微生物丙酮丁醇.ppt

1、丙酮丁醇梭菌Clostridiumacetobutylicum,基本特点 丙酮丁醇发酵 影响丙酮丁醇发酵的因素 展望,丙酮丁醇梭菌,一种革兰染色阳性、细胞呈梭状、细胞大小(0.60.9)m(2.44.7)m，常含细菌淀粉粒，以周生鞭毛运动。 表面菌落圆形、突起，直径35mm，边缘不规则，色灰白，半透明，表面有光泽。 严格厌氧，能分解蛋白质和糖类；生物素和对氨基苯甲酸作生长因子。 产生大量的丙酮、丁醇和乙醇等溶剂，是重要的工业发酵菌种。 广泛分布于土壤和谷物等种子表面。,基本特点,丙酮丁醇发酵,丙酮丁醇是优良的有机溶剂和重要的化工原料，广泛应用于化工、塑料、有机合成、油漆等工业。丁醇作为燃料，其

2、热值和汽油相当，远高于乙醇，随着石油资源的匮乏，丁醇显示出在能源方面的实用价值。 丙酮丁醇发酵是一项传统的大宗发酵，我国从建国初期开始利用玉米粉进行丙酮丁醇发酵的工业化生产，同时也形成了稳定的发酵工艺。由于石化工业的发展，丙酮丁醇发酵逐渐衰退。但是随着石化资源的耗竭和温室效应等环境问题的日益突出，利用可再生资源生产化工原料和能源物质受到高度重视。丙酮丁醇发酵重新显示出竞争优势，菌种选育和发酵工艺的改进已经取得较大的进步。,代谢机理,产酸期 发酵起始阶段，PH6.07.0，合成代谢分解代谢的进行产生大量丁酸和乙酸，伴随PH降低到5.0产生气体二氧化碳，氢气。发酵液酸度急剧上升。 主要产物：乙酸、

3、丁酸 产溶剂期 丙酮丁醇梭菌生长处于稳定期，发酵液的还原倾向增强，乙酸、丁酸等被还原成丙酮、丁醇等新的产物，PH上升，进入产溶剂期。 主要产物：丙酮、丁醇,产酸代谢,葡萄糖是丙酮丁醇菌容易利用的糖类，经过糖酵解（EMP）途径产生丙酮酸。 丙酮酸和 CoA 在丙酮酸-铁氧还蛋白氧化还原酶（b）的作用下生成乙酰-CoA，同时产生 CO2。 在乙酸的形成过程中，磷酸酰基转移酶（PTA）(g) 催化乙酰-CoA生成酰基磷酸酯，接着在乙酸激酶（AK）(h)的催化下生成乙酸。 乙酰-CoA在硫激酶(i)、3-羟基丁酰-CoA 脱氢酶(j)、巴豆酶(k)和丁酰-CoA 脱氢酶(l)4种酶的催化下生成丁酰-C

4、oA，然后经磷酸丁酰转移酶（PTB）(m)催化生成丁酰磷酸盐，最后丁酰磷酸盐经丁酸激酶(n)去磷酸化，生成丁酸。,产溶剂代谢,乙酰乙酰-CoA乙酸/丁酸CoA 转移酶(s)是溶剂形成途径中的关键酶之一， 有广泛的羧酸特异性，能催化乙酸或者丁酸的 CoA 转移反应。 乙酰乙酰-CoA 转移酶在转化乙酰乙酰-CoA 为乙酰乙酸的过程中可以利用乙酸或丁酸作为CoA接受体，而乙酰乙酸脱羧形成丙酮。 乙酸和丁酸在乙酰乙酰-CoA乙酸/丁酸CoA 转移酶的催化下重利用，分别生成乙酰-CoA和丁酰-CoA。丁酰-CoA经过两步还原生成丁醇。,影响丙酮丁醇发酵的因素,溶剂的终浓度低 一般发酵后总溶剂的质量浓度

5、在1518 g/L， 因此产品分离的成本占总成本很大的比例。 丁醇对菌种的毒性大 由于丁醇对细胞的毒性，当发酵液中丁醇的质量浓度达到11 g/L时，50%左右的微生物因受丁醇的抑制而不能生长，从而影响了最终的溶剂浓度。 溶剂产率低 产物比例不符合需要 一般丙酮丁醇发酵中，产物丙酮、丁醇、乙醇的比例大概为361，而实际上需要更高比例的丁醇。 发酵原料价格较高 目前丙酮丁醇发酵最常用的原料是玉米和糖蜜，而这些原料的价格相对较高，使得生产成本较高。,展望,随着石油资源短缺 ,石油价格的不断上扬 ,以及人们对 能源、 环境问题重视程度的提高 ,这给微生物发酵技 术在未来化工生产中带来了新的发展机遇;同时 ,随着 生物工程技术的发展 ,微生物发酵法对原料的选择性 会不断增大 ,除了淀粉质原料外 ,纤维质原料会逐渐被 开发利用 ,纤维质原料是一种取之不尽的可再生的