Clostridium thermocellum和Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum利用甜高粱秸秆产纤维素乙醇性能研究
The Performance of Clostridium Thermocellum and Thermoanaerobacterium Thermosaccharolyticum Using Sweet Sorghum Bagasse to Produce Cellulosic Ethanol
纤维素乙醇是以木质纤维素为原料通过生物转化转变成的清洁生物燃料,不存在"与人争粮"问题;是替代化石燃料、降低环境污染的清洁能源.甜高粱是C4型禾本科作物,具有高效的光合作用效率、抗盐碱、抗干旱、生物质产量高、茎秆含糖量高等特点.本实验室已经实现在555 m3固态生物反应器中将甜高粱茎秆中的糖转化为乙醇的工业试验,固态发酵结束后的甜高粱发酵渣可进一步作为嗜热厌氧菌转化为纤维素乙醇的原料.热纤梭菌(Clostridium thermocellum)和热解糖热厌氧杆菌(Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum)属于厌氧嗜热革兰氏阳性细菌,它们能够无需外加纤维素酶在较高培养温度下降解木质纤维素转化为乙醇、氢气和有机酸,拥有热稳定性良好的纤维素、半纤维素水解酶,是利用木质纤维素联合生物加工(Consolidated bioprocessing CBP)转化生物燃料乙醇理论研究和工业应用微生物研究的重要菌株.本文的Clostridium thermocellum单3与Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum T 20是由本实验室筛选获得并保存的野生菌株.本文分析研究了两株菌在45℃-65℃和pH5.0-pH 7.8不同培养条件下降解利用5 g/L Avicel的发酵代谢产物,通过产物分析确定两株菌的最适培养条件为60℃、pH 7.0,单3和T 20在此条件下培养时的乙醇产率相对最高.在多种不同规格的生物反应器中测试含5%(w/w)碱蒸馏预处理甜高粱秸秆的料液的搅拌效果,试验分析生物反应器的高径比、搅拌桨类型、不同类型搅拌桨与挡板的组合对含5%(w/w)甜高粱秸秆料液混匀效果的影响;根据试验结果设计加工了5 L新型CBP生物反应器.在250 ml Schott-Duran试剂瓶中分析测试Yeast Extract和四种维生素(VB12、Biotin、对氨基苯甲酸、盐酸吡哆胺)对单3和T 20菌降解代谢甜高粱秸秆产乙醇以及降解率的影响,结果显示,MTC基础培养基中添加2 g/L Yeast Extract比对照组的降解率提高了5.77%,添加20倍浓度的四种维生素相比于对照组提高0.63%.分析对比单3和T 20菌株在250 ml Schott-Duran试剂瓶和5 L生物反应器中CBP发酵利用甜高粱发酵渣转化为乙醇的差异,在250 ml Schott-Duran试剂瓶中发酵培养96 h,单3菌的乙醇浓度为1.056 g/L,T 20菌的乙醇浓度为0.742 g/L;单3菌在5 L CBP生物反应器中降解代谢高粱秸秆发酵渣的乙醇浓度比在250 ml Schott-Duran试剂瓶中提高了1.66倍,达到1.76 g/L,T 20菌在5 L CBP生物反应器发酵的乙醇浓度为0.742 g/L,产率未明显提高.利用5 L CBP生物反应器能够维持单3和T 20菌的最适培养条件,实现甜高粱发酵渣在CBP生物反应器中的的动态混匀.提取T.thermosaccharolyticum T 20的基因组,并完成了全基因组测序,对T 20基因组进行初步分析,证实T.thermosaccharolyticum T 20同时具有六碳糖和五碳糖的代谢途径.
- 作者：
- 罗春良
- 学位授予单位：
- 北方民族大学
- 专业名称：
- 生态学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2016年
- 导师姓名：
- 张琇
- 中图分类号：
- TQ920.6；TQ223.122
- 关键词：
- 甜高粱发酵渣；热纤梭菌；热解糖热厌氧杆菌；联合生物加工；乙醇
- Fermented sweet sorghum bagasse(FSSB); Clostridium thermocellum; Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum; Consolidated bioprocessing; Ethanol;