重组大肠杆菌利用D-木糖合成D-1,2,4-丁三醇

1,2,4-丁三醇(1,2,4-butanetriol, BT)是一种重要的有机合成中间体。通过克隆表达恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida ATCC12633)2-酮酸脱羧酶(mdlC)和新月柄杆菌(Caulobacter crescentus CB15)D-木糖脱氢酶(xdh),敲除木糖利用和D-1,2,4-丁三醇合成中间代谢物分解途径中关键基因木糖异构酶(xylA)和2-酮酸醛缩酶(yjhH和yagE),重构大肠杆菌代谢网络,得到了能够将D-木糖转化为D-1,2,4-丁三醇的重组菌株。考察了温度、装液量、pH控制等条件对重组菌株合成D-1,2,4-丁三醇的影响,在适宜条件下发酵36 h后D-1,2,4-丁三醇产量达到3.96 g·L^-1。探讨了葡萄糖利用与丁三醇合成的关系,通过敲除编码酶IICB^Glc的ptsG基因改造重组菌株的磷酸烯醇式丙酮酸葡萄糖转移酶(phosphoenolpyruvate: sugar phosphotransferase system, PTS)系统,菌株可以在利用葡萄糖生长的同时进行木糖的转化,具有更高的合成能力。     

微反应器合成1,2,4-丁三醇三硝酸酯的工艺研究

以1,2,4-丁三醇(BT)水溶液为起始原料,发烟硝酸/浓硫酸为硝化剂,采用微反应器连续合成1,2,4-丁三醇三硝酸酯,考察反应温度、物料及混酸比例、停留时间对反应影响.结果表明,优化工艺参数为:1,2,4-丁三醇:发烟硝酸:浓硫酸的摩尔比为1:5:4,反应温度15℃,停留时间48 s,工艺收率90.5％,产品含量98...     

烯酰还原酶基因的替换对裂殖壶菌合成二十碳五烯酸的影响

二十碳五烯酸（eicosapentaenoic acid,EPA）因具有调节血脂、降低纤维蛋白、预防心血管疾病以及抗炎抗过敏的生理功能,被广泛应用于食品、医疗、化妆品以及饲料添加等领域。目前,EPA的需求日益增加,但是富含多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids,PUFAs）的鱼油等自然资源逐渐匮乏,利用改造的微生物菌种发酵生产EPA的方式成为主要趋势。本研究利用同源重组技术将Shewanella sp. SCRC2738的烯酰还原酶基因（enoyl-reductase,sh-ER）分别敲入Schizochytrium limacinum SR21的ORFB-ER和ORFC-ER基因中,调控多不饱和脂肪酸合成的偏好性以提高EPA的产量。研究表明,sh-ER替换ORFB-ER基因的重组菌株（B-sh-ER）中EPA含量提高了85.7%,聚酮合酶（polyketide synthases,PKS）途径相关基因转录水平明显上调。而sh-ER替换ORFC-ER基因的重组菌株（C-sh-ER）中PUFAs合成基本不变。在5 L发酵罐中放大培养后,B-sh-ER重组菌株总油脂提高28.7%,达到73.2 g/L;EPA产量提高71.6%,达到732.4 mg/L。本研究为促进裂殖壶菌PUFAs高产提供了新的策略,同时也为调控裂殖壶菌合成EPA提供了新的视角。     

缺失PHO13基因与进化工程构建高效利用木糖酵母

过表达了木糖还原酶、木糖醇脱氢酶和木酮糖激酶基因的重组工业酿酒酵母菌株KAM-6X内缺失了编码对硝基苯磷酸盐磷酸化酶的PHO13基因,接着通过EMS诱变和进化工程筛选,获得了一株高效利用木糖的菌株,命名为PE。有氧条件下,在含50 g/L木糖和100 g/L木糖的YPX中最大比生长速率分别为0.299和0.282 h^-1,分别比出发菌提高了95.43%和102.87%,同时PE菌株能在前24 h内耗掉36.12 g/L木糖,48 h内耗掉70.25 g/L木糖。微好氧条件下副产物产量降低,糖醇转化率最高达到0.382 g/g,证明PE是一株高效利用木糖发酵的工业酵母菌株。     

