1，3-丙二醇发酵过程中pH，溶氧调控策略研究及代谢分析

论文摘要

本文主要对克雷伯氏肺炎杆菌发酵生产1,3-丙二醇的工艺过程中pH和溶氧控制策略及关键蛋白的研究。在发酵过程中不同的pH对菌体生长及产物合成的影响进行了研究,发酵过程中发现较高的pH有利于菌体的生长,副产物乳酸的产量增加,1,3-丙二醇的摩尔转化率低；而较低的pH下,菌体生长较慢,副产物2,3-丁二醇产量增加,发酵后期菌体活力较好,因此要将发酵过程pH控制在合适的pH下,再根据乳酸的合成规律主要是在发酵过程的后期产生,因此选择前期控制较高的pH,而后期将pH控制在较低水平,以达到抑制副产物乳酸的合成,并提高1,3-丙二醇的转化率和浓度,pH控制策略优化后1,3-丙二醇浓度达到65g/L以上,转化率0.6.发酵过程中不同的溶氧水平能够影响菌体生长水平和菌体活力维持时间,较低的溶氧条件下,菌体生长速度慢,菌体活力维持时间长,因此通过提高溶氧水平可以加快菌体生长,降低甘油消耗,缩短发酵周期,提高生产强度,通过发酵过程中溶氧水平的控制策略研究,将克雷伯氏菌发酵工艺缩短至24小时,1,3-丙二醇浓度达到62g/L以上,生产强度达到2.5g/（L*h）。为了对发酵过程中菌体蛋白组学的研究,先通过一维电泳验证样品处理方法的重复性,及几个关键蛋白与发酵过程的关系有了初步的认识,研究了甘油脱氢酶（GDH）,甘油脱水酶（GDHt）,1,3-丙二醇氧化还原酶（PDOR）和羟基丙酮激酶（DHAK）,为接下来通过双向电泳研究发酵过程中的蛋白组奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 1,3-丙二醇的性质及其应用
• 1.1.1 1,3-丙二醇的性质
• 1.1.2 1,3-PD的应用
• 1.2 PTT聚酯纤维性能及用途
• 1.2.1 PTT聚酯纤维
• 1.2.2 PTT的性能及用途
• 1.3 1,3-PD的生产方式
• 1.3.1 1,3-PD的化学合成法
• 1.3.2 1,3-PD的生物合成法
• 1.4 目前国际上1,3-PD的生产现状
• 1.4.1 目前1,3-PD的国际上生产现状
• 1.4.2 目前国内1,3-PD生产现状
• 1.5 生物转化生产1,3-PD研究进展
• 1.5.1 1,3-PD生产菌株
• 1.5.2 生物合成1,3-PD的代谢途径
• 1.6 1,3-PD发酵方式
• 1.6.1 补料分批发酵
• 1.6.2 连续发酵
• 1.7 发酵过程中pH和溶氧水平的影响
• 1.7.1 发酵过程pH对菌体代谢的影响
• 1.7.2 发酵过程中溶氧水平的影响
• 1.8 蛋白组学研究
• 1.9 本课题的研究目的与内容
• 第2章 实验体系和及分析方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 菌种
• 2.1.2 培养基
• 2.1.3 实验仪器
• 2.1.4 实验药品
• 2.2 分析方法
• 2.2.1 菌浓测定及生长曲线
• 2.2.2 甘油测定
• 2.2.3 发酵液中醇类物质的定性
• 2.2.4 发酵液中醇类物质的定量
• 2.2.5 发酵液中副产物有机酸的测定
• 2.2.6 发酵过程尾气分析
• 2.3 种子培养方法和发酵方法
• 2.4 发酵过程中关键蛋白的测定
• 2.4.1 样品处理方法
• 2.4.2 SDS-PAGE-维电泳
• 第3章 1,3-PD发酵过程中pH控制策略研究
• 3.1 克雷伯氏菌甘油分批补料发酵过程
• 3.2 控制不同的pH对克雷伯氏菌1,3-PD发酵过程的影响
• 3.2.1 控制不同的pH对克雷伯氏菌1,3-PD发酵过程中菌体生长的影响
• 3.2.2 控制不同的发酵pH值对2,3-BD生产的的影响
• 3.2.3 控制不同的发酵pH值对乳酸生产的影响
• 3.2.4 控制不同的发酵pH值对乙酸,琥珀酸,乙醇生成的影响
• 3.2.5 控制不同的发酵pH下对1,3-PD合成的影响
• 3.3 克雷伯氏菌1,3-PD发酵过程pH值控制策略优化
• 3.3.1 发酵过程中变化一次控制pH值对发酵过程的影响
• 3.3.2 pH值恒定控制在6.5时克雷伯氏菌1,3-PD发酵过程
• 3.4 小结
• 第4章 溶氧对1,3-PD发酵的影响与缩短发酵周期的研究
• 4.1 溶氧对发酵过程的影响
• 4.1.1 1,3-PD发酵过程溶氧状态对生物量增长的影响
• 4.1.2 发酵过程中溶氧状态对1,3-PD合成的影响
• 4.1.3 不同溶氧状态对甘油消耗的影响
• 4.1.4 不同的溶氧水平对2,3-BD合成的影响
• 4.1.5 不同的溶氧水平对乳酸合成的影响
• 4.2 克雷伯氏菌1,3-PD发酵溶氧控制研究
• 4.2.1 1,3-PD发酵过程中溶氧水平与发酵周期的优化
• 4.2.2 不同发酵周期的结果对比
• 4.3 代谢物流分析
• 4.3.1 克雷伯氏菌微氧条件下甘油发酵的代谢途径
• 4.3.2 发酵过程中不同阶段代谢物流分布
• 4.4 小结
• 第5章 克雷伯氏菌甘油代谢关键蛋白的初步研究
• 5.1 克雷伯氏菌甘油代谢的关键蛋白
• 5.2 SDS-PAGE一维电泳测定蛋白质含量
• 5.3 小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