全 文 ：第 ! 卷第 # 期
$%&% 年 && 月
生"物"加"工"过"程
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DFC"&%37#7 ,^3C11L3$ ?#6!3$%&%3%#3%%$
收稿日期"$%&% ?%6 ?%7
基金项目"河北省科学技术研究与发展计划重大技术创新项目$%!$6((%7R%&石家庄市科学应用技术研究与开发资金项目$!&$%&%.%
作者简介"范俊辉$&7!(%#男#河南新乡人#助理工程师#研究方向"发酵工程&冯文亮$联系人%#工程师#Z-J@C/"_/IHLX1^;e&$#3AFJ
利用甜菜糖蜜补料发酵生产丁醇
范俊辉 &#冯文亮&#邸胜苗&#闫海荣&#贾娟娟&#王正品$
$&3华北制药华盈有限公司#石家庄 %(%%(& $3华北制药股份有限公司#石家庄 %(%%&(%
摘"要"从土壤中分离出 & 株适合利用甜菜糖蜜发酵生产丁醇的丙酮丁醇梭菌$"$(-7&%/)#+,7(9/7*$+/)%$8#通过
优化发酵条件#得到最适发酵温度为 j#玉米浆最适添加量为 &( X,N#发现甜菜糖蜜中还原糖质量浓度高于
(% X,N时影响菌株的生长和溶剂生产( 以补料分批发酵方式降低底物抑制# j发酵 0! <后#丁醇和总溶剂的质
量浓度分别达到 &0g&( X,N和&7g#( X,N#丁醇质量分数超过 6%f(
关键词"糖蜜&丁醇&丙酮丁醇梭菌&补料分批发酵
中图分类号"9!&(""""文献标志码".""""文章编号"$ ?#6!$$%&%%%# ?%%%# ?%0
S42G3:F.2/27J3F5/26742I13;54J00FI2651101JK 70GHJ5F:-704I0/F5F.2/
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(% X,N35FEHDGAH1G:1BE@BHCLBHJ2HE@BGEHFI j#@LD BMHLB1_HEH&0g&( X,N@LD &7g#( X,N#BM0K N24G1"JF/@11H1&:GB@LF/&"$(-7&%/)#+,7(9/7*$+/)&IHD-:@BA<
""生物丁醇发酵具有 &%% 多年的历史#$% 世纪 !%
年代以前是仅次于生物乙醇的第二大发酵工业#由于
在价格上无法与石油工业竞争#许多生产企业纷纷停
产*&+ ( 能源危机和气候变化唤起人们对新的可再生
替代能源的研究兴趣*$ ?+ #美国杜邦和英国 =`公司
已联合建厂生产丁醇#并对丁醇作为燃料应用于汽车
进行试验#结果表明丁醇性能优于乙醇*0+ ( 国内生物
丁醇生产主要以玉米为原料#然而以玉米为原料生产
丁醇#必然与人争粮#与国家的政策不符( 甜菜糖蜜
是制糖工业上的一种副产物#作为原料已应用于维生
素`
&$
)乙醇)氨基酸和有机酸等发酵工业*(+ ( 笔者所
在华北制药集团生物燃料研究所微生物实验室通过
从自然界中筛选产丁醇菌株#筛选出 & 株能够利用甜
菜糖蜜发酵生产丁醇的菌株#并经 &#] E48.鉴定为
丙酮丁醇梭菌$"$(-7&%/)#+,7(9/7*$+/)%$8( 主要
以甜菜糖蜜为原料#对筛选到的丙酮丁醇梭菌 $8进
行发酵条件优化#采用补料分批发酵方式#使丁醇产
量达到并超过传统玉米发酵水平(
D?材料与方法
D=D?菌株
":#+,7(9/7*$+/)$8#华北制药生物燃料研究所
筛选保藏(
D=B?培养基
种子培养基" 玉米 面 #% X# 糊 化 定 容 至
& %%% JN#分装 &! JN于小试管中(
葡萄糖培养基"葡萄糖 (% X#玉米浆 &( X#
*@*+

X( 2S为 #g!#定容至& %%% JN(
果糖培养基"果糖 (% X#其他同葡萄糖培养基(
蔗糖培养基"蔗糖 (% X#其他同葡萄糖培养基(
甜菜糖蜜培养基"甜菜糖蜜还原糖 (% X#其他同
葡萄糖培养基 $本实验中糖蜜还原糖按原糖蜜
0!g(f总还原糖折算%(
玉米面培养基"玉米面6( X#糊化定容至& %%% JN(
以上发酵培养基分别分装 %% JN至 (%% JN三
角瓶中(
DWO?培养方法
厌氧培养箱$厌氧箱混合气成分"!(f8
$
)(f
*+
$
)&%fS
$
% j培养 0% i0! <(
DWP?检测方法
""溶剂检测采用气相色谱法*#+ (
""还原糖检测采用斐林试剂滴定法*6+ (
甜菜糖蜜糖分检测采用液相色谱法*!+ (
B?结果与讨论
BWD?不同,源发酵结果
采用液相色谱法分析甜菜糖蜜的糖分#其中蔗
