克雷伯氏菌高强度发酵生产1,3-丙二醇的研究
发布时间：2021-04-15 10:13
1,3-丙二醇（简称1,3-PDO）是一种重要的化工原料,目前最受关注的是作为单体用于合成聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）等高分子材料。1,3-PDO的生产方法包括化学合成法以及生物合成法,由于石化资源的逐渐短缺,生物法生产1,3-PDO成为了研究热点。本论文以能够代谢甘油发酵生产1,3-PDO的Klebsiella pueumouia 2-1为出发菌株,从生产工艺和代谢途径改造等方面进行了以下研究工作。1)优化了固定化Klebsiella pueumouia 2-1细胞发酵产1,3-丙二醇工艺。通过单因素分析和对比的方式,确定了聚乙烯醇-纤维素作为固定化细胞的复合载体材料,研究结果表明,添加了纤维素的固定化颗粒无论是在机械强度还是发酵强度方面都有较大的提升,并且进一步明确了聚乙烯醇-纤维素固定化的最佳条件,聚乙烯醇溶液的浓度为10%（w/v）,再生纤维素溶液的添加量为5%（w/v）,二次交联时间为10h。首批100m L三角瓶厌氧发酵与游离菌体相比,1,3-PDO的终产量提高了13.3%,且固定化细胞连续发酵时,固定化细胞发生了轻微的溶胀形变,同时发酵强度也无明显降低,故具备较高强度发...
【文章来源】：齐鲁工业大学山东省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
甘油的代谢途径Fig1.1Metabolicpathwayofglycerol
第1章绪论8的网络空间中，这也是普遍使用的方法之一[40]。载体材料的特点是必须有一定的网络孔径，这样营养物质才能够自由地进入，同时也不会影响目的产物的流出，所以一般情况下传质效率不会受到影响。包埋法可分为凝胶包埋法（在各种凝胶内部的微孔中包裹细胞）和微胶囊化法（菌体细胞被各种高分子聚合物制成的小球所包埋，形成固定化胶囊）。载体材料的选择条件：轻易不被微生物分解利用，传质性能优良，稳定性强，成本低。海藻酸钙、琼脂、明胶、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、壳聚糖等均是使用较普遍的载体材料[41]。包埋法具有良好的发酵性能，操作条件简单，发酵产物和发酵液更容易被分离，以聚丙烯酰胺固定化酶为例，操作流程如图1.2所示。图1.2用聚丙烯酰胺固定化酶的流程Fig1.2Procedureforimmobilizingenzymewithpolyacrylamide(3)离子共价交联法离子共价交联法是指在包含多功能基团的载体与细胞之间发生交联反应后，形成共价键并形成网络结构，从而使细菌细胞与载体结合。而常见的交联剂包括戊二醛（使用广泛），六亚甲基二胺，马来酸酐，二偶氮苯。然而，大多数交联剂会损伤细胞的活性[41]，同时，交联反应更多是在严酷条件下进行，细胞的活性也会受到反应条件的影响。(4)膜截留固定化技术利用生物膜（中空纤维膜、半透膜、超滤膜等）将微生物细胞阻挡在膜上，此时，细菌被控制在特定区域发酵。同时，也可以根据实验的进展，调整底物的吸收和产物的扩散。这种固定化方式的优点在于容易操作，可控性较强，基本不会损伤菌体细胞。但是不足之处就是生物膜容易发生堵塞和污染，而且生物膜制作的成本较高，解决以上问题将是今后研究的方向之一[42]。
齐鲁工业大学硕士学位论文13第2章克雷伯氏菌细胞的固定化研究2.1引言聚乙烯醇-硼酸交联细菌包埋法是一种操作简单且成本低廉的固定化方法，通过这种方法生产的固定化颗粒，机械强度较高，生物相容性好，广泛应用于水处理领域。但是，在发酵过程中，固定化颗粒的吸水性很强，使用过程中会出现相互粘连，体积膨胀以及溶解在发酵培养基中的现象。固定化颗粒的这些问题是由于聚乙烯醇与饱和硼酸发生交联反应时，硼酸中的3个羟基只有2个参加了该反应，所以在固定化颗粒中就会保留亲水基团羟基，而造成这些问题的主要原因是聚乙烯醇中的羟基未与饱和硼酸完全反应。目前，针对这一缺点，很多研究学者通过添加活性炭、琼脂、高岭土、海藻酸钠等物质来进行改性，这些添加剂对于解决溶胀问题有一定的作用，但机械强度依旧偏低。纤维素在地球上拥有最大的存储容量，被视为珍贵的可再生资源之一。以此作为固定化载体的研究并不多见，故本课题选择使用聚乙烯醇（PVA）和纤维素作为固定化载体的原材料，通过对复合材料的处理，对Klebsiellapueumouia2-1以包埋的形式进行固定化，来研究固定化细胞发酵生产1,3-PDO的产量、固定化颗粒在连续发酵过程中形态的变化以及菌体泄漏的情况。2.2实验材料与设备2.2.1主要试剂及菌种来源菌种为克雷伯氏菌Klebsiellapueumouia2-1，由生物基材料与绿色造纸国家重点实验室筛选并保藏，该菌的菌落形态如图2.1所示。图2.1Klebsiellapneumonia2-1的菌落形态Fig2.1ColonymorphologyofKlebsiellapneumonia2-1
【参考文献】：
期刊论文
[1]磷酸转移酶系统关键基因敲除对Klebsiella pneumoniae产1,3-丙二醇的影响[J]. 陆竞争,任顺利,诸葛斌,陆信曜,宗红,方慧英,宋健. 食品与发酵工业. 2017(08)
[2]固定化微生物强化生物处理过程的研究进展[J]. 尹莉,乔丽丽,乔瑞平,迟娟,仲惠川,王玉慧,耿翠玉,柴振鹏,魏正义,李璐. 环保科技. 2016(05)
[3]固定化酵母在酿造技术及燃料乙醇领域中的应用[J]. 窦冰然,郭会明,朱曼利,李伟,洪厚胜. 食品与发酵工业. 2016(10)
[4]克雷伯氏菌产1,3-丙二醇ldhA基因缺失菌株的构建[J]. 陈利飞,李猛,马春玲,杨建楼. 生物技术通报. 2015(03)
[5]纤维素磁性高分子微球的制备方法研究进展[J]. 王犇,潘高峰,杨莹,黄科林. 大众科技. 2013(12)
[6]阳离子染料可染聚对苯二甲酸丙二酯共聚酯的合成及结晶性能的研究[J]. 姚玉元,江长明,吕汪洋,刘恒山,王秀华,陈文兴. 高分子学报. 2011(05)
[7]1,3-丙二醇产生菌基因组重排育种[J]. 卢圣国,李霜,罗芳,祝扬扬,熊俊,孟庆雄. 微生物学报. 2011(04)
[8]流化床固定化沼泽红假单胞菌处理废水的研究[J]. 昌宇奇,赵红卫,张迅,方为茂,吴胜军,冯波,熊莹. 四川化工. 2009(03)
[9]气相色谱快速分析1,3-丙二醇发酵液中醇类[J]. 惠友权,赵杰. 应用化工. 2008(08)
[10]细胞固定化技术及其研究进展[J]. 渠文霞,岳宣峰. 陕西农业科学. 2007(06)
硕士论文
[1]固定化酿酒酵母细胞的制备及其性能研究[D]. 王文强.西北师范大学 2007
[2]纤维素新溶剂的研究[D]. 许海霞.东华大学 2006
本文编号：3139138
【文章来源】：齐鲁工业大学山东省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
甘油的代谢途径Fig1.1Metabolicpathwayofglycerol
第1章绪论8的网络空间中，这也是普遍使用的方法之一[40]。载体材料的特点是必须有一定的网络孔径，这样营养物质才能够自由地进入，同时也不会影响目的产物的流出，所以一般情况下传质效率不会受到影响。包埋法可分为凝胶包埋法（在各种凝胶内部的微孔中包裹细胞）和微胶囊化法（菌体细胞被各种高分子聚合物制成的小球所包埋，形成固定化胶囊）。载体材料的选择条件：轻易不被微生物分解利用，传质性能优良，稳定性强，成本低。海藻酸钙、琼脂、明胶、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、壳聚糖等均是使用较普遍的载体材料[41]。包埋法具有良好的发酵性能，操作条件简单，发酵产物和发酵液更容易被分离，以聚丙烯酰胺固定化酶为例，操作流程如图1.2所示。图1.2用聚丙烯酰胺固定化酶的流程Fig1.2Procedureforimmobilizingenzymewithpolyacrylamide(3)离子共价交联法离子共价交联法是指在包含多功能基团的载体与细胞之间发生交联反应后，形成共价键并形成网络结构，从而使细菌细胞与载体结合。而常见的交联剂包括戊二醛（使用广泛），六亚甲基二胺，马来酸酐，二偶氮苯。然而，大多数交联剂会损伤细胞的活性[41]，同时，交联反应更多是在严酷条件下进行，细胞的活性也会受到反应条件的影响。(4)膜截留固定化技术利用生物膜（中空纤维膜、半透膜、超滤膜等）将微生物细胞阻挡在膜上，此时，细菌被控制在特定区域发酵。同时，也可以根据实验的进展，调整底物的吸收和产物的扩散。这种固定化方式的优点在于容易操作，可控性较强，基本不会损伤菌体细胞。但是不足之处就是生物膜容易发生堵塞和污染，而且生物膜制作的成本较高，解决以上问题将是今后研究的方向之一[42]。