1,2,4-丁三醇的双水相萃取

对低分子有机溶剂/无机盐双水相体系萃取分离发酵液中1,2,4-丁三醇（1,2,4-butanetriol，BT）进行了深入研究。通过对不同双水相体系的筛选，最终选定无水乙醇/K₂HPO₄双水相体系来萃取分离BT。使用浊点法对以BT为溶剂的无水乙醇/K₂HPO₄双水相体系进行相图的绘制，发现在K₂HPO₄质量分数为19.83%~46.87%范围内均能成相。通过单因素实验，考察双水相体系中无水乙醇/K₂HPO₄质量分数、pH对BT在两相之间分配系数和萃取效率的影响，得到最佳萃取条件为：系统总量10g、pH 9.5，无水乙醇/K₂HPO₄的质量分数为28%/28%，分配系数和萃取效率分别可以达到18.35和95.87%。在最佳萃取条件下，进一步探究了放大实验对体系萃取效率的影响，发现其对分配系数和萃取效率影响较小，体系稳定性高，为工业提取发酵液中BT提供新思路。     

重组酿酒酵母生物合成菜油甾醇

菜油甾醇作为甾体药物（孕酮、雄烯二酮、氢化可的松等）的重要合成前体已受到国内外研究学者的广泛关注。首先通过生物信息学分析,筛选了10种不同来源的7-脱氢胆固醇还原酶DHCR7,并采用CRISPR/Cas9基因编辑技术将酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）内源的ERG5基因替换成不同来源的DHCR7基因,构建了菜油甾醇合成菌株。结果发现整合来源于Pangasianodon hypophthalmus DHCR7的菌株Zw507表现出最高的菜油甾醇的产量216.93 mg/L。进一步筛选了10种酵母内源启动强度较强的启动子来与PhDHCR7基因进行组合,结果显示以TEF1p为启动子时菜油甾醇的产量最高可达253.35 mg/L。为了进一步提高菜油甾醇产量,增加了DHCR7表达盒在酵母基因组上的拷贝数。当拷贝数为3个时,菜油甾醇的产量达到最高302.27 mg/L。最终,通过5 L发酵罐进行补料分批发酵,实现了916.88 mg/L菜油甾醇产量。该菌株可作为后续甾体药物生物合成的优良底盘细胞。     

高铁酸钾强化铁锰氧化膜过滤去除水中有机物

前期研究发现铁锰氧化膜（MeO _x ）对水中氨氮、铁、锰等污染物具有较高的去除率，但对水中有机物（以COD_Mn计）的去除效果较差。为了提高MeO _x 对COD_Mn的去除率，本研究采用高铁酸钾强化MeO _x 的催化氧化过程，探究其对水中COD_Mn的有效去除及相关影响因素。实验结果表明：仅投加0.1mg/L的高铁酸钾强化MeO _x 过滤，对于进水中20mg/L的COD_Mn，去除率可达到约92.5%；滤速对其具有一定的影响，去除率随着滤速的提高呈下降的趋势，在6~10m/h出水滤速中的COD_Mn均能达到3.0mg/L以下，当滤速达到11m/h时去除率下降到81.65%；较低的pH（约6.51）具有一定的不利影响，COD_Mn的去除率随着pH的降低而逐渐下降；进水中NH₄⁺也会影响COD_Mn的去除，NH₄⁺浓度越高其去除率越低。扫描电子显微镜（SEM）结果显示，高铁酸碱强化过滤约60天后，可在MeO _x 的表面生成某种物质；由电子能谱（EDS）分析MeO _x 表面可知，约60天后C元素和O元素的比例明显增加，Mn元素和Fe元素的比例明显降低，但MeO _x 表面减少的部分铁锰物质并未影响COD_Mn的去除；由X射线光电子能谱（XPS）分析可知，Mn元素强化过滤前后对应的化合物主要为MnO、Mn₂O₃以及Mn₃O₄，对C、O元素分析后发现附着在MeO _x 表面的物质为(CH₂)₄O_n。     

