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[摘 要]社会的进步和经济的发展依托能源的消耗，在不可再生的石化能源迅速短缺趋向枯竭的形势下，与汽油产品性质最为接近的生物丁醇成为能源领域的研究热点。丙酮丁醇发酵作为转化生物质为化学品和液体燃料的重要手段为解决能源困境带来发展方向。但传统的丙酮丁醇发酵是利用粮食进行发酵，原料成本较高，为节约原料成本及提高发酵效率，需要进行新型高产菌株及发酵工艺的研究。本文分析丙酮丁醇的性质及发酵原理，寻求合适的发酵菌株及发酵工艺，为丙酮丁醇的高效生产提供基础。
[关键词]丙酮丁醇；高产菌株；发酵工艺
中图分类号：TQ 223.12+4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）45-0136-01
丙酮丁醇是橡胶、油漆、医药、农药、塑料及涂料等轻工业的重要原料和化工溶剂，对现代工业的发展具有重大的促进作用，生物丁醇具有高能量、低挥发性、可混合性及污染少等优点，是燃烧效率很高的燃料，在能源日趋紧张的现代工业中，生物丁醇作为可再生生物性能源具有巨大的发展潜力。丙酮丁醇的生物发酵受发酵工艺的影响较大，需要根据具体的丙酮及丁醇性质采用合适的菌株及发酵工艺进行发酵，确保产品的优质及制备过程高效。
一、丙酮丁醇的发展现状
1、丙酮丁醇的主要生产方法是发酵法，是丙酮丁醇菌在发酵培养基中有效生长并代谢产生溶剂，发酵液经过精细蒸馏得到相应产品的过程。传统的发酵法以粮食作为发酵培养基原料，随着科技的进步和粮食价格的上涨，传统的发酵法已不再适应现代工业的要求，需要寻求新发酵工艺。
2、菌株改良的目标：①菌株能够高效利用农业废弃物或木质纤维素等底物；②提高菌株的溶剂生产能力和目的溶剂的比例；③菌株在固定化细胞发酵及连续发酵过程中表现出较好的生产能力；④菌株充分提高对最终溶剂的耐受性，生产出高浓度的溶剂。
二、丙酮丁醇的代谢机理
丙酮丁醇的发酵包含产酸期及产溶剂期两部分。产酸阶段，细胞处于指数生产期，产生大量的乙酸、丁酸等有机酸类，并释放二氧化碳及氢气，有机酸的产生引起发酵液的pH值下降。有机酸的释放积累到pH值为4.3时达到一个界定值，此时发酵过程进入产溶剂期，该阶段的细胞生产稳定，有机酸类被还原为丙酮、丁醇、乙醇的溶剂。发酵再继续进行时丙酮丁醇梭菌的活力下降，此时底物的大量消耗，及溶剂累积出现的毒害作用，造成菌体的自溶现象或生成孢子，发酵过程趋于结束。
三、丙酮丁醇高产菌株的改良选育
1、诱变育种方式
在科技的进步和大量的有效实验过程中，诱变育种成为丙酮丁醇发酵育种的选育手段。诱变育种是利用物理化学因素处理微生物细胞，促使其中少数细胞的遗传结构发生相应的变化，引起微生物遗传性状同步变化，利用分离手段从菌种中筛选出少数优良突变株，该类诱变可以充分提高菌种的生产能力，并在发酵过程中改进产品的质量。
通过有效实验发现紫外线与亚硝基胍的复合使用对菌株诱变造成突变谱交换，获得正突变的概率高，并且诱变过程中紫外线的作用对DNA分子作用的热点不同，可以弥补单因子修边出现的热点饱和现象，及弥补DNA分子对单因子诱变的不亲和性而产生的无增变效应，使菌株的生产能力充分提高。诱变结束后可以利用BCP平板对高产变异菌株进行有效的筛选，得到的菌株可以更好的在丙酮丁醇发酵过程中发挥发酵作用，为实现最优发酵目标提供保障。
2、构建丙酮丁醇梭菌工程菌
生物科学的发展促进涉及孢子形成、溶剂耐受性和胁迫抗性等影响溶剂产生的基因研究，众多基因在克隆技术下被克隆并在丙酮丁醇梭菌中高效表达，研究者根据基因敲除方法实现编码乙酸、丁酸支路关键酶的基因或阻遏丙酮、丁醇合成基因的失活，以切断生成乙酸、丁酸的代谢支路或解除对丙酮、丁酸的阻遏，得到符合发酵目的的产品。通过基因工程技术构建基因工程菌，实现了丙酮丁醇合成代谢途径的有效修饰，提高了丁醇及丙酮的产量，为生物发酵法的竞争力增强提供了保障。
四、发酵工艺的改进
1、选用廉价原料
