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《運(yùn)用代謝工程、輔酶工程及酶工程建設(shè)重組釀酒酵母木糖使用菌株以生產(chǎn)乙醇之研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、運(yùn)用代謝工程、輔酶工程及酶工程建設(shè)重組釀酒酵母木糖使用菌株以生產(chǎn)乙醇之研究第一章文獻(xiàn)綜述1.1概述利用微生物發(fā)酵糖類進(jìn)行釀酒的古老工藝，經(jīng)歷了上千年的歷練，時(shí)至今日，對(duì)人類仍然十分重要。由于石油能源日益枯竭，而人類對(duì)于能源的需求又與日俱增，這時(shí)，發(fā)展一種新型的可替代石油的可再生能源，就顯得尤為重要。生物乙醇，由于其合適的特性，諸如高辛烷值和高燃燒效率，成為極具前途的運(yùn)輸用燃料替代品之一。往汽油中添加燃料乙醇，可以使其燃燒更高效和完全，同時(shí)還可以顯著降低碳?xì)浠衔铮w粒物質(zhì)，毒性揮發(fā)有機(jī)物（苯，甲苯，二甲苯），以及一些有害氣體（一氧化碳，二氧化碳，一氧化二氮
2、）等。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，只要汽油中混入的燃料乙醇不超過10%，那么傳統(tǒng)的汽車引擎無需任何改動(dòng)即可照常使用。美國(guó)和巴西，是世界上最大的兩個(gè)燃料乙醇生產(chǎn)國(guó)，從1970年開始，兩國(guó)就通過稅收和資金上的一些激勵(lì)措施鼓勵(lì)民眾使用生物燃料。巴西規(guī)定，所有汽油中必須至少添加25%的無水乙醇才可以出售，其全國(guó)燃料消耗中，乙醇占了40%左右。由于使用生物質(zhì)制造乙醇所蘊(yùn)含的巨大潛力，很多該領(lǐng)域相關(guān)的研究都如火如荼的進(jìn)行了起來。研究都聚焦在提高乙醇效價(jià)，產(chǎn)率以及生產(chǎn)能力上。在底物轉(zhuǎn)化效率上的任何小改進(jìn)都會(huì)對(duì)乙醇成本產(chǎn)生顯著影響。此外，乙醇除了作為生物能源具有廣闊前景以外，還可以用來
3、合成多種重要的化學(xué)制品，諸如乙酸，乙醛，丁醇，乙烯等。能量谷物中富含淀粉和糖類（例如甘蔗，玉米，甜菜，甜高粱等），而農(nóng)業(yè)和工業(yè)殘余物里則富含木質(zhì)纖維素（例如木屑，玉米秸稈，水稻秸稈，小麥秸稈，玉米纖維，甘蔗渣等），這些可以作為底物通過發(fā)酵反應(yīng)經(jīng)濟(jì)劃算的生產(chǎn)乙醇[1,2]。植物中大概含有40%-60%的纖維素，20%-40%的半纖維素，以及10%-25%的木質(zhì)素。木聚糖是含量最豐富的半纖維素多聚糖，占生物量的5%-30%不等[1]。在發(fā)酵之前，要通過各種預(yù)處理方法糖化或者水解纖維素和半纖維素，使其成為寡糖和單糖以及戊糖[3]。啤酒酵母Saccharomyce
4、scerevisiae是廣為人知的優(yōu)異的用來生產(chǎn)工業(yè)乙醇的微生物。S.cerevisiae可以高效的發(fā)酵生物質(zhì)中獲得的己糖，同時(shí)它還擁有很多優(yōu)點(diǎn)，例如高乙醇抗性，很快的發(fā)酵速度，以及接近己糖發(fā)酵產(chǎn)乙醇的理論產(chǎn)率（0.51g/g）的高產(chǎn)率等。然而另一方面，占木質(zhì)纖維素水解產(chǎn)物總糖約40%左右的木糖和阿拉伯糖等戊糖，卻仍然無法被釀酒酵母利用[4]。所以，為了經(jīng)濟(jì)劃算的生產(chǎn)乙醇，有必要設(shè)法使這些戊糖和己糖可以共同發(fā)酵從而生產(chǎn)乙醇。S.cerevisiae雖然不能直接利用木糖，但是，卻能夠以較慢的速度發(fā)酵其酮類異構(gòu)體木酮糖[5,6]。因此，通過代謝工程向酵母中引入
5、一條具有功能的木糖和阿拉伯糖代謝通路，就可以讓酵母具備戊糖發(fā)酵能力。本章概述了使釀酒酵母達(dá)到高效的混合糖發(fā)酵能力所面臨的挑戰(zhàn)以及對(duì)這些工業(yè)菌株發(fā)展研究現(xiàn)狀的討論。比如木質(zhì)纖維素原料，使纖維素更容易水解的預(yù)處理方法，以及木質(zhì)纖維素的脫毒方法。這部分同時(shí)也介紹了為了使S.cerevisiae可以在模擬培養(yǎng)基以及實(shí)際木質(zhì)纖維素水解液里共發(fā)酵這些糖類，所應(yīng)用的各種不同代謝工程策略的嘗試。最后還指出一些仍然需要研究的關(guān)鍵問題，以達(dá)到高效的水解物生物乙醇轉(zhuǎn)化。1.2木質(zhì)纖維素生物質(zhì)以化學(xué)鍵的形式儲(chǔ)存在植物中的光能，可以被人類用各種方式加以利用。其中淀粉和糖類提供營(yíng)養(yǎng)物
6、質(zhì)，同時(shí)像煤炭之類的化石類生物質(zhì)則是作為燃料。然而，隨著自然化石燃料的日益枯竭，極具吸引力的可再生的植物類生物質(zhì)就成為了制造燃料和化學(xué)制品的能量。這些生物質(zhì)包括農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)-工業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生的木質(zhì)纖維素殘余，諸如玉米纖維，玉米秸稈，小麥秸稈，木屑以及富含淀粉和糖類的糧食谷物，如玉米，甘蔗，甜菜。1.2.1木質(zhì)纖維素的成分木質(zhì)纖維素生物質(zhì)主要由纖維素，半纖維素和木質(zhì)素組成。不同的生物質(zhì)中，這些成分所占的百分比也不盡相同。表1-1給出了一些通常樹種，草類以及農(nóng)業(yè)殘余物生物質(zhì)構(gòu)成的干重百分比。纖維素是連接著葡萄糖分子的β（1→4）同聚物，占木質(zhì)纖維
7、素干重的40%-60%，是其中含量最高的[1]。纖維素直鏈高度結(jié)晶而且無孔。此外，半纖維素屬于雜多糖的一種，由不同的碳水化合物單體，如木糖，半乳糖，甘露糖和阿拉伯糖組成。而到目前為止，木聚糖是含量最豐富的半纖維素多聚糖，其含量占生物量的5%-30%。其中一年生植物中含15%-30%，硬木中含20%-25%，軟木中含7%-12%[1]。半纖維素與纖維素相比，其結(jié)構(gòu)相對(duì)疏松而結(jié)晶度較低。除了多聚糖以外，木質(zhì)纖維素還包含約10%-30%的木質(zhì)素，木質(zhì)素由苯基丙烷和芳香醇（如松柏醇，芥子醇和香豆基醇）組成復(fù)雜的三度空間結(jié)構(gòu)，主要位于纖維素和半纖維素之間，以無定形組
8、織的形式存在。第二章實(shí)驗(yàn)材料及方法2.1實(shí)驗(yàn)材料1.將2.5ml新
