巴氏醋酸杆菌能荷与醋酸发酵关系的研究

摘要

醋酸是食品工业重要的生产原料，常用发酵法进行生产。能荷作为衡量菌体能量状态的指标与醋酸发酵有着紧密的联系，并且，醋酸发酵过程中菌体受到产物醋酸的抑制，醋酸菌相关耐酸机制也与能量代谢密切相关，本论文利用转录组学的方法构建了巴氏醋杆菌醋酸发酵过程主要能量代谢途径，并且重点分析了初始酸度、溶氧、总浓度等发酵条件以及增强乙醇呼吸链对巴氏醋杆菌能量代谢以及醋酸发酵的影响。 对巴氏醋杆菌AC2005醋酸发酵过程进行了系统分析，重点分析了发酵过程能荷与发酵效率直接的关系，结果表明能荷与产酸速率之间的相关性为0.9981，能荷与ATP浓度的相关性为0.9946。ATP浓度与产酸速率的相关性为0.9826。对醋酸发酵过程巴氏醋酸杆菌转录组进行了分析，总共富集到474个基因，根据KEGG匹配代谢途径构建了巴氏醋酸菌主要能量代谢途径，主要包括糖酵解途径、TCA循环、乙醇氧化、磷酸戊糖途径以及ATP产生和抗逆蛋白等。 分析了底酸、溶氧、总浓度等发酵条件对醋酸发酵过程能荷以及醋酸发酵效率的影响。结果表明，40g/L底酸浓度下产酸速率最高，为2.02g/L/h。发酵前期，葡萄糖为主要的产能底物;进入快速产酸期，乙醇成为主要的产能底物，葡萄糖消耗减少，ATP和能荷增加，产酸速率加快，同时乙醇呼吸链相关基因表达上调和ATP产生表达上调，TCA循环减弱，耐酸基因随着底酸浓度增加表达上调。底酸浓度增加使菌体代谢相关的TCA循环减弱，ATP代谢减弱，耐酸基因表达上调。20％溶氧条件下获得最高的产酸速率，10％溶氧条件下发酵前期消耗葡萄糖最少，而20％与30％溶氧消耗葡萄糖没有明显差异。溶氧增加使菌体代谢相关的TCA循环表达上调，ATP代谢增强，耐酸基因表达上调。进入快速产酸期，乙醇成为主要的产能底物，ATP和能荷增加，产酸速率加快，同时乙醇呼吸链相关基因表达上调和ATP酶表达上调，TCA循环减弱。在乙醇和乙酸总浓度为10％条件下获得最高的产酸速率，为2.11g/L/h。发酵前期，总浓度增加使菌体代谢相关的TCA循环减弱，ATP代谢减弱，耐酸基因表达上调。进入快速产酸期，ATP和能荷升高，产酸速率加快，同时乙醇呼吸链相关基因表达上调和ATP产生表达上调，TCA循环减弱。 分析了过量表达辅酶PQQ生物合成蛋白增强乙醇呼吸链对能荷及醋酸发酵的影响，结果表明发酵前期增强乙醇呼吸链对菌体代谢活性没有显著影响，进入快速产酸期，重组菌乙醇氧化相关基因表达上调，同时TCA循环表达上调、ATP产生上调，说明增强乙醇呼吸链能够增强能量代谢以及ATP产生，提高菌体代谢活性，从而提高发酵效率。

目录

声明

摘要

1前言

1．1醋酸概述

1．1．1醋酸的理化性质

1．1．2醋酸的应用

1．1．3微生物发酵生产醋酸

1．2液态醋酸发酵工艺

1．2．1溶氧对醋酸发酵的影响

1．2．2碳源对醋酸发酵的影响

1．2．3温度对醋酸发酵的影响

1．2．4初始酸度对醋酸发酵的影响

1．3醋酸菌

1．3．1醋酸菌的分类

1．3．2醋酸菌的代谢特征

1．3．3醋酸菌耐酸机制研究进展

1．4能荷在微生物发酵过程中的作用

1．5立题背景与研究意义

1．6研究内容

2材料与方法

2．1实验材料

2．1．1菌种

2．1．2引物

2．1．3培养基

2．1．4主要溶液

2．1．5主要试剂

2．1．6主要仪器设备

2．2．1菌种保藏

2．2．2醋酸发酵

2．2．3巴氏醋酸杆菌转录组学分析

2．2．4底酸对巴氏醋酸杆菌醋酸发酵及能荷的影响

2．2．5溶氧对巴氏醋酸杆菌醋酸发酵及能荷的影响

2．2．6总浓度对巴氏醋酸杆菌醋酸发酵及能荷的影响

2．2．7乙醇呼吸链对巴氏醋酸杆菌醋酸发酵及能荷的影响

2．3分析方法

2．3．1醋酸浓度(以总酸计)的测定

2．3．2葡萄糖浓度的测定

2．3．3乙醇浓度的测定

2．3．4生物量的测定

2．3．5活菌数的测定

2．3．6菌体能荷的测定

2．3．7基因转录荧光定量分析

3结果与讨论

3．1巴氏醋酸杆菌能量代谢途径的构建

3．1．1巴氏醋酸杆菌醋酸发酵过程分析

3．1．2巴氏醋酸菌转录组学分析及能量代谢途径构建

3．2底酸对巴氏醋酸杆菌醋酸发酵及能荷的影响

3．2．1底酸对巴氏醋酸杆菌醋酸发酵的影响

3．2．2底酸对发酵过程菌体能荷和活菌数的影响

3．2．3底酸对巴氏醋酸杆菌相关基因转录的影响

3．3．1溶氧对巴氏醋酸杆菌醋酸发酵的影响

3．3．2溶氧对巴氏醋酸杆菌胞内ATP及能荷的影响

3．3．3溶氧对巴氏醋酸杆菌相关基因转录的影响

3．4总浓度对巴氏醋杆菌醋酸发酵及能荷的影响

3．4．1总浓度对巴氏醋杆菌醋酸发酵影响

3．4．2总浓度对巴氏醋酸杆菌胞内ATP及能荷的影响

3．4．3总浓度对巴氏醋酸杆菌相关基因转录的影响

3．5增强乙醇呼吸链对巴氏醋酸杆菌醋酸发酵及能荷的影响

3．5．1增强乙醇呼吸链对巴氏醋酸杆菌醋酸发酵的影响

3．5．2增强乙醇呼吸链对巴氏醋酸杆菌胞内ATP及能荷的影响

3．5．3增强乙醇呼吸链对巴氏醋酸杆菌相关基因转录的影响

4结论

4．1全文总结

4．2论文创新点

4．3论文不足之处

5展望

参考文献

7攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