Screening and characteristics of a butanol-tolerant strain and butanol production from enzymatic hydrolysate of NaOH-pretreated corn stover
- 作者
- Kai Gao, Yun Li, Shen Tian, Xiushan Yang
- 杂志
- World Journal of Microbiology and Biotechnology（2012）
- DOI
- 10.1007/s11274-012-1107-1
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
丁醇对产溶剂梭菌的毒性抑制导致溶剂产量和底物浓度受限，以及木质纤维素水解液中的抑制物影响ABE发酵效率
研究策略
利用NTG化学诱变处理Clostridium acetobutylicum ATCC 824，通过含丁醇的平板筛选耐丁醇突变株；随后考察突变株在葡萄糖、混合糖及NaOH预处理玉米秸秆酶解液中的ABE发酵性能
核心内容
针对丁醇对产溶剂梭菌的毒性抑制及木质纤维素水解液中抑制物影响ABE发酵效率的问题，该研究通过NTG化学诱变处理Clostridium acetobutylicum ATCC 824，并结合含丁醇平板筛选获得耐丁醇突变株206。在60 g/L葡萄糖下，突变株的溶剂产量较野生型提高50%；在80 g/L葡萄糖P2培养基中，70小时共产溶剂23.47 g/L，其中丁醇15.05 g/L，得率0.32 g/g。突变株可耐受12 g/L丁醇。进一步采用未脱毒的NaOH预处理玉米秸秆酶解液进行发酵，获得ABE总产量15.42 g/L（丁醇9.84 g/L），得率0.41 g/g，生产速率0.21 g/(L·h)，优于混合糖发酵的得率0.33 g/g。预处理后纤维素含量从38.7%升至65.2%，木质素降至11.5%。结果表明，突变株206兼具耐丁醇与高效转化未脱毒木质纤维素水解液的能力，无需额外脱毒即实现较高丁醇产量，为工业利用玉米秸秆生产丁醇提供了更具经济性的菌株与工艺路线。
创新点
筛选出耐丁醇突变株206，其丁醇产量显著高于野生型；并首次将未脱毒的NaOH预处理玉米秸秆酶解液直接用于ABE发酵，获得较高丁醇得率
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Clostridium acetobutylicum ATCC 824（野生型）及突变株206 | 丙酮-丁醇-乙醇（ABE）发酵途径 | — | — | 催化 | 核心生产菌株和代谢途径，突变株206耐受丁醇且显著提高溶剂产量 |
| — | 纤维素酶解 | — | Celluclast 1.5L（纤维素酶） | 催化 | 用于NaOH预处理玉米秸秆的酶解，产生可发酵糖 |
| — | 纤维素酶解 | — | Novozyme 188（β-葡萄糖苷酶） | 催化 | 补充纤维素酶活力，水解纤维二糖，提高糖化效率 |
| Clostridium acetobutylicum 突变株206 | 糖酵解 | — | 葡萄糖激酶（推测） | 催化 | 作者推测诱变可能提高了该酶活性，促进葡萄糖利用和溶剂合成 |
关键发现
- 突变株206在60g/L葡萄糖下溶剂产量比野生型高50%
- 在80g/L葡萄糖P2培养基中70h产溶剂23.47g/L（丙酮5.41g/L、丁醇15.05g/L、乙醇3.02g/L），ABE得率0.32g/g，生产速率0.34g/(L·h)
- 在6%葡萄糖时总溶剂18.43g/L，比野生型高48.4%，丁醇高39.3%
- 在未脱毒的NaOH预处理玉米秸秆酶解液中产ABE 15.42g/L（丙酮4.34g/L、乙醇1.24g/L、丁醇9.84g/L），得率0.41g/g，生产速率0.21g/(L·h)，而混合糖发酵得率0.33g/g、生产率0.20g/(L·h)
- 木糖利用率仅32.9%，混合糖中为91.4%
- NaOH预处理后纤维素含量从38.7%升至65.2%，木质素从19.3%降至11.5%
- 突变株可耐受12g/L丁醇
研究结论
突变株206具有耐丁醇和高产ABE的能力，能直接从NaOH预处理玉米秸秆酶解液生产丁醇，无需脱毒处理，具有工业应用潜力