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关键词：
纤维素酒精,热纤维梭菌,嗜热厌氧乙醇菌,纤维素降解,酒精生产能力
发表时间：
2012-08-22 14:47:06
热纤维梭菌不同菌株的纤维素降解和酒精生产能力
贾亚亮 | -> | 1294| 1| 0.290384MB |纤维素酒精,热纤维梭菌,嗜热厌氧乙醇菌,纤维素降解,酒精生产能力
摘要:以高温厌氧细菌热纤维梭菌( Clostridium thermocellum LQRI 和VPI 菌株) 和嗜热厌氧乙醇菌( Thermoanaerobacterethanolicus X514 和39E 菌株) 为对象，以不同浓度纤维素为底物，分析了热纤维梭菌不同菌株的纤维素降解和酒精生产能力.结果表明，在热纤维梭菌纯培养体系中，LQRI 对纤维素的降解能力明显高于VPI，前者约为后者的1. 2 倍，但两者的酒精生产能力没有显著差异，LQRI 在1% 纤维素条件下酒精终浓度约为12 mmol /L，VPI 约为10 mmol /L. 随着底物纤维素浓度的增加(1% 、2% 、5% ) ，两者对纤维素降解和酒精生产能力均呈明显下降趋势. 在热纤维梭菌和嗜热厌氧乙醇菌混合培养体系中，LQRI 对纤维素的降解能力明显高于VPI，前者约为后者的1. 28 ～ 1. 58 倍. 随着底物浓度的增加，两者的纤维素降解率均逐渐下降，但热纤维梭菌对纤维素降解的绝对数值还受到其它混合培养菌种的影响. 此外，LQRI + Thermoanaerobacter 混合培养体系的酒精生产能力明显高于VPI + Thermoanaerobacter，前者约为后者的1. 27 ～ 1. 77 倍. 随着底物浓度的增加，混合培养体系酒精生产能力没有明显下降趋势.
纤维素酒精是以木质纤维素为原材料，通过各种物理、化学和生物等处理方法把纤维素和半纤维素水解为葡萄糖和木糖，然后利用微生物进行发酵生成的酒精. 纤维素酒精是洁净的、可持续的和可更新的，具有非常广阔的应用前景［1］. 并且其原材料价格低廉，可以以广泛的纤维素生物量包括农业植物废弃物( 玉米秆、谷类稻草、甘蔗渣等)、工业废弃物( 木屑、纸浆) 和特定的能源农作物如柳枝稷为原料进行工业生产［2 ～ 4］. 在技术条件成熟的情况下，自然界的生物量有同时满足液体交通燃料和食物、饲料等的潜力［5］，而纤维素酒精在未来交通运输能源
的选择中将充当重要角色，因此如何充分利用自然界中的纤维素生物量，有效提高纤维素的降解效率以及纤维素酒精的生产能力至关重要，这可为纤维素酒精与传统石油能源竞争提供技术基础.
纤维素酒精工业化生产最关键的技术是要尽可能提高纤维素的降解效率，为后续的发酵工作提供足够的原料，降低纤维素酒精的生产成本，提高与传统交通化石燃料的竞争力. 然而，绝大部分纤维素降解菌较低的纤维素降解效率一直以来都是纤维素酒精大规模工业化生产的障碍. 因此，纤维素酒精作为新燃料能源的潜在挑战是有效的更大程度地提高纤维素降解的效率［6］. 梭菌(Clostridium) 是把木质纤维素材料转化成碳水化合物最具有应用前景的微生物［7］. 热纤维梭菌( Clostridium thermocellum) 是一种高温厌氧的纤维素降解细菌，能够降解纤维素和半纤维素形成纤维二糖和纤维糊精，最后在相关酶的作用下转化成五碳糖和六碳糖. 而且，热纤维梭菌还能利用纤维二糖和葡萄糖生成酒精. 在能够降解纤维素的微生物中，热纤维梭菌是微生物纤维素降解和纤维素酒精大规模工业生产具有吸引力的选择［8］. 这些细菌具有以下的优点:①厌氧的纤维素环境中无处不在，发酵过程中不需要氧气［9］;②能够降解很多复杂的碳水化合物( 如淀粉、纤维素、半纤维素和胶质等) ，具有高效的胞外纤维素酶系统的纤维素体［10，11］;③细胞的产量很低，较多的底物能够转化成代谢产物如酒精等［12］;④最适的生长温度为60 ℃，能够便于酒精的回收，此外，较高的生长温度能够降低污染概率［1］;⑤能够直接用于微生物
的转化过程如联合生物过程［13］. 本研究主要以热纤维梭菌为对象，以不同浓度Avicel 为底物纤维素，系统地分析和比较了热纤维梭菌不同菌株对纤维素降解和酒精生产能力，以期为提高纤维素降解效率提供理论指导.
的选择中将充当重要角色，因此如何充分利用自然界中的纤维素生物量，有效提高纤维素的降解效率以及纤维素酒精的生产能力至关重要，这可为纤维素酒精与传统石油能源竞争提供技术基础.
纤维素酒精工业化生产最关键的技术是要尽可能提高纤维素的降解效率，为后续的发酵工作提供足够的原料，降低纤维素酒精的生产成本，提高与传统交通化石燃料的竞争力. 然而，绝大部分纤维素降解菌较低的纤维素降解效率一直以来都是纤维素酒精大规模工业化生产的障碍. 因此，纤维素酒精作为新燃料能源的潜在挑战是有效的更大程度地提高纤维素降解的效率［6］. 梭菌(Clostridium) 是把木质纤维素材料转化成碳水化合物最具有应用前景的微生物［7］. 热纤维梭菌( Clostridium thermocellum) 是一种高温厌氧的纤维素降解细菌，能够降解纤维素和半纤维素形成纤维二糖和纤维糊精，最后在相关酶的作用下转化成五碳糖和六碳糖. 而且，热纤维梭菌还能利用纤维二糖和葡萄糖生成酒精. 在能够降解纤维素的微生物中，热纤维梭菌是微生物纤维素降解和纤维素酒精大规模工业生产具有吸引力的选择［8］. 这些细菌具有以下的优点:①厌氧的纤维素环境中无处不在，发酵过程中不需要氧气［9］;②能够降解很多复杂的碳水化合物( 如淀粉、纤维素、半纤维素和胶质等) ，具有高效的胞外纤维素酶系统的纤维素体［10，11］;③细胞的产量很低，较多的底物能够转化成代谢产物如酒精等［12］;④最适的生长温度为60 ℃，能够便于酒精的回收，此外，较高的生长温度能够降低污染概率［1］;⑤能够直接用于微生物
的转化过程如联合生物过程［13］. 本研究主要以热纤维梭菌为对象，以不同浓度Avicel 为底物纤维素，系统地分析和比较了热纤维梭菌不同菌株对纤维素降解和酒精生产能力，以期为提高纤维素降解效率提供理论指导.
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