廉价原料的选用可以降低生产的成本，廉价原料多选用纤维素类及剩余农副产品等。玉米芯作为木质纤维原料，具有丰富的纤维素、半纤维素及木质素，因其作为农作物的剩余产品，价格低廉且产量丰富，适宜于进行大范围纤维素的提炼。操作前需要将玉米芯进行木糖提取的处理，将固体残渣进行酸法、碱法或酶解法等预处理，便于纤维霉素的有效分解。
丙酮丁醇的发酵过程中分为两个生理阶段，一是菌体生长及产酸阶段的对数生长期，一是有机酸和残糖转化成为溶剂阶段。发酵的过程中，底物过量会抑制梭菌菌株的良好代谢，降低溶剂的有效产出率，因此需要在发酵过程中严格控制发酵液中底物的浓度，辅助抽提技术，对产出的溶剂及时的抽提，保障菌株的稳定发酵。
2、同步糖化发酵过程
对纤维素的发酵需要先实现糖化过程，在糖化过程中的合理时段将培育的改良菌种接入到糖化液中进行发酵，糖化过程与发酵过程同时进行，糖化产生的葡萄糖可以被微生物及时利用，促进糖化反应的进行，有效的降低糖浓度，并减少由于葡萄糖浓度过高产生的对纤维素酶的反馈抑制。
同步的糖化及发酵法的优势包括：①有利于菌体在生长时对葡萄糖的利用，而葡萄糖等产物浓度的降低又促进了酶解反应的进行。②糖化过程中接入生产菌，菌体形成种群优势，减少感染其他菌种的几率，保障了无菌条件的实现，提高了葡萄糖的利用率。③糖化过程及发酵过程同时进行，缩短了反应的过程时间，对设备的利用率充分提高，降低了生产成本。
3、发酵条件的优化
同步糖化与发酵中，水解与发酵温度存在的矛盾、溶剂对菌体的毒害和对纤维素酶活性有抑制作用的问题，需要进行有效的实验对问题进行优化解决。通过对一定数量的木糖渣在多种温度及发酵条件下进行的实验设计中得出有效数据，对数据计算后得到以下实验结论： 通过物料分析测得试验用木糖渣中的纤维素含量约为75%，分别加入0.05%（w/v）稀硫酸、0.05%（w/v）NaOH和适量的自来水，并在121℃的条件中预处理1小时后进行糖化操作，数据表明稀酸及碱性物质处理后的纤维素转化率低于自来水处理的纤维素的转化率。丙酮丁醇高产菌株发酵工艺探讨
詹庆铷
（广西金源生物化工实业有限公司 537200）
[摘 要]社会的进步和经济的发展依托能源的消耗，在不可再生的石化能源迅速短缺趋向枯竭的形势下，与汽油产品性质最为接近的生物丁醇成为能源领域的研究热点。丙酮丁醇发酵作为转化生物质为化学品和液体燃料的重要手段为解决能源困境带来发展方向。但传统的丙酮丁醇发酵是利用粮食进行发酵，原料成本较高，为节约原料成本及提高发酵效率，需要进行新型高产菌株及发酵工艺的研究。本文分析丙酮丁醇的性质及发酵原理，寻求合适的发酵菌株及发酵工艺，为丙酮丁醇的高效生产提供基础。
[关键词]丙酮丁醇；高产菌株；发酵工艺
中图分类号：TQ 223.12+4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）45-0136-01
利用经过预处理的木糖渣进行糖化过程，对试验温度进行设置和调整，数据表明，纤维素酶的活性在温度增高的过程中增强，纤维素的转化率提高，糖化72小时后，温度保持在45℃时的纤维素转化率最高。
糖化液中的主要成分是葡萄糖，发酵过程中不能为微生物提供充足的氮源，需要适当的添加酵母粉，对溶剂的产量提升有重要作用。根据糖化及发酵温度的矛盾设计的实验表明，温度37℃时的糖化速度降低，需要将发酵温度保持在37℃至45℃之间，并在糖化7小时后进行发酵比糖化24小时后发酵容易产量高。试验过程中将发酵时间进行调整后发现，发酵时间提前后染菌的机会降低，并且糖化反应的速度较快，糖化液无需经过灭菌处理，充分降低了能耗，缩短了糖化及发酵的反应时间，提高了产量的同时提高了生产效率。
结束语
丙酮丁醇的发酵生产法在新的技术条件及物料应用、菌种改良后提高了生产效率和产量，适应新时期的可持续发展战略目标，值得推广及应用，基于发酵法中存在的多种限制因素需要对不良问题进行改革和优化，实现最优的生产效率，为能源危机的应对提供保障。
参考文献
[1]刘小波. 丙酮丁醇梭菌的选育及其丁醇耐受性和发酵工艺的研究[D].江南大学，2013.