糖质量分数为 0!g(f#葡萄糖为 6g$f#果糖为
6gf#棉子糖为 &6g&f#其他物质为 &7g7f( 为验
证丙酮丁醇梭菌 $8对葡萄糖)果糖和蔗糖的利用
情况#设计发酵配方$见 &g$%# j发酵0% <#以玉
米面培养基作对照#发酵周期 0! <#发酵结果如表 &
所示(
表 D?,源对发酵的影响
E5J60D?#70:F127:54J2/1234:012/704I0/F5F.2/
*源
"
$丙酮%,$X!N?&%
"
$乙醇%,$X!N?&%
"
$丁醇%,$X!N?&%
"
$总溶剂%,$X!N?&% ;$丁醇%,f
葡萄糖 g# %g70 &&g70 &#g$( 6g0%
果糖 g0% %g#0 &&g! &(g0$ 6g!%
蔗糖 g!& %g!% &$g# &#g76 6$g!%
玉米面 #g(# $g &$g!6 $&g6# (7g&%
""表 & 表明"所分离的 ":#+,7(9/7*$+/)$8能够
利用葡萄糖)果糖)蔗糖发酵生产丁醇#与玉米面对
照培养基相比#丁醇体积分数提高 &f左右#但丙
酮与乙醇的质量浓度偏低#使得总溶剂质量浓度较
低#可能是由于培养基成分不同#影响菌株代谢途
径#从而使各比例成分不同(
BWB?玉米浆$,!T%质量浓度对发酵的影响
甜菜糖蜜中8源含量较少#不能够满足微生物
生长和发酵需要#通过补加玉米浆以满足微生物生
长和发酵的需要#设计发酵配方如下"甜菜糖蜜还
原糖质量浓度 (% X,N#玉米浆添加量分别为 %)()
&%)&$)&()&!)$% 和 $( X,N# j发酵 0% <#结果如
图 & 所示(
由图 & 可知"玉米浆质量浓度较低时不能满足
微生物生长和发酵的需要#过高质量浓度的玉米浆
也不适应微生物的生长和发酵#其最适质量浓度为
图 D?玉米浆质量浓度对发酵的影响
Q.;=D?#70:F127,!T:2/:0/F45F.2/2/704I0/F5F.2/
&( X,N#发酵液中丁醇质量浓度可达到&&g60 X,N#
总溶剂质量浓度可达到 &#g$ X,N(
BWO?温度对发酵的影响
在以玉米为原料发酵中#随温度升高#其发酵
时间缩短#丁醇质量浓度也增加#而糖蜜发酵中#还
6"第 # 期 范俊辉等"利用甜菜糖蜜补料发酵生产丁醇
原糖质量浓度 (% X,N#玉米浆 $*]N% 质量浓度
&( X,N#发酵 0% <#结果如图 $ 所示(
图 B?发酵温度对发酵的影响
Q.;=B?#70:F127F0I9045F3402/704I0/F5F.2/
""由图 $ 可知"以甜菜糖蜜为原料其最适发酵温
度为 j# 发酵液中丁醇质量浓度可达 到
&&g60 X,N#总溶剂质量浓度可达到&#g$ X,N( 其
最适发酵温度与以玉米为原料不同#主要原因是玉
米中主要为淀粉水解产生的葡萄糖# 而甜菜糖蜜中
主要是蔗糖水解产生的葡萄糖#其在糖代谢过程中
所用酶系不同#最适温度也不同(
B=P?糖蜜还原糖质量浓度对发酵的影响
据文献*7+报道#过高的糖浓度对":#+,7(9/7*$<
+/)有抑制作用#图 为 ":#+,7(9/7*$+/)在不同糖
蜜还原糖质量浓度下# j发酵 0% <的结果(
图 O?糖蜜还原糖质量浓度对发酵的影响
Q.;=O?#70:F12740G3:./; I2651101:2/:0/F45F.2/2/
704I0/F5F.2/
""图 表明"高浓度的糖蜜对发酵有较强的抑制
作用#丁醇和总溶剂的产率均较低( 糖蜜还原糖质
量浓度达到(% X,N时#丁醇和总溶剂质量浓度分别
达到 &&g60 X,N和 &#g$ X,N# 残糖质量浓度为
0g0 X,N( 即当糖蜜中还原糖质量浓度低于(% X,N
时#底物不影响菌株生长和溶剂生产(
BWR?分批补料实验
通过上述实验得出 ":#+,7(9/7*$+/)$8最佳发
酵温度和玉米浆添加量#同时验证当甜菜糖蜜培养基
中还原糖质量浓度高于(% X,N时#底物对发酵有明显
抑制作用( 为降低糖蜜抑制得到最大丁醇和总溶剂
产量#采用补料分批发酵#即在发酵 % < 补加糖蜜#
发酵 0! <#取样测残糖及溶剂#结果见表 $(
表 B?糖蜜补料分批发酵实验结果
E5J60B?X0136F12770GHJ5F:-2/F-0I265110127704I0/F5F.2/ ;"T
UD
"
$初始糖蜜%
"
$补加糖蜜%
"
$丙酮%
"
$乙醇%
"
$丁醇%
"
$总溶剂%
"
$残糖%
(% % g6! %g(%( & &&g60% &#g$% 0g0
#% % &g((% %g#% 6g%0! !g7(! $$g!
