木质纤维素发酵产富马酸及氮源调控基因表达机制研究

发布时间：2023-11-24 18:06

　　富马酸是迄今发现的最简单的不饱和二元羧酸,其结构中的不饱和双键以及两个羧基奠定了被衍生化和功能化的基础,具有较大的应用潜力。随着石油价格的上涨以及环境污染等问题,化学法产富马酸的劣势日益凸显。可再生生物质发酵生产富马酸以其条件温和,环境友好,副产物种类少等优势逐渐受到人们的关注,成为最具开发潜力的富马酸生产方法。高效利用木质纤维素发酵生产富马酸是本论文的主要研究内容。论文从木糖的高效利用出发,开发了少根根霉菌发酵木质纤维素水解液产富马酸的生产工艺;根据根霉菌、解脂耶罗氏酵母等微生物发酵过程受碳氮比调控的现象,以解脂耶罗氏酵母为出发菌株,从关键基因表达强度的角度分析了碳氮比调控基因表达的过程。本论文的具体内容为:1.高效利用木糖根霉菌菌种的筛选以及葡萄糖-木糖共发酵过程的研究。以高浓度木糖对少根根霉菌(Rhizopus arrhizus)RH7-13进行了压力筛选,得到的新菌株RH 7-13-9#,固定化新菌株发酵80 g/L木糖,富马酸产量达45.31 g/L,较原始菌株产酸量提高了 1.7倍,木糖对富马酸的转化率提高至73%,高于目前文献报道的结果。新菌株对葡萄糖也具有较好的利用效果...

【文章页数】：149 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 富马酸简介
        1.1.1 富马酸的理化性质
        1.1.2 富马酸的应用
            1.1.2.1 富马酸在食品产业的应用
            1.1.2.2 富马酸在医药产业的应用
            1.1.2.3 富马酸在聚酯产业的应用
            1.1.2.4 富马酸在化工产业的应用
    1.2 富马酸的生产方法
        1.2.1 化学法
        1.2.2 酶催化法
        1.2.3 微生物转化法
    1.3 根霉菌发酵产富马酸
        1.3.1 根霉菌简介
        1.3.2 根霉菌生产富马酸的代谢机制
        1.3.3 根霉菌菌种选育
        1.3.4 根霉菌菌体形态控制
        1.3.5 发酵原料的开发
            1.3.5.1 淀粉质原料
            1.3.5.2 餐厨废弃物
            1.3.5.3 粗甘油
            1.3.5.4 木质纤维素
        1.3.6 发酵过程的放大
        1.3.7 基因工程菌产富马酸的研究
    1.4 本论文的研究内容
第二章 高效利用木糖产酸菌株的筛选及葡萄糖与木糖的共发酵
    2.1 引言
    2.2 材料与方法
        2.2.1 仪器与试剂
        2.2.2 菌种
        2.2.3 培养基
        2.2.4 培养方法
            2.2.4.1 菌种传代培养
            2.2.4.2 孢子悬液制备
            2.2.4.3 菌种筛选
            2.2.4.4 种子培养
            2.2.4.5 发酵培养
        2.2.5 分析方法
            2.2.5.1 富马酸的检测
            2.2.5.2 葡萄糖、木糖、乙醇的检测
            2.2.5.3 生物量的测定
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 原始菌种发酵特性
        2.3.2 菌种的筛选
            2.3.2.1 菌种的初筛
            2.3.2.2 菌种的简易发酵筛选
            2.3.2.3 菌种的发酵复筛
        2.3.3 RH 7-13-9#菌株利用不同浓度木糖产酸性能探究
        2.3.4 RH 7-13-9#菌株发酵葡萄糖产酸性能探究
        2.3.5 RH 7-13-9#菌株共发酵葡萄糖-木糖产酸性能探究
            2.3.5.1 不同比例葡萄糖-木糖混合发酵产酸效果比较
            2.3.5.2 不同碳氮比对混合糖发酵产富马酸过程的影响
    2.4 本章小结
第三章 根霉菌RH 7-13-9#发酵木质纤维素水解液产富马酸过程研究
    3.1 引言
    3.2 材料与方法
        3.2.1 仪器与试剂
        3.2.2 木质纤维素水解液的制备
        3.2.3 菌种
        3.2.4 培养基
        3.2.5 培养方法
            3.2.5.1 菌种传代培养
            3.2.5.2 孢子悬液制备
            3.2.5.3 菌种筛选
            3.2.5.4 种子培养
            3.2.5.5 发酵培养
        3.2.6 分析方法
            3.2.6.1 木质纤维素成分分析
            3.2.6.2 水解液中单糖、富马酸、乙醇含量分析
            3.2.6.3 生物量的测定
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 木质纤维素原料组份分析
        3.3.2 木质纤维素水解液的制备
        3.3.3 木质纤维素水解液的应用
            3.3.3.1 脱毒水解液在发酵过程中应用
            3.3.3.2 未脱毒水解液在发酵过程中应用
    3.4 本章小结
第四章 根霉菌RH7-13-9#菌体固定化及发酵产富马酸放大工艺研究
    4.1 引言
    4.2 材料与方法
        4.2.1 仪器与试剂
        4.2.2 菌种
        4.2.3 培养基
        4.2.4 培养方法
            4.2.4.1 菌种传代培养
            4.2.4.2 孢子悬液制备
            4.2.4.3 种子培养
            4.2.4.4 发酵培养
        4.2.5 分析方法
            4.2.5.1 葡萄糖、木糖、富马酸和乙醇的检测
            4.2.5.2 生物量的测定
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 菌球形态的RH 7-13-9#在搅拌式反应器中发酵产富马酸
        4.3.2 菌体固定化载体的选择
        4.3.3 固定化根霉菌在搅拌式反应器内发酵产富马酸
            4.3.3.1 固定化载体添加量的优化
            4.3.3.2 搅拌转速的优化
        4.3.4 固定化根霉菌在搅拌式反应器内的连续发酵
        4.3.5 固定化根霉菌在搅拌式反应器内发酵木质纤维素水解液产富马酸
    4.4 本章小结
第五章 氮源调控基因表达机制研究
    5.1 引言
    5.2 材料与方法
        5.2.1 菌种及质粒
        5.2.2 引物及酶
        5.2.3 培养基
        5.2.4 质粒构建
        5.2.5 解脂耶罗氏酵母质粒的转化及培养
            5.2.5.1 解脂耶罗氏酵母质粒的转化
            5.2.5.2 解脂耶罗氏酵母菌的培养
        5.2.6 荧光素酶Nluc活性的检测
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 表达载体的构建
        5.3.2 启动子活性的表征方法建立
        5.3.3 不同碳氮比条件下启动子强度变化分析
            5.3.3.1 NADPH调控模块
            5.3.3.2 碳骨架调控模块
            5.3.3.3 脂质的合成及降解模块
            5.3.3.4 TCA-乙醛酸循环调控模块
    5.4 本章小结
第六章 结论及建议
    6.1 主要结论
    6.2 主要创新点
    6.3 建议及展望
参考文献
附录
致谢
研究成果及发表的学术论文
导师和作者简介
附件



本文编号：3866322