乳桿菌生產(chǎn)生物可降解聚酯單體的研究.pdf

1、乳酸菌是能從可溶性碳水化合物發(fā)酵產(chǎn)生大量乳酸的一群細(xì)菌，它們無(wú)芽孢、不運(yùn)動(dòng)、革蘭氏染色陽(yáng)性、過(guò)氧化氫酶陰性，根據(jù)糖代謝途徑可將乳酸菌分為專性同型發(fā)酵、專性異型發(fā)酵和兼性異型發(fā)酵。目前乳酸菌已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥保健、工業(yè)發(fā)酵、飼料等領(lǐng)域。其中，乳酸菌生產(chǎn)化工產(chǎn)品，特別是新型聚酯的單體的研究和應(yīng)用越來(lái)越受到重視。 1，3-丙二醇(1，3-propanediol，1，3-PD)是合成新型聚酯化學(xué)纖維PTT的單體，PTT具有強(qiáng)的生物可

2、降解，是目前國(guó)際上合成纖維新品種開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。近年來(lái)，利用微生物法生產(chǎn)1，3-PD在國(guó)內(nèi)外都有較多報(bào)道，而乳酸菌生產(chǎn)1，3-PD的研究相對(duì)較少。作為食品級(jí)安全的乳酸菌，借助代謝工程技術(shù)過(guò)量生產(chǎn)1，3-PD具有潛在的可能性。 本論文從腐敗果酒中分離到一株能利用葡萄糖和甘油共發(fā)酵生產(chǎn)1，3-PD的乳桿菌。經(jīng)過(guò)形態(tài)觀察、生理生化和16S rRNA擴(kuò)增產(chǎn)物專一性位點(diǎn)的酶切驗(yàn)證，鑒定該菌株為短乳桿菌(Lactobacillus brevis

3、)，命名為L(zhǎng)b.brevis W5-17。為了檢測(cè)Lb.brevis W5-17產(chǎn)生1，3-PD的兩個(gè)關(guān)鍵酶甘油脫水酶(glycerol dehydratase，GDHt)和1，3-丙二醇氧化還原酶(1，3-propanediol NAD+ oxidoreductase，PDOR)活性，首先確定了超聲波破碎菌體細(xì)胞的條件，其結(jié)果為：20mL發(fā)酵液離心后的菌體重懸于20mL的磷酸鉀緩沖液(pH7.0)，超聲破碎6/7s，間歇4s，次數(shù)99

4、，功率300w，細(xì)胞破碎率達(dá)到60-70﹪。 在厭氧條件下，菌株Lb．brevis W5-17能利用分解葡萄糖過(guò)程中產(chǎn)生的還原力NADH，還原甘油生成1，3-PD。本論文對(duì)菌株Lb. brevis W5-17產(chǎn)生1，3-PD的發(fā)酵條件進(jìn)行研究，由結(jié)果可知，當(dāng)葡萄糖∶甘油為0.05mol/L∶0.1 mol/L時(shí)，厭氧發(fā)酵70h可得1，3-PD 11.20 mmol/L,甘油的轉(zhuǎn)化率為0.30 mol/mol，GDHt和PDOR

5、的最大酶活性分別為0.84 U/mL和3.80U/mL。此外，該菌株在有氧條件下也能生成1，3-PD，產(chǎn)量為7.12 mmol/L，但其關(guān)鍵酶的活性較厭氧時(shí)低，此特性研究為代謝工程改造乳酸菌生產(chǎn)1，3-PD奠定了基礎(chǔ)。 L-乳酸是生產(chǎn)可降解聚酯乳酸PLA的單體，乳酸菌在生長(zhǎng)過(guò)程中能產(chǎn)生大量乳酸。為了降低乳酸生產(chǎn)成本，本論文以玉米芯水解液為碳源發(fā)酵生產(chǎn)L-乳酸，以實(shí)現(xiàn)廢棄生物質(zhì)資源的高值化，進(jìn)而維持自然界的碳平衡。 玉米芯經(jīng)鹽酸

6、水解后產(chǎn)生大量單糖，經(jīng)液相色譜分析，D-木糖為72～78g/L，D-葡萄糖為10～12 g/L，L-阿拉伯糖為9～11g/L。將實(shí)驗(yàn)室保藏的多株乳桿菌接種到玉米芯水解液中，培養(yǎng)后篩選得到一株能最大程度轉(zhuǎn)化這三種單糖為L(zhǎng)-乳酸的植物乳桿菌Lactobacillus plantarum$34，并對(duì)Lactobacillus plantarum$34的代謝特點(diǎn)進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，將玉米芯水解液以1：4稀釋后，發(fā)酵50 h，L．乳酸的產(chǎn)量達(dá)9

7、.0 g/;L，乙酸為2.9g/L，葡萄糖和阿拉伯糖的質(zhì)量利用率為100﹪，木糖的質(zhì)量利用率為29.4﹪。為了進(jìn)一步提高對(duì)木糖的利用效率，對(duì)玉米芯水解液培養(yǎng)基的成分進(jìn)行了優(yōu)化，獲得最佳培養(yǎng)基組成為(g/L)：玉米芯水解液(1：4)，大豆蛋白胨20，(NH<,4>)<,2>C<,6>H<,5>O<,7> 2，K<,2>HPO<,4> 2，CaCO<,3>10，pH6.0。在此基礎(chǔ)上，利用5 L發(fā)酵罐發(fā)酵50 h，L-乳酸和乙酸的終濃度分別