(% &% 0g(6& %g7$6 0 &0g&(% &7g#(% (g%
(% &( 0g!$ %g7$& $ &g(#% &!g!6% &&g$
""由表 $ 可知"当甜菜糖蜜还原糖质量浓度为
(% X,N时#补加&% X,N还原糖效果最佳#丁醇质量浓
度为 &0g&( X,N( 当丁醇质量浓度进一步增加#对该
菌生长具有毒性#如要更大程度提高丁醇和总溶剂
产量须采用耦合发酵方式如"气提法)吸附法)渗透
蒸发等#以解除丁醇对菌株的影响*7+ (
O?结?论
通过对":#+,7(9/7*$+/)$8利用甜菜糖蜜发酵
生产丙酮丁醇的工艺考察和优化#发现":#+,7(9/7*<
$+/)$8能同时利用葡萄糖)果糖和蔗糖#其最适反
应温度为 j#玉米浆最佳添加量为&( X,N( 当甜
菜糖蜜中还原糖质量浓度高于(% X,N时#底物对菌
株的生长和溶剂生产有抑制作用#通过中期补加糖
蜜的方式#使丁醇和总溶剂的产量分别达到
&0g&( X,N和 &7g#( X,N#丁醇质量分数超过 6%f#远
高于玉米面发酵的 #%f( 该实验为利用廉价原料
甜菜糖蜜发酵生产丁醇提供了实验基础#与传统玉
米发酵相比#极大地降低了原料成本(
参考文献"
*&+"RMHE/FMcc# H`EH;CL@+#cH/CaFDMFE1a@K@V.#HB@/3` @ABHEC@/@A-
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*0+"SH11V3`=@LD DG2FLB2/@L :CF:GB@LF/*W+3*$%%##!0 $$#%"73
*(+"董爱军#张捷3糖蜜的资源化利用"下*W+3中国甜菜糖业#
$%%6$%"&6-$%3
\FLX.C^GL#R<@LXWCH3QHB1H1"
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*!+"全雪萍#李文蓝#金晓秋3微生物发酵碳源组分的测定**+
"
中国化学会有机分析专业委员会3第十届全国有机分析研讨
会论文集3济南"*出版者不详+#&77!3
*7+"+GD1FIF2BCFL1IFE1H/HABCMH&-:GB@LF/EHAFMHEKIEFJ@dGHFG11F/GBCFL
*W+3OLD ZLX*##############################################
6$(-6#3
国内简讯
中国科学院生物化学与细胞生物学研究所研制出一种新的靶向端粒酶的重组抗癌蛋白
国际学术期刊,V@1BEFHLBHEF/FXK-在线发表了中国科学院生物化学与细胞生物学研究所赵慕钧研究组的
陈光明博士生等完成的最新研究成果",SOc-5@B-JHDC@BHD DH/CMHEKFI@L N=5] IGLABCFL@/IE@XJHLBCL/FJHE@1H@ABCMCBK@LD BGJFECXHLHACBKFIN=5]基因是该实验室发现并克隆的一个潜在的肿瘤抑制基因#已获得专利授权( 被证明 N=5] 的同源
基因可以与端粒酶催化亚基直接结合#并具有抑制端粒的活性( 由于绝大多数肿瘤细胞的端粒酶被激活#
因此抑制端粒酶的活性是抗肿瘤治疗的理想靶标之一(
为了将N=5]基因应用于抗肿瘤治疗#该研究组设计了几种方案#本文报道的是研制出一种重组的N=5]
蛋白#由SOc-5@B介导可跨细胞膜进入细胞#专一性抑制端粒酶活性( 研究结果证明"经该蛋白处理的端粒
酶阳性肝癌细胞生长受到抑制#端粒变短#细胞出现死亡&而作为对照的端粒酶阴性细胞处理后没有出现变
化( 进一步的动物试验表明#经N=5]重组蛋白处理的 Z`N-60%0 肝癌细胞在小鼠体内的成瘤性下降( 通过
尾静脉注射N=5]重组蛋白#能有效地抑制裸鼠移植瘤生长( 动物实验还表明"N=5]重组蛋白经尾静脉注射
能快速到达瘤体#并在瘤体持续时间较长&在 N=5] 重组蛋白有效剂量内#对小鼠的肝肾功能及造血功能没
有毒害(
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7"第 # 期 范俊辉等"利用甜菜糖蜜补料发酵生产丁醇