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生物丁醇作为新一代的生物能源,具有热值高,能与汽油混溶等优良性能,受到越来越多的关注。利用可再生原料生产生物丁醇是目前的一种趋势,而菊芋因为耐旱耐盐碱等优点,成为一种非常有潜力的原料。菊芋块茎水解液的主要成分是果糖和葡萄糖(~4:1)。Clostridium acetobutylicum L7在进行ABE发酵过程中不能有效利用果糖,而且在混合糖发酵体系中存在糖阻遏效应抑制发酵的顺利进行,导致丁醇产量低。因此,本研究着眼于果糖PTS系统(PTSFru),通过基因工程策略提高菌体对果糖、混合糖以及实际物料的利用,使得丁醇产量增加。而在丁醇发酵中,丁醇体积一般不会超过发酵液体积的2%,故需要有效的分离手段分离丁醇。本实验通过渗透汽化对发酵液中丁醇进行分离。基因cac0231(fruR)、cac0232(fruB)属于PTSFru的编码基因,在果糖转运系统中起重要作用,其中cac0231是糖代谢的转录调节因子,cac0232编码果糖-1-磷酸激酶。利用TargeTron基因敲除技术对这2个基因进行敲除,得到敲除菌株C.acetobutylicum L7-Δ0231~Δ0232。对这2株菌株分别进行以葡萄糖或果糖为唯一碳源的ABE发酵。结果表明敲除菌株对果糖的利用率均下降,其中L7-Δ0231利用16.18 g/L果糖产生0.56 g/L的丁醇,L7-Δ0232利用10.63 g/L果糖而不产生丁醇;而在利用葡萄糖时与L7差异较小,L7-Δ0231消耗50.11 g/L葡萄糖产生10.56 g/L丁醇,L7-Δ0232利用了葡萄糖52.23g/L产生丁醇10.19 g/L。对基因cac0231,cac0232进行过表达得到过表达菌株C.acetobutylicum L7-0231~0232。对过表达菌株进行葡萄糖、果糖为单一碳源的发酵实验以及果糖:葡萄糖(4:1)为混合碳源的发酵实验,最后进行菊芋水解液发酵。当以葡萄糖为底物进行ABE发酵时,过表达菌株的丁醇产量与空载菌株没有明显差异,其中L7-0231利用59.87g/L葡萄糖产生11.77 g/L丁醇,L7-0232消耗59.86 g/L葡萄糖产生11.63 g/L丁醇;而以果糖为底物的情况下过表达菌株丁醇产量比空载菌株有所提高,其中,L7-0231利用51.04 g/L的果糖,产生7.46 g/L丁醇,与空载菌株相比,果糖利用率提高119.85%,丁醇产量提高121.36%;L7-0232消耗了48.58 g/L的果糖,产丁醇7.64 g/L,相比空载菌株,果糖利用率提高109.13%,丁醇产量提高126.73%。当以混合糖为底物时,菌株L7-0231仅产生5.69 g/L丁醇,发酵性能与空载菌株接近;而菌株L7-0232能产生10.34g/L的丁醇,相对于空载提高83.83%;在以菊芋水解液发酵体系中,L7-0231的发酵性能相比空载菌株无提高;而L7-0232能产生8.32 g/L的丁醇,与空载相比提高55.51%。由于最终发酵液中丁醇浓度较低,需要通过合适的分离手段将丁醇从发酵液中分离出。渗透汽化则是一种较好的分离方式,具有高效、环保等优点,广泛应用于各类化工产品的分离。将过表达菌株C.acetobutylicum L7-0232以混合糖为底物的发酵液以及过表达菌株C.acetobutylicum L7-0231~0232以菊芋水解液为底物的发酵液进行丁醇的渗透汽化分离,得到分离产物中的平均丁醇浓度分别为241.91 g/L,111.58 g/L,191.72 g/L,丁醇在ABE中的比例也分别提高至63.30%,68.96%,63.82%,分离效果优异。