生物能源学课题G1演讲初.ppt

生物能源学课题研讨,Discussion On Biomass Topiics,Comparing the fermentation performance of Escherichia coli KO11, Saccharomyces cerevisiae 424A(LNH-ST) and Zymomonas mobilis AX101 for cellulosic ethanol production 比较大肠杆菌K011，酿酒酵母424A（LNH-ST）和运动发酵单胞菌AX101在生产 纤维素乙醇中的发酵性能,G1：孔维亮 李世杰 李炎锴 汪林 王珏 2019/6/16,目录,2019/6/16,背景介绍,背景：使用大肠杆菌KO11，酿酒酵母424A（LNH-ST）和运动发酵单胞菌AX101在玉米浆（CSL）培养基上发酵并作比较，水提取物和酶水解产物从氨纤维膨胀（AFEX）-预处理的玉米秸秆。 所有测试的菌株生长并在15w/v固体负载当量的氨纤维膨胀（AFEX）-预处理的玉米秸秆水提取物下共发酵糖。然而，KO11和424A（LNH-ST）表现出比AX 101更高的生长鲁棒性。在来自AFEX预处理的18w/w固体负载木质纤维素水解产物中，可以以大于0.77g/L/h的速率实现完全葡萄糖发酵。与CSL中发酵的结果相反，与所测试的细菌相比，酿酒酵母424A（LNH-ST）在水解产物中以最大程度和速率消耗木糖。,背景介绍,木质纤维素材料是可再生的，丰富的和经济的碳源，可潜在地替代大量的石油用于生产燃料和化学品。乙醇通常是这种新兴纤维素生物燃料技术的第一个主要的预期商业产品。将可发酵糖生物转化为乙醇对于该技术至关重要。因此，微生物平台的发展已经广泛追求实现乙醇产量的竞争性成本，滴定度和生产力。 在产乙醇菌株中，酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae），运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis）和大肠杆菌已被广泛研究并开发用于生产纤维素乙醇。在先前相关的出版物中彻底讨论了各个菌株的独特优点。经济吸附的纤维素技术肯定需要应变来实现乙醇产量，滴定度和速率均高于90，分别为40g/L（5.1v/v），1.0g/L/h。,实验方法及过程,1.AFEX预处理玉米秸秆（AFEX-CS） 2.微生物菌株 3.玉米浆（CSL） 4.AFEX-CS洗涤流（WS）制备 5.AFEX-CS酶水解物6w / w葡聚糖负载（18w / w固体负载） 6.种子培养物制备,实验方法及过程,2019/6/16,实验方法及过程,7.使用CSL作为唯一氮源的发酵 8.使用AFEX-CS酶水解产物（6w / w葡聚糖负载） 9.微孔板细胞培养 10.洗涤流发酵 11.HPLC分析和细胞密度测量,实验结果,发酵使用CSL作为营养补充剂,424A（LNHST）在4.16g / L / h具有最高的葡萄糖利用速率 在葡萄糖和木糖发酵之间比较的总糖消耗速率对于KO11最接近，随后是AX101然后是424A（LNH-ST） 424A（LNH-ST）中的木糖发酵在168小时后仅达到37.9的木糖消耗,实验结果,代谢乙醇产量和副产物 主要副产物：木糖醇(AX101 , 70 );甘油 (424A（LNH-ST） ) ;有机酸 (KO11 )。,实验结果,使用APEX-CAR洗涤流发酵,图3来自氨纤维爆炸（AFEX）处理的玉米秸秆的水溶性化合物对（A）细胞生长，（B）葡萄糖消耗百分比和（C）24小时发酵后木糖消耗百分比的影响。 在大多数厌氧条件下，在24孔板中以2.0mL工作体积进行实验。 葡萄糖，木糖和细胞密度的初始浓度分别为3g / L，20g / L和0.5单位的OD 600nm。 