论文部分内容阅读
等离子体的产生存在时间极短,粒子与样品发生作用后随即消失,因此具有作用效率高、安全无污染等特点。由于自身的独特性,在微生物育种以及杀菌领域有着广泛的应用,研究热点主要集中在杀菌机理上,而不同强度等离子体对微生物作用特点缺乏个全面分析。同时,等离子体作用会对细胞膜的通透性及表面的离子通道产生一定的影响,因此不同类型的金属离子对等离子体生物学作用的改变需要进一步的明确。1,3-丙二醇(1,3-propanediol,1,3-PD)作为化工原料具有巨大的市场潜力,由于其两个羟基分别位于1号及3号碳上,空间结构上的对称性使其在聚合物的合成上有着独特的优势。用来发酵生产1,3-丙二醇的精甘油价格高,增加了生产成本,因此有必要用粗甘油取代精制甘油从而提高经济效益,但适应于粗甘油又高产1,3-丙二醇的菌株较少。针对以上问题,本论文主要做了如下研究：首先,利用响应面法分析了不同放电条件下介质阻挡放电等离子体对休眠时间大于3个月的克雷伯氏杆菌(Klebsiella pneumoniae)产1,3-丙二醇能力的影响,确定了较低电场强度(即操作电压24～26kV,电流1.7～1.8mA)和较长处理时间(120～160s)以及较强电场强度(操作电压30～32kV,电流1.8～1.9mA)和较短处理时间(20～60s)这样的组合对K. pneumoniae的1,3-丙二醇产量有促进作用。进一步研究了不同装液量即液面厚度对该作用的影响,结果表明装液量对等离子体作用影响不大。根据以上结论对等离子体作用条件进行了细化,确定了最终的优化条件：电压24kV、电流1.8mA、处理时间140s,经过该条件处理的种子在50g/L甘油的摇瓶发酵,产量比原始菌株提离了21.7%。同时,考察了经优化条件的等离子体处理后,K. pneumoniae胞内谷胱甘肤含量及总抗氧化活性的变化,实验结果表明胞内谷胱甘肽含量和总抗氧化能力都有所增强。其次,将等离子体与金属离子结合共同处理K. pneumoniae菌液,在所选的4种离子中,除Ba2+外,Mg2+、Li+、K+与等离子体的复合都对细胞的1,3-丙二醇产量有正面效应。将等离子体与Mg2+复合处理的菌液进行批式流加发酵,1,3-丙二醇浓度在23h时达到71.5g/L,比对照提高18.8%,同时转化率也有略微提高。再次,为提高K. pneumoniae以粗甘油为底物发酵生产1,3-丙二醇的水平,使用大气压介质阻挡放电等离子体与LiCl进行复合诱变,结合FeCl3和产物及粗甘油耐受的筛选方法,筛选出一株能耐受粗甘油且产量较高的突变菌株KpM30。经批式流加发酵,1,3-丙二醇的产量、摩尔转化率分别达到70.2g/L和0.576,与原始菌株相比分别提高24.9%和17.7%。与此同时,乙醇、琥珀酸及乳酸等副产物产量普遍下降,其中乳酸降幅最大为47.0%。经代谢分析,KpM30在发酵前期ATP及NADH的生成量为原始菌株的1.6和1.3倍,而在发酵终点处1,3-丙二醇支路的碳流量增加了22.6%。同时,实验结果表明诱变菌以精甘油为底物发酵,产量也有所提高。