板固体培养
• 2.2.3 血清瓶液体培养
• 2.2.4 厌氧培养
• 2.2.5 复苏冻干菌
• 2.2.6 休眠细胞（resting cell）发酵丙酸以生产丙烯酸
• 2.3 分析方法
• 2.3.1 气相色谱
• 2.3.2 分光光度计
• 2.3.3 pH值的测定
• 2.4 主要试剂
• 2.5 主要实验设备与仪器
• 3 丙酸梭菌生成丙烯酸反应条件的初步优化
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 菌种
• 3.2.2 培养基
• 3.2.3 实验方法
• 3.2.4 试剂及实验仪器
• 3.2.5 分析方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 起始丙酸浓度对丙烯酸产量的影响
• 3.3.2 乳酸添加量对丙烯酸产量的影响
• 3.3.3 L-Ala添加量对丙烯酸产量的影响
• 3.3.4 丙酮酸添加量对丙烯酸产量的影响
• 3.3.5 pH值对丙烯酸产量的影响
• 3.3.6 亚甲基兰浓度对丙烯酸产量的影响
• 3.3.7 温度对丙烯酸产量的影响
• 3.4 小结
• 4 丙酸梭菌生成丙烯酸的动力学研究
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 菌种
• 4.2.2 培养基
• 4.2.3 实验方法
• 4.2.4 试剂及实验仪器
• 4.2.5 分析方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.4 小结
• 5 丙烯酸及PH值对丙酸梭菌生长特性和代谢产物的影响
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 菌种
• 5.2.2 培养基
• 5.2.3 实验方法
• 5.2.4 试剂及实验仪器
• 5.2.5 分析方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 培养基pH值对丙酸梭菌的影响
• 5.3.2 培养基中添加不同量丙烯酸对丙酸梭菌的影响
• 5.4 小结
• 6 耐酸性丙酸梭菌的选育
• 6.1 引言
• 6.2 材料和方法
• 6.2.1 菌种
• 6.2.2 培养基
• 6.2.3 实验方法
• 6.2.4 试剂及实验仪器
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 耐酸性的选育驯化
• 6.3.2 紫外线诱变
• 6.3.3 硫酸二乙酯诱变
• 6.4 小结
• 7 耐酸丙酸羧菌突变株生长和代谢特性的研究
• 7.1 引言
• 7.2 材料与方法
• 7.3 结果与讨论
• 7.3.1 培养基pH值对耐酸诱变株的影响
• 7.3.2 培养基中添加不同量丙烯酸对耐酸诱变株的影响
• 7.4 小结
• 8 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.1.1 丙酸梭菌生成丙烯酸反应条件的优化
• 8.1.2 丙酸梭菌生成丙烯酸的动力学
• 8.1.3 丙烯酸及pH值对野生丙酸梭菌的影响
• 8.1.4 耐酸性丙酸梭菌的选育
• 8.1.5 耐酸丙酸梭菌的生长和代谢特性
• 8.2 展望
• 参考文献