发酵培养基补充有2.5g / L酵母提取物和5g / L蛋白胨 。,实验结果,使用APEX-CAR洗涤流发酵,图4使用大肠杆菌KO11在补充有商业酶，15固体装载当量的氨纤维爆破（AFEX） - 玉米秸秆洗涤流（WS）的酵母提取物蛋白胨（5g / L酵母提取物+ 10g / ）或商业酶与WS的组合。 在37，pH 7.0（在发酵期间调节）进行发酵，并在0.5OD600nm下启动。,木糖发酵的速率与细胞生长模式良好相关（图3）； 当固体负载从5增加到15w / w时，AX101在24小时的细胞密度降低了66（图3A）； 固体负载当量对葡萄糖发酵的影响对于KO11几乎可忽略（图4）； 这些化合物显示对木糖发酵具有相当的抑制作用（图4）。,实验结果,使用AFEX-CS水解产物（18w / w固体负载）和AFEX-CS WS进行发酵,图5使用（A）运动发酵单胞菌AX101，（B）酿酒酵母424A（LNH-ST）和（C）大肠杆菌KO11在酶水解产物中从6.0葡聚糖装载的氨纤维爆炸（AFEX） - 预处理的玉米秸秆 （CS）。 发酵在大量厌氧条件下进行，并以相当于0.5单位OD 600nm的细胞密度起始温度和pH控制在37，对于KO11和30为6.8，对于AX101和424A（LNH-ST）为5.5。 实线：酵母提取物胨中的种子培养物; 虚线：在3葡聚糖负载的AFEX-CS水解产物中的种子培养物。,所有测试的菌株能够在AFEX-CS水解产物上生长并完全消耗葡萄糖而不洗涤预处理的生物质，营养补充或解毒（图5） 与CSL中的共发酵相似（图1B，表3），木糖发酵显著慢于葡萄糖发酵。 在水解产物发酵中，来自测试细菌（AX101和KO11）的木糖发酵非常差；小于总木糖的20（图5A和5C;表3） 因此，木糖发酵成为细菌产量，浓度和速率的瓶颈。 然而，在424A（LNH-ST）发酵中，在0.47g乙醇/ g消耗的糖的代谢产量下实现几乎完全的木糖消耗。,结论,实验中使用大肠杆菌KO11，酿酒酵母424A（LNH-ST）和运动发酵单胞菌AX101在玉米浆（CSL）培养基上发酵并作比较，水提取物和酶水解产物在氨纤维膨胀（AFEX）中预处理的玉米秸秆。 结果：三种乙醇生产菌能从补充的CSL的共发酵中产生乙醇，终浓度和速率大于0.42g/g，糖消耗和代谢产率分别为40g/L和0.7g/L/h（0-48小时）。测试的乙醇细菌的木糖发酵比玉米浆CSL发酵中快五到八倍。,2019/6/16,结论,我们的结果证实，即使在高固体负载下(18重量)，测试菌株中的葡萄糖发酵也是有效的。然而，木质纤维素的水解产物中的木糖消耗过程是影响总产率，效价或速率的主要瓶颈。相比之下，酿酒酵母424A（LNH-ST）是用于工业生产最相关的菌株，其能够高产率地从来自AFEX-预处理的玉米秸秆中以未经去毒和未经补充的水解产物发酵葡萄糖和木糖。,讨论,本实验首先比较葡萄糖、木糖和戊糖，在 玉米浆CSL和共同发酵的（AFEX CS） 酶水解物中表示其对微生物的生长和对木糖的利用。CSL也视为在大规模发酵种的氮源。 在使用和发酵中，葡萄糖相对于木糖而言，在乙醇产量、浓度和比率取得较好结果。戊糖在天然的木糖代谢中，如大肠杆菌，已被证明是比己糖更难发酵。 此外，木糖在细菌发酵是弱于在 424A(LNH-ST) 发酵的。对木糖发酵问题，改善生物降解产物中解决他的抑制作用。因此，改善基木糖发酵的过程可能有助于缓解人工过程的瓶颈。,图 5 发酵使用（A）运动发酵单胞菌单胞菌 AX101，（B） 酿酒酵母 424A(LNH-ST)和（C）大肠埃希氏大肠杆菌KO11 从氨纤维 (AFEX) 中加载 6.0%葡聚糖的酶水解液中的预处理玉米秸秆 (CS)。发酵在厌氧条件下进行。 实线 种子在酵母提取物的蛋白胨; 虚线种子在 3%葡萄糖的水解液中。,菌株的相对优点和缺点 乙醇菌株KO11 是能够在较高的浓度AFEX CS 降解化合物和生产中提高乙醇的代谢高产率。(