[关键词]丙酮丁醇；高产菌株；发酵工艺
中图分类号：TQ 223.12+4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）45-0136-01
丙酮丁醇是橡胶、油漆、医药、农药、塑料及涂料等轻工业的重要原料和化工溶剂，对现代工业的发展具有重大的促进作用，生物丁醇具有高能量、低挥发性、可混合性及污染少等优点，是燃烧效率很高的燃料，在能源日趋紧张的现代工业中，生物丁醇作为可再生生物性能源具有巨大的发展潜力。丙酮丁醇的生物发酵受发酵工艺的影响较大，需要根据具体的丙酮及丁醇性质采用合适的菌株及发酵工艺进行发酵，确保产品的优质及制备过程高效。
一、丙酮丁醇的发展现状
1、丙酮丁醇的主要生产方法是发酵法，是丙酮丁醇菌在发酵培养基中有效生长并代谢产生溶剂，发酵液经过精细蒸馏得到相应产品的过程。传统的发酵法以粮食作为发酵培养基原料，随着科技的进步和粮食价格的上涨，传统的发酵法已不再适应现代工业的要求，需要寻求新发酵工艺。
2、菌株改良的目标：①菌株能够高效利用农业废弃物或木质纤维素等底物；②提高菌株的溶剂生产能力和目的溶剂的比例；③菌株在固定化细胞发酵及连续发酵过程中表现出较好的生产能力；④菌株充分提高对最终溶剂的耐受性，生产出高浓度的溶剂。
二、丙酮丁醇的代谢机理
丙酮丁醇的发酵包含产酸期及产溶剂期两部分。产酸阶段，细胞处于指数生产期，产生大量的乙酸、丁酸等有机酸类，并释放二氧化碳及氢气，有机酸的产生引起发酵液的pH值下降。有机酸的释放积累到pH值为4.3时达到一个界定值，此时发酵过程进入产溶剂期，该阶段的细胞生产稳定，有机酸类被还原为丙酮、丁醇、乙醇的溶剂。发酵再继续进行时丙酮丁醇梭菌的活力下降，此时底物的大量消耗，及溶剂累积出现的毒害作用，造成菌体的自溶现象或生成孢子，发酵过程趋于结束。
三、丙酮丁醇高产菌株的改良选育
1、诱变育种方式
在科技的进步和大量的有效实验过程中，诱变育种成为丙酮丁醇发酵育种的选育手段。诱变育种是利用物理化学因素处理微生物细胞，促使其中少数细胞的遗传结构发生相应的变化，引起微生物遗传性状同步变化，利用分离手段从菌种中筛选出少数优良突变株，该类诱变可以充分提高菌种的生产能力，并在发酵过程中改进产品的质量。
通过有效实验发现紫外线与亚硝基胍的复合使用对菌株诱变造成突变谱交换，获得正突变的概率高，并且诱变过程中紫外线的作用对DNA分子作用的热点不同，可以弥补单因子修边出现的热点饱和现象，及弥补DNA分子对单因子诱变的不亲和性而产生的无增变效应，使菌株的生产能力充分提高。诱变结束后可以利用BCP平板对高产变异菌株进行有效的筛选，得到的菌株可以更好的在丙酮丁醇发酵过程中发挥发酵作用，为实现最优发酵目标提供保障。
2、构建丙酮丁醇梭菌工程菌
生物科学的发展促进涉及孢子形成、溶剂耐受性和胁迫抗性等影响溶剂产生的基因研究，众多基因在克隆技术下被克隆并在丙酮丁醇梭菌中高效表达，研究者根据基因敲除方法实现编码乙酸、丁酸支路关键酶的基因或阻遏丙酮、丁醇合成基因的失活，以切断生成乙酸、丁酸的代谢支路或解除对丙酮、丁酸的阻遏，得到符合发酵目的的产品。通过基因工程技术构建基因工程菌，实现了丙酮丁醇合成代谢途径的有效修饰，提高了丁醇及丙酮的产量，为生物发酵法的竞争力增强提供了保障。
四、发酵工艺的改进
1、选用廉价原料
廉价原料的选用可以降低生产的成本，廉价原料多选用纤维素类及剩余农副产品等。玉米芯作为木质纤维原料，具有丰富的纤维素、半纤维素及木质素，因其作为农作物的剩余产品，价格低廉且产量丰富，适宜于进行大范围纤维素的提炼。操作前需要将玉米芯进行木糖提取的处理，将固体残渣进行酸法、碱法或酶解法等预处理，便于纤维霉素的有效分解。