Mn-Ce-Co-Ox/PPS催化滤料催化降解气相二英的研究

通过原位氧化法一步制备得到Mn-Ce-Co-O_x/PPS催化滤料,研究了催化剂负载量对Mn-Ce-Co-O_x/PPS催化降解呋喃的影响,进而分析了最优负载量的Mn-Ce-Co-O_x/PPS催化滤料在140~200℃对二英的催化降解规律,同时采用SEM、EDS和XRD等表征手段对复合催化滤料的结构及性能进行表征。结果如下：催化剂负载量由81.8 g/m²增加到154.2 g/m²,Mn-Ce-Co-O_x/PPS对呋喃的降解效率呈增加趋势,催化剂单层饱和负载量为120.5 g/m²。Mn-Ce-Co-O_x/PPS催化滤料在140~200℃对二英的脱除效率高达90%以上,降解效率随着反应温度升高而快速提升,200℃降解效率达到最高,为78.01%,表现出良好的催化降解性能。对17种二英同系物的降解效率进行分析,发现Mn-Ce-Co-O_x/PPS对低氯代二英同系物的降解率高于高氯代同系物的降解率。     

不同非氧化磷酸戊糖途径基因的过表达对酿酒酵母木糖发酵性能的影响

以双拷贝过表达木糖代谢上游途径关键酶(木糖还原酶XR、木糖醇脱氢酶XDH和木酮糖激酶XKS)的酿酒酵母菌株为背景,在过表达非氧化磷酸戊糖(PP)途径中转醛酶基因TAL1的基础上,对途径中其他基因TKL1(转酮酶)、RPE1(核酮糖-5-磷酸差向异构酶)和RKI1(核酮糖-5-磷酸异构酶)进行了不同程度的过表达,以研究PP途径基因过表达对酿酒酵母木糖代谢的影响。在不同培养基条件下对重组菌株木糖代谢进行研究,结果显示,在过表达TAL1的基础上不同组合过表达PP途径其他基因不同程度改善了酿酒酵母木糖发酵性能,重组菌株能在36~48 h耗完质量分数(下同)为5%的木糖。其中,过表达PP途径全部基因比其他过表达基因组合表现出明显的优势,在8%木糖发酵条件下其乙醇产量达到了每1 g木糖0.337 g,较对照菌株提高了7.86%。这说明同步过表达PP途径基因更有利于酿酒酵母木糖发酵。     

生物合成7-脱氢胆甾醇酵母底盘的初探

7-脱氢胆甾醇是生产维生素D₃的关键前体,目前利用化学合成和生物转化生产7-脱氢胆甾醇的方法无法适应大规模工业生产的需要,合成生物学的出现为次级代谢物的异源合成提供了新的选择,酿酒酵母和解脂酵母都是适用于工业生产的底盘生物。在酿酒酵母中,麦角固醇合成途径会抑制7-脱氢胆甾醇的合成,通过敲除麦角固醇合成途径上的非必需基因erg5并引入人源的C24还原酶基因dhcr24,可以实现在酿酒酵母中生产7-脱氢胆甾醇,摇瓶发酵产量为2.62 mg·L^-1。解脂酵母中7-脱氢胆甾醇的合成不受麦角固醇的影响,通过将人源的dhcr24基因整合到基因组rDNA位点上,7-脱氢胆甾醇的产量最高达到27.91 mg·L^-1。为寻找适合于异源表达甾醇类次级代谢物的酵母底盘提供了可供借鉴的研究方法,具有一定的指导意义。     

聚甲氧基二甲醚合成工艺及产业化述评

聚甲氧基二甲醚（DMM_n）作为一种新型绿色环保柴油添加剂，因其具有较高的十六烷值和含氧量，能有效减轻燃烧后的污染物排放，同时完善以煤基甲醇为源头的煤化工产业结构，这使得其合成工艺及产业化进程受到国内外学者的广泛关注。本文对国内外DMM_n合成工艺、国内工业化布局以及未来发展前景进行综述。在现有工艺基础上，归纳总结了由甲醇出发经不同中间产物合成DMM_n的各类合成路线的特点。通过分析制约DMM_n工业化进程的关键因素，特别是结合当前全球性新冠肺炎疫情导致的石油价格断崖式下跌，给煤化工产业带来巨大的冲击，认为反应精馏工艺将成为未来DMM_n产品推广和工业应用最具有竞争潜力的工艺技术路线。     

