过程整合强化斯达氏油脂酵母利用廉价原料产微生物油脂的研究
发布时间：2021-11-23 23:05
微生物油脂,尤其是产油酵母生产的油脂,其脂肪酸组成与动植物油脂相似,在生物柴油、食品添加剂、油脂化学品等领域具有光明的应用前景。产油微生物可以利用廉价的底物,如农业剩余物、粗甘油和工业废水废渣等生产微生物油脂。然而,当前微生物油脂生产技术存在着原料成本高、油脂产量低、工艺复杂等突出问题,极大地限制了其商业化生产。本论文结合斯达氏油脂酵母Lipomyces starkeyi AS 2.1560代谢各种复杂廉价原料的特性,通过过程整合技术,简化油脂生产工艺流程、减少酶成本和强化油脂积累,取得了以下研究成果:（1）首先采用三代测序技术,对L.starkeyi AS 2.1560进行了全基因组测序和组装,得到21.4 Mb的基因组草图,其GC含量为46.87%。通过基因预测、同源性搜索和手工校对,注释了7378个蛋白编码基因,得到了斯达氏油脂酵母基因组注释数据库。围绕碳源代谢,对菌株水解、转运和代谢相关基因进行了生物信息学分析,预测了L.starkeyi利用廉价复杂原料产微生物油脂的潜力。（2）基于L.starkeyi含18个淀粉酶基因,探讨了L.starkeyi利用木薯淀粉统合生物加工生产微...
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
产油酵母油脂积累示意图[24]
武汉科技大学硕士学位论文10晶网状聚合物，属于多酚类化合物[52]。一般情况下，必须对木质纤维素进行预处理，才能破坏木质素的网络结构，去除木质素，降解半纤维素，提高纤维素的可利用率。这一过程也促进酶与底物的相互作用，提高酶解效率。预处理工艺一般可分为物理法、化学法、物理化学法、生物法及其组合[53]。总体上，物理和化学预处理效果较好，但设备要求高，污染严重。与其他方法相比，生物法能耗低、污染小，但成本高、时间长，而且木质纤维素降解酶活性低，因此生物法效率较低。（CBH:外切葡聚糖酶；EG：内切葡聚糖酶；BG：β-葡萄糖苷酶）图1.2纤维素完全水解步骤[54]Fig1.2Thestepofcompletehydrolysisofcellulose[54]木质纤维素经预处理后一般还需转化为含有可发酵性糖的水解液，再用于产油微生物发酵。木质纤维素糖主要来自纤维素和半纤维素的水解，一般需要多种酶协同作用。其中，纤维素的完全水解需要三类酶的参与[54]（如图1.2）。内切葡聚糖酶水解纤维素使其长链断裂，生成长链寡糖。两种外切葡聚糖酶分别以纤维二糖为单位切割纤维素链的两端，使得长链寡糖逐渐裂解为短链寡糖。最后，纤维二糖和纤维寡糖由β-葡萄糖苷酶（纤维二糖酶）分解为葡萄糖。水解半纤维素的酶种类较多，有木聚糖酶，甘露聚糖酶，半乳糖苷酶和阿拉伯糖苷酶等。水解产物比纤维素更多，更复杂，有阿拉伯糖、木糖、半乳糖、岩藻糖、甘露糖、葡萄糖或葡糖苷酸等[55]。
武汉科技大学硕士学位论文111.4.1.2木质纤维素产微生物油脂发酵策略由木质纤维素生产微生物油脂可通过分步水解发酵(SHF)、同步糖化发酵(SSF)、同步糖化共发酵(SSCF)、统合生物加工(CBP)等不同的工艺[56]。图1.3木质纤维素生物转化策略Fig1.3StrategiesoflignocellulosicbioconversionSHF中糖化和发酵过程依次进行，分离糖化和发酵过程的好处是两个过程都能在各自的最适条件下进行。一般纤维素酶的最适工作温度较高，在50℃左右，但产油微生物不能在37℃以上的环境中正常生存。SHF的缺点也很明显，随着纤维素酶水解时间延长，产生的可发酵性糖浓度上升，水解液中产物抑制作用逐渐增强，酶解效率显著降低，木质纤维素难以被充分降解，只能提高纤维素酶用量或移除产物才能提高水解效率。因此，SHF需要的设备较多，成本也更高。Huang等[57]水解50g/L预处理玉米秸秆得到含有25.6g/L葡萄糖的水解液，RhodococcuspyridinivoransCCZU-B16利用该水解液发酵72h油脂含量达到63.2%，油脂得率为0.125g/g葡萄糖，但油脂浓度仅3.21g/L。SSF是指在一个反应器中同时进行酶水解过程和微生物发酵过程，木质纤维素水解产生可发酵性糖及时被产油微生物消耗，从而消除产物抑制作用。SSCF与SSF类似，利用产油微生物的特性，同时进行六碳糖（葡萄糖）和五碳糖（木糖、阿拉伯糖）的发酵，因此，SSCF能达到较高的底物利用率。由于水解和发酵同时进行，SSF和SSCF可以节省大量时间，得到较高的油脂产量，并减少操作工序和成本。然而由于反应温度、pH不能兼顾酶水解或微生物发酵的最佳条件，酶水解或微生物发酵还是受到一定抑制。为了解决这个问题，通常在SSF和SSCF前增加预水解步骤（PSSF），在纤维素酶的最适条件下，预水解木质纤维素一段较短时
