Carbon monoxide bioconversion to butanol-ethanol by Clostridium carboxidivorans: kinetics and toxicity of alcohols
- 作者
- Anxela Fernández-Naveira, Haris Nalakath Abubackar, María C. Veiga, Christian Kennes
- 杂志
- Applied Microbiology and Biotechnology（2016）
- DOI
- 10.1007/s00253-016-7389-8
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
以CO为碳源发酵生产丁醇-乙醇时，产物醇对菌株的抑制效应和动力学参数未知，影响发酵效率。
研究策略
通过批次实验添加不同浓度的丁醇、乙醇及其混合物，测量生长动力学、CO消耗和IC50。
研究路线图
核心内容
本研究以食羧基丁醇梭菌（Clostridium carboxidivorans P7）为对象，系统考察了以CO为碳源发酵产丁醇-乙醇过程中，产物醇对该菌株的抑制作用及动力学参数。通过批次实验向培养基中添加不同浓度的丁醇、乙醇及其1:1混合物，测定了菌株生长动力学、CO消耗速率及半数抑制浓度（IC50）。结果显示，菌株最大比生长速率为0.086 ± 0.004 h⁻¹，生物量得率为0.011 g biomass/g CO；丁醇的IC50在48 h和72 h分别为14.50 g/L和14.20 g/L，20 g/L丁醇可完全抑制生长；乙醇在35 g/L时使最终生物量降低50%，最低生长速率为0.024 h⁻¹；1:1醇混合物的IC50为16.22 g/L（总醇浓度），在总醇25 g/L时最低生长速率为0.014 h⁻¹。动力学比较表明，丁醇对菌株毒性最强，乙醇毒性最弱，混合物居中，且低浓度乙醇（约1 g/L）无毒性甚至略微促进生长。该研究首次提供了CO发酵产醇过程中醇类毒性的系统动力学数据，为优化发酵策略、缓解产物抑制及提高醇产量奠定了重要基础。
创新点
首次系统研究CO发酵产醇过程中丁醇、乙醇及其混合物的毒性效应，提供动力学数据和IC50。
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Clostridium carboxidivorans P7 (DSM 15243) | Wood-Ljungdahl通路 | — | — | 催化 | 以CO为唯一碳源，产物为丁醇-乙醇混合物 |
关键发现
- 最大比生长速率为0.086 ± 0.004 h^-1，生物量得率为0.011 g biomass/g CO
- 丁醇IC50为14.50 g/L（48 h）和14.20 g/L（72 h），20 g/L丁醇完全抑制生长（生长速率为0 h^-1）
- 乙醇35 g/L时使最终生物量降低50%，最低生长速率为0.024 h^-1
- 1:1醇混合物IC50为16.22 g/L（总醇浓度），最低生长速率为0.014 h^-1（总醇25 g/L）。
研究结论
丁醇对C. carboxidivorans的毒性最强，乙醇最弱，混合物居中；低浓度乙醇（约1 g/L）无毒性甚至略微促进生长。