酵母发酵中乳酸菌染菌的生物法防控

摘要

随着能源危机和环境危机的日益加剧，乙醇作为一种新兴能源以其独有的优势，得到人们越来越多的重视。利用生物质，通过发酵法生产乙醇也成为各个国家能源工业发展中的重点。目前利用发酵法生产乙醇的过程中，由于仪器渗漏、种子带菌等原因常造成发酵罐染菌，成为工业上利用发酵法大规模生产乙醇中的一个难题。针对染菌问题，世界各国都已经提出了一系列的解决方案，如药物抑菌（即加入抗生素法）、以酸制酸法以及加入乳酸法等。其中前两种方法都会存在药物的残留，致使发酵液不能循环利用，对人类的健康也会产生安全隐患。
　　 针对工业乙醇发酵染菌问题，本论文提出了一种生物法防控的新思路。根据噬菌体对宿主菌的专一性，从鸭便中筛选出一株乳酸菌噬菌体，并对这株噬菌体的一系列特性进行了探究，包括噬菌体的个体形态、一步生长曲线、热稳定性、pH稳定性、DNA序列、宿主范围等。
　　 对噬菌体的特性有了比较全面的了解之后，在实验室条件下将实验分为对照组、染菌组以及添加噬菌体的控制组，通过测定发酵终期的乙醇产量和发酵过程中酵母菌的生物量，以探究噬菌体的抑菌效果。结果显示噬菌体对乳酸菌具有很好的抑制作用，加入噬菌体之后，酵母菌发酵终期的乙醇产量和在发酵过程中的生物量都恢复了正常水平（与对照组相比，P＞0.05;与染菌组相比，P＜0.05）。此外，在高糖（20％葡萄糖）发酵中，噬菌体的加入有效抑制了乳酸菌的染菌。
　　 噬菌体可以很好的解除乳酸菌对酵母菌的抑制作用，但是噬菌体是否会对酵母菌产生一定的副作用，即噬菌体的安全性评价问题也是本论文研究的重点。对于噬菌体的安全性，本论文主要从两个方面进行，一是酵母菌和噬菌体混合培养过程中酵母菌的生物量和发酵终期的乙醇产量;另一方面对酵母菌的胞内代谢产物进行代谢组学分析，从分子水平对噬菌体进行更全面的安全性评价。结果表明，噬菌体不会影响酵母菌的生长和发酵终期的乙醇产量;通过代谢组学分析可知染菌组和对照组相比有显著差异的物质分别为亮氨酸、木糖醇、呋喃半乳糖、D-半乳糖、D-葡萄糖，含量显著升高;控制组和对照组相比，丙酸、亮氨酸、甘油、棕榈反油酸、棕榈酸、油酸和硬脂酸等物质的含量明显升高。因此可以看出，在染菌组中加入乳酸菌之后，酿酒酵母胞内代谢物中糖类代谢物增加，加入噬菌体之后，酿酒酵母胞内酸性代谢物增加。

目录

声明

学位论文数据集

摘要

第一章 绪论

1．1 工业化生产乙醇方法

1．1．1 化学合成法生产乙醇

1．1．2 酵母菌发酵法生产乙醇

1．2 发酵法生产乙醇存在的染菌问题及其危害

1．2．1 染菌原因分析

1．2．2 染菌的危害

1．2．3 染菌的主要菌种分析

1．3 解决发酵染菌问题方法综述

1．3．1 药物抑菌(青霉素法)

1．3．2 “以酸制酸”法

1．3．3 光滑假丝酵母乙醇发酵中利用乳酸抑制乳酸菌的染菌

1．4 生物防控方法(噬菌体)抑菌

1．4．1 噬菌体概述

1．4．2 噬菌体的应用

1．5 本课题的研究意义和主要研究内容

1．5．1 课题研究的意义

1．5．2 本课题的主要研究内容

第二章 噬菌体的筛选和特性研究

2．1 引言

2．2 实验材料

2．2．1 菌种

2．2．2 原料样品处理

2．2．3 实验仪器

2．3 实验方法

2．3．1 测定干酪乳杆菌(LBC)生物量

2．3．2 乳酸菌噬菌体的筛选

2．3．3 噬菌体的纯化和保藏

2．3．4 噬菌体的特性研究

2．4 实验结果

2．4．1 LBC生长曲线

2．4．2 噬菌体的筛选结果

2．4．3 噬菌体的效价

2．4．4 噬茵体个体形态测定结果

2．4．5 噬菌体一步生长曲线

2．4．6 噬菌体热稳定性

2．4．7 噬菌体pH稳定性

2．4．8 噬菌体DNA测序结果

2．4．9 噬菌体效价随乙醇浓度的变化

2．4．10 噬茵体宿主范围

2．5 小结

第三章 噬菌体抑制酵母菌发酵过程中乳酸菌染菌的效果评价

3．1 引言

3．2 实验材料和仪器

3．2．1 菌种

3．2．2 实验仪器

3．2．3 培养基

3．3 实验方法

3．3．1．测定酵母菌生长曲线

3．3．2 从乙醇产量对噬菌体的抑菌效果进行评价

3．3．3 从发酵过程中酵母菌和乳酸菌生物量对噬菌体的抑菌效果进行评价

3．3．4 发酵过程中培养基pH值测定

3．4 实验结果

3．4．1 酵母菌的生长曲线

3．4．2 乙醇的标准曲线

3．4．3 发酵终期乙醇产量

3．4．4 高糖发酵终期乙醇产量

3．4．5 发酵过程中酵母菌和乳酸菌的生物量

3．4．6 高糖发酵过程中酵母菌和乳酸菌的生物量

3．4．7 发酵过程中培养基pH值的变化

3．5 小结

第四章 噬菌体的安全性评价

4．1 引言

4．2 实验材料

4．2．1 菌种

4．2．2 实验仪器

4．2．3 培养基

4．3 实验方法

4．3．1 发酵终期乙醇含量的测定

4．3．2 发酵过程中酵母菌生物量的测定

4．3．3 噬菌体对酵母菌胞内产物影响的代谢组学分析

4．4 实验结果

4．4．1 发酵终期乙醇含量

4．4．2 发酵过程中酵母菌的生物量

4．4．3 混合发酵中酵母菌的分离效果验证结果

4．4．4 利用PCA、PLS对三组酿酒酵母细胞代谢物进行比较

4．4．5 利用PLS对染菌组、控制组以及对照组各组之间酿酒酵母细胞代谢物进行比较

4．5 小结

第五章 实验总结与建议

5．1 主要结论

5．2 建议

参考文献

附录一 GC图

附录二 酵母菌和乳酸菌生长曲线测定

致谢

攻读硕士期间的研究成果

作者和导师简介