本文编号：3514788
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
产油酵母油脂积累示意图[24]
武汉科技大学硕士学位论文10晶网状聚合物，属于多酚类化合物[52]。一般情况下，必须对木质纤维素进行预处理，才能破坏木质素的网络结构，去除木质素，降解半纤维素，提高纤维素的可利用率。这一过程也促进酶与底物的相互作用，提高酶解效率。预处理工艺一般可分为物理法、化学法、物理化学法、生物法及其组合[53]。总体上，物理和化学预处理效果较好，但设备要求高，污染严重。与其他方法相比，生物法能耗低、污染小，但成本高、时间长，而且木质纤维素降解酶活性低，因此生物法效率较低。（CBH:外切葡聚糖酶；EG：内切葡聚糖酶；BG：β-葡萄糖苷酶）图1.2纤维素完全水解步骤[54]Fig1.2Thestepofcompletehydrolysisofcellulose[54]木质纤维素经预处理后一般还需转化为含有可发酵性糖的水解液，再用于产油微生物发酵。木质纤维素糖主要来自纤维素和半纤维素的水解，一般需要多种酶协同作用。其中，纤维素的完全水解需要三类酶的参与[54]（如图1.2）。内切葡聚糖酶水解纤维素使其长链断裂，生成长链寡糖。两种外切葡聚糖酶分别以纤维二糖为单位切割纤维素链的两端，使得长链寡糖逐渐裂解为短链寡糖。最后，纤维二糖和纤维寡糖由β-葡萄糖苷酶（纤维二糖酶）分解为葡萄糖。水解半纤维素的酶种类较多，有木聚糖酶，甘露聚糖酶，半乳糖苷酶和阿拉伯糖苷酶等。水解产物比纤维素更多，更复杂，有阿拉伯糖、木糖、半乳糖、岩藻糖、甘露糖、葡萄糖或葡糖苷酸等[55]。
武汉科技大学硕士学位论文111.4.1.2木质纤维素产微生物油脂发酵策略由木质纤维素生产微生物油脂可通过分步水解发酵(SHF)、同步糖化发酵(SSF)、同步糖化共发酵(SSCF)、统合生物加工(CBP)等不同的工艺[56]。图1.3木质纤维素生物转化策略Fig1.3StrategiesoflignocellulosicbioconversionSHF中糖化和发酵过程依次进行，分离糖化和发酵过程的好处是两个过程都能在各自的最适条件下进行。一般纤维素酶的最适工作温度较高，在50℃左右，但产油微生物不能在37℃以上的环境中正常生存。SHF的缺点也很明显，随着纤维素酶水解时间延长，产生的可发酵性糖浓度上升，水解液中产物抑制作用逐渐增强，酶解效率显著降低，木质纤维素难以被充分降解，只能提高纤维素酶用量或移除产物才能提高水解效率。因此，SHF需要的设备较多，成本也更高。Huang等[57]水解50g/L预处理玉米秸秆得到含有25.6g/L葡萄糖的水解液，RhodococcuspyridinivoransCCZU-B16利用该水解液发酵72h油脂含量达到63.2%，油脂得率为0.125g/g葡萄糖，但油脂浓度仅3.21g/L。SSF是指在一个反应器中同时进行酶水解过程和微生物发酵过程，木质纤维素水解产生可发酵性糖及时被产油微生物消耗，从而消除产物抑制作用。SSCF与SSF类似，利用产油微生物的特性，同时进行六碳糖（葡萄糖）和五碳糖（木糖、阿拉伯糖）的发酵，因此，SSCF能达到较高的底物利用率。由于水解和发酵同时进行，SSF和SSCF可以节省大量时间，得到较高的油脂产量，并减少操作工序和成本。然而由于反应温度、pH不能兼顾酶水解或微生物发酵的最佳条件，酶水解或微生物发酵还是受到一定抑制。为了解决这个问题，通常在SSF和SSCF前增加预水解步骤（PSSF），在纤维素酶的最适条件下，预水解木质纤维素一段较短时
本文编号：3514788
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