齐鲁工业大学硕士学位论文13第2章克雷伯氏菌细胞的固定化研究2.1引言聚乙烯醇-硼酸交联细菌包埋法是一种操作简单且成本低廉的固定化方法，通过这种方法生产的固定化颗粒，机械强度较高，生物相容性好，广泛应用于水处理领域。但是，在发酵过程中，固定化颗粒的吸水性很强，使用过程中会出现相互粘连，体积膨胀以及溶解在发酵培养基中的现象。固定化颗粒的这些问题是由于聚乙烯醇与饱和硼酸发生交联反应时，硼酸中的3个羟基只有2个参加了该反应，所以在固定化颗粒中就会保留亲水基团羟基，而造成这些问题的主要原因是聚乙烯醇中的羟基未与饱和硼酸完全反应。目前，针对这一缺点，很多研究学者通过添加活性炭、琼脂、高岭土、海藻酸钠等物质来进行改性，这些添加剂对于解决溶胀问题有一定的作用，但机械强度依旧偏低。纤维素在地球上拥有最大的存储容量，被视为珍贵的可再生资源之一。以此作为固定化载体的研究并不多见，故本课题选择使用聚乙烯醇（PVA）和纤维素作为固定化载体的原材料，通过对复合材料的处理，对Klebsiellapueumouia2-1以包埋的形式进行固定化，来研究固定化细胞发酵生产1,3-PDO的产量、固定化颗粒在连续发酵过程中形态的变化以及菌体泄漏的情况。2.2实验材料与设备2.2.1主要试剂及菌种来源菌种为克雷伯氏菌Klebsiellapueumouia2-1，由生物基材料与绿色造纸国家重点实验室筛选并保藏，该菌的菌落形态如图2.1所示。图2.1Klebsiellapneumonia2-1的菌落形态Fig2.1ColonymorphologyofKlebsiellapneumonia2-1
【参考文献】：
期刊论文
[1]磷酸转移酶系统关键基因敲除对Klebsiella pneumoniae产1,3-丙二醇的影响[J]. 陆竞争,任顺利,诸葛斌,陆信曜,宗红,方慧英,宋健. 食品与发酵工业. 2017(08)
[2]固定化微生物强化生物处理过程的研究进展[J]. 尹莉,乔丽丽,乔瑞平,迟娟,仲惠川,王玉慧,耿翠玉,柴振鹏,魏正义,李璐. 环保科技. 2016(05)
[3]固定化酵母在酿造技术及燃料乙醇领域中的应用[J]. 窦冰然,郭会明,朱曼利,李伟,洪厚胜. 食品与发酵工业. 2016(10)
[4]克雷伯氏菌产1,3-丙二醇ldhA基因缺失菌株的构建[J]. 陈利飞,李猛,马春玲,杨建楼. 生物技术通报. 2015(03)
[5]纤维素磁性高分子微球的制备方法研究进展[J]. 王犇,潘高峰,杨莹,黄科林. 大众科技. 2013(12)
[6]阳离子染料可染聚对苯二甲酸丙二酯共聚酯的合成及结晶性能的研究[J]. 姚玉元,江长明,吕汪洋,刘恒山,王秀华,陈文兴. 高分子学报. 2011(05)
[7]1,3-丙二醇产生菌基因组重排育种[J]. 卢圣国,李霜,罗芳,祝扬扬,熊俊,孟庆雄. 微生物学报. 2011(04)
[8]流化床固定化沼泽红假单胞菌处理废水的研究[J]. 昌宇奇,赵红卫,张迅,方为茂,吴胜军,冯波,熊莹. 四川化工. 2009(03)
[9]气相色谱快速分析1,3-丙二醇发酵液中醇类[J]. 惠友权,赵杰. 应用化工. 2008(08)
[10]细胞固定化技术及其研究进展[J]. 渠文霞,岳宣峰. 陕西农业科学. 2007(06)
硕士论文
[1]固定化酿酒酵母细胞的制备及其性能研究[D]. 王文强.西北师范大学 2007
[2]纤维素新溶剂的研究[D]. 许海霞.东华大学 2006
本文编号：3139138
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