聚甲氧基二甲醚研究及应用进展

聚甲氧基二甲醚（PODE_n）具有十六烷值高、含氧量高、挥发性好、无硫及芳香烃等特点,被认为是最具应用前景的柴油调和组分。在柴油或宽馏分油中以合适比例掺混PODE_n,能够提高内燃机热效率,降低发动机污染物排放,对改善环境污染及节约能源具有重要意义。PODE_n以甲醇及其衍生物为原料,契合我国资源特点且利于优化能源结构调整,是我国新型煤化工发展的重要方向。近几年,PODE_n合成及应用得到广泛研究,本文详细介绍了PODE_n的特性及应用情况,总结了国内外合成PODE_n的常见反应体系及特点,详细分析了PODE_n合成反应动力学、机理及聚合产物分布等研究情况,同时介绍了现阶段我国PODE_n的产业化情况,为PODE_n的进一步研究发展提供指导。     

乳糖诱导E.coli发酵生产FAD为辅基的葡萄糖脱氢酶

黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）为辅基的葡萄糖脱氢酶（FAD-GDH,EC1.1.5.9）,具有辅基结合紧密、催化效率高的优点,可替代目前诊断用葡萄糖氧化酶应用于血糖指标的临床生化检测。本文选取Burkholderia cepacia的葡萄糖脱氢酶基因（gdh）构建表达质粒pTrc99a-gdh,转化E. coli BL21(DE3)。异丙基硫代半乳糖苷（IPTG）诱导发酵,通过酶活测定及聚丙烯酰胺凝胶电泳分析,获得可溶性表达的FAD-GDH,分子量约为60000。利用乳糖替代IPTG作为诱导剂,摇瓶水平初步探索诱导条件,酶活达到994U/L。7.5L发酵罐放大培养该菌,采用梯度流加补料策略,分阶段温度控制,并采用不同的乳糖流加速率进行诱导。当采用0.3mL/min的乳糖流加速率时,酶活达22200U/L,菌体量达69.48g/L。经过镍柱层析,最终获得纯酶的比酶活104.5U/mg。为医用诊断原料用酶葡萄糖脱氢酶新酶种的工业化生产提供借鉴。     

PdxSy材料的制备及其在催化领域的研究进展

在催化领域,Pd_xS_y多年来一直被认为是金属钯中毒形成的不良产物而不受重视。但是近年来,Pd_xS_y材料被发现在催化加氢、催化氧化、电催化以及可见光催化制氢方面表现出独特的催化性能。本文比较了Pd_xS_y材料的传统制备方法和绿色创新合成技术,综述了Pd_xS_y材料作为催化剂在催化加氢、催化氧化、电催化以及可见光催化制氢方面的研究工作。比较发现,Pd_xS_y材料的传统制备方法存在毒害大、三废多、周期长等缺点,这些缺点在很大程度上限制了该材料的发展前景,需要在制备方法上进行更深入的创新研究。同时,Pd_xS_y材料在多个催化领域,尤其是在可见光催化制氢方面的优异性能,使其在催化材料领域备受关注。     

COMPREHENSIVE STUDY OF THE GAS HOLD UP AND BUBBLE SIZE DISTRIBUTION IN HIGHLY VISCOUS LIQUIDS I. GLYCEROL SOLUTIONS

The overall gas hold up, E_G, and bubble size distribution were separated into the particular gas hold up, E_GK, and Sauter diameter. d_SG. due to “small bubbles” as well as E_GG and d_SG, due to “intermediate to large bubbles.” Bubbles are defined to be “small” if they remain in the bubbling layer 15 seconds after the gas flow is turned off. The bubbles which leave the layer during this time are considered to be “intermediate to large bubbles.” The time dependences of E_G E_GK and E_GG, as well as of bubble size distribution after initiating the aeration of the liquid, is investigated. The steady state E_G, E_GK and E_GG, Sauter diameter and specific geometrical surface area of “small” and “intermediate to large” bubbles as well as of the entire bubble population were determined in bubble columns employing 50, 70, 90 and 95% glycerol solutions and perforated plates with different hole diameters (d_H = 0.5. 1.0 and 3.0 mm) respectively. In highly viscous media the “small” and “very large” bubble fractions are high. A comparison of the specific geometrical bubble surface areas with the corresponding volumetric mass transfer coefficients, k_La's, measured earlier indicate that the “small” bubbles do not contribute to k_La. The influence of the “small” bubbles on the fluiddynamics of the two phase system is discussed.     

