1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

贝氏梭菌（clostridium beijerinckii）是一种革兰氏阳性，棒状，能动的梭状芽胞杆菌属的细菌。它已从粪便和土壤中分离，产生椭圆形到近顶生的孢子。工业上感兴趣的是，在严格厌氧条件下、37℃它有能力生产丁醇，丙酮和/或异丙醇。底物使用的范围宽，包括（但不限于）戊糖，己糖和淀粉。本课题着重贝氏梭菌用于发酵生产丁醇的研究。

丁醇，又称正丁醇，化学分子式为c₄h₉oh，相对分子质量74.12。丁醇是无色液体，有酒味，溶于水，可与乙醇/乙醚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)。熔点-89.3℃，沸点117.7℃，易燃（引燃温度35℃）。正丁醇可以作为油漆和表面涂料的溶剂，也用于生产dbp和bbp等增塑剂，还可以用来制造醋酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯、正丁胺、氨基树脂、乙二醇醚，并可用于表面涂料、皮革处理、香料、橡胶加工助剂和农用化学品等方面^[1,9]。同时丁醇的另一大作用是作为燃料，丁醇具有能量密度大、对水稳定性高、可直接用于内燃机、运输方便等优点。尤其近年来随着石油燃料资源的日益减少以及各种环境问题如温室效应，全球变暖和气候变化等问题越发突显了生物燃料的优势。目前市场上生物燃料以燃料乙醇和生物柴油最为常见。而丁醇作为燃料具有其它燃料无可比拟的优点：①具有较高的能量密度，和汽油相近，与乙醇相比可多走30%的路程；②丁醇的挥发性是乙醇的1/6倍，汽油的1/13.5，与汽油混合对水的宽容度大，对潮湿和低水蒸气压力有更好的适应能力，使其有利于在现有的分配管网中使用；③丁醇可在现有燃料供应和分销系统中使用，而乙醇则需要通过铁路、船舶或货车运输；④与其他生物燃料相比，腐蚀性较小，比乙醇、汽油安全；⑤与现有的生物燃料相比，生物丁醇与汽油的混合比更高，无需对车辆进行改造，就可以使用几乎100%浓度的丁醇，而且混合燃料的经济性更高；⑥汽油中的主要组成是c6-c8 ，因此丁醇比乙醇更类似于”油”，它与燃料添加剂和润滑油配伍性更好；⑦发酵法生产的生物燃料丁醇会减少温室气体的排放。与乙醇一样，燃烧时不产生sox或nox，这些对环境有利；⑧丁醇作燃料会降低国内对燃油进口的依赖性，体现燃料的多元性，有利于缓解国家之间因石油引发的关系紧张问题；⑨生物丁醇可利用炼油厂原有基础设施，而乙醇不行。正是由于这些优势，在能源危机日益严峻的今天，丁醇作为燃料有着广阔的发展前景^[3-5]

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

目的是通过发酵工艺的调控获得其最优的生产条件。同时，要排除或减小限制因素对发酵工艺的影响，如最终的总溶剂浓度低；丁醇对生产菌株的毒性大；单位质量的原料所产的产物较低；存在乙醇、丙酮副产物；玉米的原料价格升高等。而解决的方法不外乎通过基因工程优化代谢途径；诱变获得高抗丁醇菌株；优化培养基配方；发酵工艺调控；选用低成本原料以及合适的生物反应器。通过这些途径来提高丁醇的产量。

丙酮丁醇发酵时期主要分为两个阶段：产酸期和产溶剂期，在传统的丙酮丁醇分批发酵中，在前期主要产氢气、二氧化碳、乙酸和丁酸，菌体大量生长，同时导致ph的下降；而当菌体生长达到稳定阶段时，菌体发酵进入产醇期，此时产生的酸会被菌体同化还原（同时也伴随着碳水化合物的利用），转化成溶剂：乙醇、丙酮和丁醇，该过程中ph会有略微的上升。丙酮丁醇梭菌的发酵过程总体上说来分为是由产酸期进而转为产溶剂期，而据文献报道，ph和丁酸的浓度在这两个时期的转化中起了重要作用，尤其是ph，被认为是一种关键因素。虽然处于较低ph下，产溶剂机制被触发，但许多研究指出，ph本身并不是唯一的诱导条件，因为丁醇和丙酮通过丙酮丁醇梭菌在酸性ph下和丁酸开始被利用时大量生产。

本课题是要研究ph对贝氏梭菌（clostridium beijerinckii rt66）发酵生产丁醇的影响的研究，单独从ph与丁醇产量的关系来看，ph越低丁醇产量越高，但过低的ph又限制了菌株的od值。所以我们必须找到od与ph的最佳比例以获得最高丁醇产量。由单批发酵所表明的该菌株发酵特性设计了ph调控策略，分别在ph4.7，ph4.9，ph5.2，ph5.5，ph6.0不同发酵ph条件下，考察ph对溶剂产量的影响，确定合适的ph调控策略以达到控制clostridium beijerinckii rt66的生长、耗糖和产溶剂，不断提高丁醇和总溶剂的产量和生产强度。为贝氏梭菌多阶段发酵生产丁醇奠定基础，并为丁醇的连续发酵提供指导意义。