研究报告
中国酿造
2011年第5期总第230期
响应面法优化嗜热厌氧代谢工程菌发酵产乙醇的培养基
柯志，王红，蔡友华，梁泽鑫，梅志，王菊芳*
（华南理工大学生物科学与工程学院，广东广州510006）
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摘要：利用响应面法优化喷热厌氧代谢工程菌产乙醇的培养基，在单因素实验基础上，采用Placket-Burman设计对影响嗜热厌氧代谢工程菌发酵产乙醇的重要培养基组分进行了筛选，确定主要影响因子为葡葡糖、木糖和酵母提取物。再用最陡爬坡实验通近最大响应区域。最后用中心组合设计和响应面分析法，确定了主要影响因子的浓度。优化后的培养基组成为葡萄糖13.07g/L，木糖9.58g/L，酵母提取物3.78g/L，其他组分浓度同MTC培养基，不添加一水半胱氨酸盐酸盐和二盐酸吡哆氨。在此培养基条件下，
乙醇产量和乙醇得率分别为(6.102±0.21)g/L和(0.38±0.012)g/g，是优化前产量的1.46倍。关键调：嗜热厌氧杆菌；发醇；乙醇；响应面
中图分类号：Q93-335
文献标识码：A
文章编号：02545071(2011)05005904
Optimization of culture mediumfor ethanol production of Thermoanaerobacterium aotearoense
engineering strain by response surface methodology
KE Zhi, WANG Hong, CAI Youhua, LIANG Zexin, MEI Zhigang, WANG Jufang
(School of Biological Science and Engineering,South China Unisersity of Technology, Guangzhou 510006, China)
Abstract:The fermentation medium for ethanol production of an anaerobic thermophilie Thermoanaerobacterium aotearoense engineering strain was optimized by response surface methodology. Based on single factor tests, Plackett-Burman design was applied to screen key components in medium for ethanol production. Then, the steepest ascent method was adopted to determine the maximum points. Finally, the concentrations of key com-ponents were confirmed by central composite design and response surface methodology. It is showed that glucose, xylose and yeast extract were key components. The optimized medium consisted of 13. 07g/L glucose, 9. 58g/L xylose, 3. 78g/L yeast extract, and other components without cysteine monohydrate and ammonia pyridoxine hydrochloride st the same concentrations as MTC medium. In optimized medium, the ethanol pro ductivity and ethanol yield were (6. 102 ±0. 21)g/L and (0. 38 ±0. 012)g/g reapectively. The productivity was 1. 46 times of that in original me-dium
Key words: Thermoanaerobacterium aotearoense; fermentation; ethanol; response surface methodolog)
随着原油价格不断攀升、全球气候变暖以及可持续发展的要求。导寻找一种清洁的、可再生的以及低廉的可替代能源是本世纪的重要主题之一[3]。近几年来，以生物质为底物，微生物转化产燃料乙醇受到了极大关注()。生物乙醇在美国，巴西和欧洲各国已经大规模展开，并且被认为是末来20年内主要的运输能源[4]。传统用于产乙醇的微生物酿酒醇母和运动发酵单胞菌发酵时易被乙酸杆菌污染"}及缺乏利用木糖的能力，且对粮食原料从食物链转化为能量存在“食物和能源”的争议}]。嗜热厌氧杆菌不仅能代谢五碳糖和六碳糖，而且能产淀粉酶和半纤维素酶直接利用淀粉和半纤维素(89)。除此之外，嗜热厌氧杆菌还能耐受较大的pH范圈和较高温度(0-n)
本试验所用嗜热厌氧代谢工程菌（Thermoanaerobacteri-umaotearoenseAldhmutant）是本课题组通过同源重组插人失活的方式，成功敲除沉默了乳酸脱氢酶活性而得到的株代谢工程菌株，该菌株由于切断了乳酸代谢支路途径，乙醇产量得到了很大的提高")。然而该菌株所用培养基成分复杂，配制过程繁琐，且所用二盐酸吡哆氨价格昂贵，
收稿日期：20110225
水半胱氨酸盐酸盐作为还原剂确保无氧环境具有重要作用，但过量对菌体生长具有抑制副作用。因此，对其培养基成分进行简化，以较低成本获取乙醇产量较高的优良培养基，为其进一步工业化应用莫定良好的基础。
1材料和方法 1.1菌种
暗热厌氧代谢工程菌（7hermoanaerobacteriumGotearo enseAldhmutant）为本课题组在筛选得到野生型菌株的前
提下通过基因工程手段改造而得到")。 1.2 培养基
种子培养基：葡萄糖2g/L，木糖2g/L，柠檬酸三钾盐 2g/L，一水柠檬酸1.25g/L，硫酸钠1g/L，磷酸二氢钾1g/L，碳酸氢钠2.5g/L，氟化铵1.5g/L，尿素5g/L，醇酵母抽提物 1g/L,六水氟化镁50g/L，四水氟化亚铁0.1g/L，二水氟化钙0.2g/L，一水半胱氨酸盐酸盐1g/L，二盐酸吡哆胺 0.02g/L对氨基苯甲酸Q.004g/L,D-生物素0.002g/L,维生素Bz0.002g/L,维生素B0.002g/L,pH值自然。
基金项目：国家自热科学基金（B5080380，51078147）；国家科技支挥项目（2008BAI63B07）；广东省科技计划项目（2010B031700022）作者简介：柯志（1986-），男，硕士研究生，主要从事发酵工程方面的研究工作；王菊芳，，教授，通讯作者。