糠醛渣热解特性及热解挥发产物对其燃烧烟气原位控氮作用

通常,具有高含氮资源禀赋生物质在能源化利用过程中需控制NO_x排放。解耦燃烧是可适用于高含水、高含氮燃料的低NO_x燃烧技术,其对NO_x生成的抑制效果优于其他燃烧技术。为揭示解耦燃烧中热解挥发产物的原位控氮潜力、发展双流化床解耦燃烧技术,以糠醛渣为原料,借助固定床装置和双流化床装置,分别开展其热解特性和双流化床解耦燃烧近实际工况模拟研究。具体地,首先在固定床反应器中考察糠醛渣在不同温度下的热解产物分布,继而借助双流化床反应器考察了热解在线挥发产物对热解半焦同步燃烧烟气中NO_x的还原效果。结果表明：在500~700℃热解温度区间内,随温度的升高,半焦产率逐渐减少,从45.2%下降到39.8%;气体产率呈明显上升趋势,从12.4%上升到22.5%,CO、CH₄、H₂等还原性组分产率增加显著;焦油产率略有降低,从15.9%降低到12.9%;水分产率变化不大。双流化床解耦燃烧实验中,糠醛渣热解挥发产物对热解半焦同步燃烧所产烟气控氮效果良好,热解挥发产物对半焦燃烧烟气NO_x减排效果主要受热解温度、二次风占比影响,总过量空气系数ER=1.3,热解温度600℃、二次风过量空气系数ER₂=0.5时,糠醛渣热解挥发产物对相同热解条件下生成的半焦燃烧（900℃,过量空气系数ER₁=0.8）所产烟气原位控氮效果达到最优,NO_x减排率为54.80%。这表明,可通过控制热解挥发分产物产率、氧化程度,充分发挥挥发分的NO_x还原能力,从而明显改善解耦燃烧原位控氮效果。     

聚甲氧基二甲醚合成反应动力学研究进展

聚甲氧基二甲醚（PODE_n）作为一种潜在的柴油调和组分，能够有效减少柴油燃烧不充分所带来的污染排放。但是，由于反应器放大设计和操作存在技术瓶颈，现阶段国内外尚无达到规模化生产的运行装置。本文以反应器的模型化设计为最终目标，介绍了不同PODE_n合成工艺的反应动力学研究现状，总结了合成工艺中亟待解决的问题。分析表明，水对反应速率存在影响并且改变PODE_n的产品分布，而以甲缩醛为端基源的反应在无水参与下副产物少，不仅降低产品的分离难度，还可极大简化动力学模型。同时，简述了合成反应链增长机制的研究进展，指出在未来研究中探明PODE_n合成反应机理对普适动力学模型的建立至关重要，从而应用于工艺优化和反应器放大设计。     

高产油绿球藻GIEC-38转录本和基因表达谱分析

通过对天然条件下生长好且含油高的绿球藻(Chlorococcum sp.) GIEC-38细胞内转录本的测定,发现:在获得的74 605条转录本、65 984个基因中共得到344条代谢途径，其中核糖体、蛋白质、核苷酸、核糖核酸、碳固定、光合作用以及脂代谢等通路都非常活跃。通过缺N培养发现GIEC-38含油脂可达50%以上，通过对比细胞表达谱发现相比于原始藻株，缺N条件下培养的GIEC-38细胞中有868个基因显著上调、1 157个基因显著下调，分布在41个生物学功能、71条代谢途径中。其中，为脂肪酸的合成提供大量原料的中间产物合成酶，以及脂类代谢相关的几个通路中关键酶的基因，表达都有明显上调，促使细胞脂类的合成，提高了细胞的油脂产量。