运动发酵单胞菌的乙醇发酵及其代谢流量分配解析

摘要

根据发酵工程和代谢工程理论，研究了环境条件对运动发酵单胞菌(Z.mobilis)发酵乙醇的影响，筛选出一种最适抗氧化剂，研究其对Z.mobilis抗氧胁迫性和生长代谢的影响，建立了运动发酵单胞菌糖代谢网络及其模型，探讨了温度和pH值对菌体胞内关键酶活力的影响，重点研究了在不同溶氧量和pH值条件下抗氧化剂对Z.mobilis抗氧胁迫能力及其代谢通量分配的影响。
　　 1.试验研究了多种抗氧化剂对Z.mobilis抗氧胁迫性、生长代谢的影响，发现发酵液中添加0.1～0.5mg/ml儿茶酚有助于提高Z.mobilis菌株的抗氧胁迫能力，有益于菌体生长和乙醇发酵。通过正交试验设计优化菌株的培养条件为：pH5，装液量200ml，摇床频率100r/min，儿茶酚0.1mg/ml，乙醇产量达到40.71g/L，较未添加儿茶酚抗氧化剂，其乙醇得率提高了5.33％。
　　 2.研究不同pH、不同溶氧条件下Z.mobilis菌体和发酵液DPPH、羟基自由基、超氧阴离子，丙二醛等抗氧胁迫指标，结果表明，加入抗氧化剂儿茶酚后，发酵液和菌体的自由基清除能力都有所增加，脂质过氧化物含量降低，这有益于Z.mobilis的菌体生长和乙醇发酵。
　　 3.分析了Z.mobilis在不同溶氧、不同pH条件下的代谢通量分配。在不同pH和溶氧条件下，Z.mobilis糖代谢流经ED、EMP、TCA的代谢流分配是不同的，随着pH不断降低，乙醇、苹果酸、琥珀酸的代谢通量大幅度降低，总糖消耗速率逐步降低；加入儿茶酚，有助于提高菌株的抗氧胁迫能力，有利于提高丙酮酸、琥珀酸、乙醇的代谢通量；确定丙酮酸是运动发酵单胞菌的代谢关键节点，此节点的流量分配比影响着乙醇的最终产率。因此发酵过程中pH和溶氧控制尤为重要。
　　 4.分析了pH条件对运动发酵单胞菌葡萄糖代谢关键酶活力的影响。结果表明：最佳发酵pH值为5.0～5.5，在此pH范围内，代谢网络中向乙醇流向的相关途径(如糖酵解途径、功途径等)中的胞内代谢酶活性增强，有利于乙醇的产生。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 氧化胁迫的研究进展

1.1.1 活性氧与氧胁迫

1.1.2 氧化胁迫的研究现状

1.1.3 其它胁迫的研究

1.2 运动发酵单胞菌的研究现状及进展

1.2.1 运动发酵单胞菌研究概况

1.2.2 国内外研究进展

1.2.3 运动发酵单胞菌的代谢工程研究

1.3 代谢通量分析研究

1.3.1 代谢通量理论

1.3.2 代谢通量分析方法

1.3.3代谢通量分析应用

1.3.4 运动发酵单胞菌的代谢通量分析

1.4 糖代谢相关酶的酶活力测定方法

1.4.1 酶活力计算

1.4.2 Z.mobilis的氧化还原酶的研究

1.5 本论文的主要研究内容

第二章 抗氧化剂对Z.mobilis生长和代谢的影响

2.1 材料和方法

2.1.1 菌种

2.1.2 仪器与试剂

2.1.3 抗氧化剂对Z.mobilis生长和发酵的影响

2.1.4 检测条件

2.1.5 Z.mobilis生长和乙醇发酵条件的正交试验设计优化

2.2 结果与讨论

2.2.1 谷胱甘肽对Z.mobilis生长和乙醇发酵的影响

2.2.2 花青素对Z.mobilis生长和乙醇发酵的影响

2.2.3 茶多酚对Z.mobilis生长和乙醇发酵的影响

2.2.4 儿茶酚对Z.mobilis生长和乙醇发酵的影响

2.2.5 连二亚硫酸钠对Z.mobilis生长和乙醇发酵的影响

2.2.6 Z.mobilis生长和乙醇发酵条件的优化

2.3 小结

第三章 运动发酵单胞菌抗氧化防御机制的研究

3.1 材料与方法

3.1.1 菌株和培养基

3.1.2 发酵与条件控制

3.1.3 菌液的制备

3.1.4 各指标的测定

3.2 结果与讨论

3.2.1 不同溶氧条件下抗氧化防御机制的研究

3.2.2 不同pH条件下抗氧化防御机制的研究

3.3 小结

第四章 运动发酵单胞菌糖代谢流量的分析

4.1 材料和方法

4.1.1 菌种

4.1.2 培养基和培养条件

4.1.3 分析方法

4.2 运动发酵单胞菌的代谢通量分析

4.2.1 运动发酵单胞菌的代谢通量模型的建立

4.2.2 运动发酵单胞菌网络模型方程及自由度分析

4.3 结果与讨论

4.3.1 不同溶氧量条件下Z.mobilis代谢通量分析

4.3.2 不同pH条件下Z.mobilis代谢通量分析

4.4 小结

第五章 不同PH值对Z.mobilis菌体胞内关键酶活力的影响

5.1 材料与方法

5.1.1 菌种和培养基

5.1.2 实验方法

5.2 结果与讨论

5.2.1 运动发酵单胞菌胞内蛋白含量的测定

5.2.2 pH对运动发酵单胞菌糖代谢关键酶活力的影响

5.3 小结

第六章 结论和建议

6.1 结论

6.2 今后工作的建议

参考文献

附录

致谢

作者简历

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