丙酮丁醇的发酵过程中分为两个生理阶段，一是菌体生长及产酸阶段的对数生长期，一是有机酸和残糖转化成为溶剂阶段。发酵的过程中，底物过量会抑制梭菌菌株的良好代谢，降低溶剂的有效产出率，因此需要在发酵过程中严格控制发酵液中底物的浓度，辅助抽提技术，对产出的溶剂及时的抽提，保障菌株的稳定发酵。
2、同步糖化发酵过程
对纤维素的发酵需要先实现糖化过程，在糖化过程中的合理时段将培育的改良菌种接入到糖化液中进行发酵，糖化过程与发酵过程同时进行，糖化产生的葡萄糖可以被微生物及时利用，促进糖化反应的进行，有效的降低糖浓度，并减少由于葡萄糖浓度过高产生的对纤维素酶的反馈抑制。
同步的糖化及发酵法的优势包括：①有利于菌体在生长时对葡萄糖的利用，而葡萄糖等产物浓度的降低又促进了酶解反应的进行。②糖化过程中接入生产菌，菌体形成种群优势，减少感染其他菌种的几率，保障了无菌条件的实现，提高了葡萄糖的利用率。③糖化过程及发酵过程同时进行，缩短了反应的过程时间，对设备的利用率充分提高，降低了生产成本。
3、发酵条件的优化
同步糖化与发酵中，水解与发酵温度存在的矛盾、溶剂对菌体的毒害和对纤维素酶活性有抑制作用的问题，需要进行有效的实验对问题进行优化解决。通过对一定数量的木糖渣在多种温度及发酵条件下进行的实验设计中得出有效数据，对数据计算后得到以下实验结论： 通过物料分析测得试验用木糖渣中的纤维素含量约为75%，分别加入0.05%（w/v）稀硫酸、0.05%（w/v）NaOH和适量的自来水，并在121℃的条件中预处理1小时后进行糖化操作，数据表明稀酸及碱性物质处理后的纤维素转化率低于自来水处理的纤维素的转化率。丙酮丁醇高产菌株发酵工艺探讨
詹庆铷
（广西金源生物化工实业有限公司 537200）
[摘 要]社会的进步和经济的发展依托能源的消耗，在不可再生的石化能源迅速短缺趋向枯竭的形势下，与汽油产品性质最为接近的生物丁醇成为能源领域的研究热点。丙酮丁醇发酵作为转化生物质为化学品和液体燃料的重要手段为解决能源困境带来发展方向。但传统的丙酮丁醇发酵是利用粮食进行发酵，原料成本较高，为节约原料成本及提高发酵效率，需要进行新型高产菌株及发酵工艺的研究。本文分析丙酮丁醇的性质及发酵原理，寻求合适的发酵菌株及发酵工艺，为丙酮丁醇的高效生产提供基础。
[关键词]丙酮丁醇；高产菌株；发酵工艺
中图分类号：TQ 223.12+4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）45-0136-01
利用经过预处理的木糖渣进行糖化过程，对试验温度进行设置和调整，数据表明，纤维素酶的活性在温度增高的过程中增强，纤维素的转化率提高，糖化72小时后，温度保持在45℃时的纤维素转化率最高。
糖化液中的主要成分是葡萄糖，发酵过程中不能为微生物提供充足的氮源，需要适当的添加酵母粉，对溶剂的产量提升有重要作用。根据糖化及发酵温度的矛盾设计的实验表明，温度37℃时的糖化速度降低，需要将发酵温度保持在37℃至45℃之间，并在糖化7小时后进行发酵比糖化24小时后发酵容易产量高。试验过程中将发酵时间进行调整后发现，发酵时间提前后染菌的机会降低，并且糖化反应的速度较快，糖化液无需经过灭菌处理，充分降低了能耗，缩短了糖化及发酵的反应时间，提高了产量的同时提高了生产效率。
结束语
丙酮丁醇的发酵生产法在新的技术条件及物料应用、菌种改良后提高了生产效率和产量，适应新时期的可持续发展战略目标，值得推广及应用，基于发酵法中存在的多种限制因素需要对不良问题进行改革和优化，实现最优的生产效率，为能源危机的应对提供保障。
参考文献
[1]刘小波. 丙酮丁醇梭菌的选育及其丁醇耐受性和发酵工艺的研究[D].江南大学，2013.