论文总字数：22620字

摘 要

ABE发酵的主要产物丁醇,不仅是一种重要的大宗化学品和化工原料,同时丁醇又是一种极具潜力的新型生物燃料。在产丁醇梭菌发酵过程中，合成1mol丁醇需要4molNAD(H)，而1mol葡萄糖生成的NAD(H)远远不够用于生成相应的丁醇，而过表达烟酸磷酸核糖转移酶能够促使糖酵解过程中更多的生成还原力，从而缓解丁醇发酵过程的氧化还原不平衡问题。本课题从大肠杆菌中克隆到pncB基因成功表达到产丁醇梭菌中以提高还原性产物的生成效率。摇瓶和发酵结果表明，葡萄糖和木糖等的产量明显提高。通过3L罐发酵结果表明，重组菌株C. beijerinckii pIMP1-ptb-pncB整个发酵过程持续28h,消耗了45 g/L葡萄糖，总溶剂的终浓度为17.67 g/L，包括13.79g/L的丁醇，3.48 g/L的丙酮和0.4 g/L的乙醇。其丁醇比达到78%，溶剂生产效率为0.63 g/L/h，重组菌株的溶剂产量和生产强度分别比出发菌株提高了25%和80%。

关键词：发酵 梭菌 丁醇 还原力

Abstract

Butanol is the main product of ABE fermentation.It is not only one of the most important bulk chemical or chemical raw material, but also a potential new biofuels. In the process of fermentation of Butanol carboxy bacteria , producing 1 molecule of butyl alcohol consumes more reducing capacity than 1 molecule of ethyl alcohol do .

At the same time,the reducing capacity producted by 1 molecules of glucose is far from enough to generate the corresponding alcohol.This problem can be solved by the overexpression of Nicotinic acid phosphoribosyl transfer. Because it can produce more reducing capacity what will remit the problem of oxidoreduction inblance in the fermentation.In this project we transform the pncB cloned from Escherichia coli into Butanol carboxy bacteria to express it and increase the output of reductant production. Through the results of fermentation in remuages and fermenter,we can find that the production of glucose,xylose and butanol increases a lot.

Key words：fermentation clostridium butanol NADH transform

目录

第一章 文献综述 1

1.1 前言 1

1.2 丁醇简介 1

1.2.1 丁醇的性质 1

1.2.2 丁醇的用途 2

1.3 丁醇的合成 3

1.3.1 丁醇的化学合成 4

1.3.2 丁醇的生物合成 5

1.3.3 改造在NAD(H)合成途径的研究进展 8

1.4 本课题的研究目的与意义 9

第二章 实验材料与方法 11

2.1 实验材料 11

2.1.1 菌株和质粒 11

2.1.2 实验试剂 12

2.1.3 实验仪器 13

2.1.4 培养基 14

2.2 实验方法 14

2.2.1 pncB扩增： 14

2.2.2 对单酶切产物进行去磷酸化处理： 16

2.2.3 培养方法： 19

2.2.4 分析方法： 19

第三章 结果与讨论 21

3.1 重组菌Clostridium beijerinckii pIMP1-ptb-pncB的构建 21

3.2 厌氧摇瓶发酵 22

3.3 3L发酵罐发酵结果对比 23

3.3.1 C. beijerinckii IB4和C. beijerinckii pIMP1-ptb-pncB单批发酵结果

第四章 结论与展望 25

4.1 结论 25

4.2 展望 25

参考文献 26

致谢 29

第一章 文献综述

前言

石油危机带来的能源短缺问题成为全世界关注的焦点，生物燃料作为新型、潜在的可再生能源受到公众和科学界的共同关注，生物燃料具有清洁、能与化石汽油任意比例混合、可用生物质制备等优势。生物丁醇作为良好的化工原料和新型液体燃料可缓解能源危机和环境污染，因此体现出极大的市场竞争力并且日益受到重视。

丁醇简介

丁醇的性质

丁醇是一种重要的化工原料，主要用于制造增塑剂、溶剂、萃取剂等，全球年需求量超过 140万 t。丁醇又是一种极具潜力的新型生物燃料，其热值、辛烷值与汽油相当；含氧量与汽油中常用的甲基叔丁基醚相近；不会腐蚀管道、不易吸水，便于管道输送；蒸汽压低，安全性高，且与汽油有很好的混合性。

丁醇的分子式C₄H₉OH，分子量为74.12。丁醇是无色液体，有酒味，溶于水，可与乙醇及其他多种有机溶剂混溶，其蒸气与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限1.45-11.25(体积)。丁醇的理化性质，具体见表1-1^[1,2,10]。

表1-1丁醇的理化性质

丁醇的用途

丁醇是重要的有机化工原料, 主要用于制造邻苯二甲酸酯类、脂肪酸酯类 、己二酸酯类、磷酸酯类、对苯二甲酸酯类等增塑剂, 还可用于生产丙烯酸酯等及其他衍生物。丁醇还是香料、油脂和药物的萃取剂，又可用作有机染料和印刷油墨的溶剂，脱蜡剂。丁醇既是重要的大宗化工原料，又是继乙醇后的一种极具发展前景的新一代液体燃料，联合国国际能源署将生物丁醇列为第二代生物燃料^[5-9]。

受多种限制条件的影响,发展生物燃料已成为许多国家提高能源安全、减排温室气体、应对气候变化的重要措施。生物燃料是指通过生物资源生产的适用于汽油或柴油发动机的燃料,包括燃料乙醇、生物柴油、生物丁醇、生物气体、生物甲醇、生物二甲醚等,目前市场上以燃料乙醇和生物柴油最为常见。生物丁醇可以与汽油混合,而且具有许多优于乙醇之处（具体数据见表1-2和表1-3）^[1,3,6]：①丁醇能量含量高，与乙醇相比可多走30%的路程；②丁醇腐蚀性较小，比乙醇、汽油安全；③丁醇与汽油混合对水的宽容度大，它的挥发性是汽油的1/13.5，乙醇的1/6，丁醇对低水蒸气压力有非常好的适应性；④与乙醇相比，丁醇与汽油的混合比更高，可以使用100%浓度的丁醇，并不需要对车辆进行改造，而且混合燃料的经济性高；⑤乙醇需要通过公路、铁路或海路运输，而丁醇可在既有的燃料供应和分销系统中使用；⑥相对于乙醇，丁醇能提高车辆的行驶里程和效率；⑦丁醇与乙醇一样，会减少温室气体的排放，不产生NO_x或SO_x，对环境保护有利；⑧丁醇作燃料有利于缓解石油危机，降低国内对燃油进口的依赖性，能够体现燃料的多元性。因此,生物丁醇的研究开发日益更加受到许多国家的重视^[11-13]。

请支付后下载全文，论文总字数：22620字