文档介绍：第 １１ 卷第 ４ 期
２０１３ 年 ７ 月
生 物 加 工 过 程
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ． １１ Ｎｏ． ４
Ｊｕｌ． ２０１３
ｄｏｉ：１０． ３９６９ ／ ｊ． ｉｓｓｎ． １６７２ － ３６７８． ２０１３． ０４． ００１
木薯和玉米原料丁醇发酵中丁醇***质量比的图论
理论计算及其验证
李 乐，李志刚，李 鑫，史仲平
（江南大学 生物工程学院 工业生物技术教育部重点实验室，无锡 ２１４１２２）
摘 要：在丁醇发酵产溶剂阶段，乙酸和丁酸的生成途径、消耗途径同时存在，各自形成一个闭环路径。 本研究利
用图论对丁醇发酵中丁醇***质量比进行了理论计算，并对以木薯和玉米为原料的丁醇发酵进行了模拟计算，结
果表明：丁酸闭环路径（Ｌ
２ 环）的代谢强度是影响丁醇***质量比的主要因素，并且 Ｌ２ 环的代谢强度越弱，丁醇***
质量比越高；与玉米原料丁醇发酵相比，木薯原料发酵的 ｍ（丁醇） ／ ｍ（***）提高了 １６ư ７％ 。 实验结果证实了以上
计算结果：在传统发酵、油醇萃取发酵和生物柴油萃取发酵中，以木薯 （适时添加酵母浸粉） 为原料的发酵批次与
以玉米为原料的发酵批次相比，由于其丁酸闭环路径代谢强度较弱，相应发酵方式下丁醇***质量比分别提高了
１２ư ９％ 、６１ư ４％ 和 ６ư ７％ ，而且两种原料相应发酵方式的丁醇总产量和生产效率基本持平。 另外，高丁醇***质量
比的木薯发酵所得改良型生物柴油中丁醇浓度与玉米发酵的相比提高了 １６％ ，性能得到进一步提高。
关键词：丁醇***质量比；木薯；图论；代谢分析
中图分类号：ＴＱ２３３ư １２ ＋ ４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２ － ３６７８（２０１３）０４ － ０００１ － ０７
Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｕｔａｎｏｌ ａｃｅｔｏｎｅ ｍａｓｓ ｒａｔｉｏ ｂｙ ｇｒａｐｈ
ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｉｔｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｃａｓｓａｖａ ａｎｄ ｃｏｒｎ
ｍｅｄｉａ ｂａｓｅｄ ｂｕｔａｎｏｌ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｓ
ＬＩ Ｌｅ，ＬＩ Ｚｈｉｇａｎｇ，ＬＩ Ｘｉｎ，ＳＨＩ Ｚｈｏｎｇｐｉｎｇ
（Ｔｈｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ， Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
Ｊｉａｎｇｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｗｕｘｉ ２１４１２２， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： ＡＢＥ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｉｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｗｉｔｈ ａｃｅｔａｔｅ ｂｕｔｙｒａｔｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅ⁃ａｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎ ｉｎ
ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｃｌｏｓｅｄ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｌｏｏｐｓ ｄｕｒｉｎｇ ｓｏｌｖｅｎｔｏｇｅｎｅｓｉｓ ｐｈａｓｅ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ， ｗｅ ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｂｕｔａｎｏｌ ａｃｅｔｏｎｅ
ｍａｓｓ ｒａｔｉｏ ｕｓｉｎｇ ｇｒａｐｈ ｔｈｅｏｒｙ ｆｏｒ ｂｉｏ⁃ｂｕｔａｎｏｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ｃａｓｓａｖａ ａｎｄ ｃｏｒｎ ｂａｓｅｄ ｍｅｄｉａ．
Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ ｒｅｖｅａｌｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｔａｂｏｌｉｃ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｂｕｔｙｒａｔｅ ｌｏｏｐ （Ｌ２ ） ｄｏｍｉｎａｎｔｌｙ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ
ｂｕｔａｎｏｌ ａｃｅｔｏｎｅ ｍａｓｓ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｌｏｗｅｒ ｍｅｔａｂｏｌｉｃ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｎ ｂｕｔｙｒａｔｅ ｌｏｏｐ ｌｅｄ ｔｏ ａ ｈｉｇｈｅｒ ｂｕｔａｎｏｌ ａｃｅｔｏｎｅ
ｍａｓｓ ｒａｔｉｏ， ａｎｄ ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ １６ư ７％ ｗｈｅｎ ｕｓｉｎｇ ｃａｓｓａｖａ ｂａｓｅｄ ｍｅｄｉｕｍ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
ｒｅｓｕｌｔｓ ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｓ： ｗｅａｋｅｎｅｄ ｍｅｔａｂｏｌｉｃ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｎ ｂｕｔｙｒａｔｅ ｌｏｏｐ ｕｓｉｎｇ ｃａｓｓａｖａ
ｂａｓｅｄ ｍｅｄｉｕｍ ｌｅｄ ｔｏ ｈｉｇｈｅｒ ｂｕｔａｎｏｌ ａｃｅｔｏｎｅ ｍａｓｓ ｒａｔｉｏｓ ｉｎ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｔｒａｃｔｉｖｅ
ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｓ