响应面法优化嗜热厌氧杆菌X514产乙醇合成培养基

嗜热厌氧杆菌X514(Thermoanaerobactersp.X514)能同时发酵五碳糖、六碳糖并产出乙醇,是纤维素乙醇生产中最具潜力的菌株之一。单因子试验证明,酵母提取物中对X514乙醇发酵起决定性影响的组分为B族维生素,并进一步确定了B族维生素中对乙醇发酵有影响作用的6种维生素。结合培养基中的其他影响因子,应用Plackett-Burman试验设计方法,筛选出X514乙醇发酵的极大影响因子为NH4Cl、烟酸及硫胺素。随后用最陡爬坡试验确定了影响因子最佳取值区域,并利用响应面方法优化合成培养基。优化结果显示,当以5 g/L葡萄糖为底物时,在NH4Cl、烟酸及硫胺素的浓度分别为1.05 g/L、6.4 mg/L及7.0 mg/L的条件下,X514的乙醇产出浓度达到最优理论值34.46 mmol/L。试验验证该条件下乙醇产出浓度为33.78 mmol/L。试验值与理论值接近,原始矿物质培养基中乙醇产出浓度的5.1倍,并与添加5 g/L的酵母提取物培养基的乙醇产出浓度(34.67 mmol/L)相当。     

丙酮丁醇梭菌发酵菊芋汁生产丁醇

对丙酮丁醇梭菌Clostridium acetobutylicum L7发酵菊芋汁酸水解液生产丁醇进行了初步研究。实验结果表明,以该水解液为底物生产丁醇,不需要添加氮源和生长因子。当水解液初始糖浓度为48.36 g/L时,其发酵性能与以果糖为碳源的对照组基本相同,发酵终点丁醇浓度为8.67 g/L,丁醇、丙酮和乙醇的比例为0.58∶0.36∶0.06,但与以葡萄糖为碳源的对照组相比,发酵时间明显延长,表明该菌株葡萄糖转运能力强于果糖。当水解液初始糖浓度提高到62.87 g/L时,发酵终点残糖浓度从3.09 g/L增加到3.26 g/L,但丁醇浓度却提高到11.21 g/L,丁醇、丙酮和乙醇的比例相应为0.64∶0.29∶0.05,表明适量糖过剩有助于C.acetobutylicum L7胞内代谢从丙酮合成向丁醇合成途径调节;继续提高水解液初始糖浓度,发酵终点残糖浓度迅速升高,丁醇生产的技术经济指标受到明显影响。     

树干毕赤酵母NLP31发酵产乙醇的研究

研究了树干毕赤酵母NLP31在木糖质量浓度为45 g/L的3种发酵培养基Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ上发酵3轮的发酵性能以及在45 g/L木糖或混合糖(葡萄糖30 g/L,木糖15 g/L)的发酵培养基Ⅲ上的代谢历程。结果表明:树干毕赤酵母NLP31在发酵培养基Ⅲ上,乙醇浓度和乙醇得率均达到最高,分别为(17.29±0.15)g/L和(84.65±0.58)%。在45 g/L木糖或混合糖(葡萄糖30 g/L,木糖15 g/L)的发酵培养基Ⅲ上的代谢历程表明:混合糖发酵达到最大乙醇得率的时间仅为12 h,要比单一木糖发酵缩短了8 h。树干毕赤酵母NLP31在以廉价的无机N源为发酵培养基上的乙醇发酵性能高,能够降低燃料乙醇的生产成本。     

糖、GA3及ABA对印度娃儿藤(Tylophora indica(Burm.f.)Merrill)体细胞胚发生的影响

从印度娃儿藤节间外植体获取愈伤组织,分析了糖、赤霉素(GA3)及脱落酸(ABA)对愈伤组织形成体细胞的影响。实验证明,含4μmol/L2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)的MS培养基是获得具有成胚功能的愈伤组织的最佳培养基。在含有6μmol/L激动素(Kn)的MS培养基上,高达69%的愈伤组织分化为体细胞胚,平均单位外植体(每克愈伤组织)产胚25个。在6μmol/LKn存在的条件下,分析了蔗糖、葡糖糖对胚产生的影响,不同的糖及不同糖浓度对体细胞胚的发生影响很大。6μmol/L Kn与200mmol/L蔗糖处理胚胎发生率最大(71%),单位外植体生成49个胚。然而葡萄糖与Kn、或者葡糖糖、蔗糖与Kn三者加在一起则降低成胚率及产胚数。一定浓度的GA3和ABA能促进体细胞胚的产生。在含200mmol/L蔗糖的培养基中加10μmol/LGA3胚的生成率为98%,单位外植体产胚51个。在含200mmol/L蔗糖的培养基中加2μmol/L ABA能显著增加体细胞胚的量,该培养基上每外植体平均生成44个胚,产率为95%。本研究显示,含200mmol/L蔗糖的培养基中分别加入6μmol/L Kn、10μmol/L GA3或者2μmol/L ABA能显著提高印度娃儿藤体细胞胚发生率,而单独的葡萄糖或葡糖糖和蔗糖则有抑制作用。得到的胚均能正常发育并分化为植株。     

糖、GA3及ABA对印度娃儿藤（Tylophora indica (Burm. F.) Merrill）体细胞胚发生的影响

从印度娃儿藤节间外植体获取愈伤组织,分析了糖、赤霉素（GA₃）及脱落酸（ABA）对愈伤组织形成体细胞的影响。实验证明,含4 μmol/L 2, 4-二氯苯氧乙酸（2, 4-D）的MS培养基是获得具有成胚功能的愈伤组织的最佳培养基。在含有6 μmol/L激动素（Kn）的MS培养基上,高达69%的愈伤组织分化为体细胞胚,平均单位外植体（每克愈伤组织）产胚25个。在6 μmol/L Kn存在的条件下,分析了蔗糖、葡糖糖对胚产生的影响,不同的糖及不同糖浓度对体细胞胚的发生影响很大。6 μmol/L Kn 与200 mmol/L 蔗糖处理胚胎发生率最大（71%）,单位外植体生成49个胚。然而葡萄糖与Kn、或者葡糖糖、蔗糖与Kn三者加在一起则降低成胚率及产胚数。一定浓度的GA₃ 和 ABA能促进体细胞胚的产生。在含200 mmol/L蔗糖的培养基中加10 μmol/L GA₃胚的生成率为98%,单位外植体产胚51个。在含200 mmol/L蔗糖的培养基中加2 μmol/L ABA能显著增加体细胞胚的量,该培养基上每外植体平均生成44个胚,产率为95％。本研究显示,含200 mmol/L蔗糖的培养基中分别加入6 μmol/L Kn、10 μmol/L GA₃ 或者 2 μmol/L ABA能显著提高印度娃儿藤体细胞胚发生率,而单独的葡萄糖或葡糖糖和蔗糖则有抑制作用。得到的胚均能正常发育并分化为植株。     

不同的底物流加方式对Alcaligenes faecalis发酵生产热凝胶的影响

目的：研究了在不同阶段、不同的底物流加方式及底物浓度对菌体生长和热凝胶合成的影响,并对粪产碱杆菌WX—C12（Alcaligenes faecalis）发酵生产热凝胶的补料工艺进行了优化。方法：15L发酵罐发酵生产热凝胶,改变培养基中氮源、碳源浓度及流加方式,测定残氮、残糖、菌体浓度及热凝胶产量的变化,确定较优的补料工艺。结果：在菌体生长阶段用氨水控制pH在7．0,可使培养基中氮源浓度维持相对稳定状态,且NH,a初始浓度较低（O．5gtL）更适合菌体生长;热凝胶合成阶段采用葡萄糖连续流加优于间歇补加培养。菌体浓度为11．9g／L时,热凝胶产量最高（72g／L）,产物得率Vp／s为78．8％;当菌体浓度再增加时,热凝胶产量反而下降。结论：确定了粪产碱杆菌发酵生产热凝胶的较优工艺条件,热凝胶产量最高为72g／L,比分批发酵28g/L增加了157％。     

果糖及葡萄糖混合物为底物的丙酮丁醇发酵

旨在以果糖和葡萄糖混合物模拟能源作物菊芋块茎水解液发酵生产丁醇。在培养基初始pH 5.5,发酵过程不控制pH的混合糖发酵中,出现了发酵提前终止现象,终点残糖浓度达23.26 g/L,而丁醇产量仅5.51 g/L。进一步对比混合糖及葡萄糖、果糖不控制pH的发酵结果表明,导致这一现象的原因可能是有机酸毒性太大和pH太低。全程控制pH的混合糖发酵结果表明,高pH条件有利于提高糖利用率,但产酸多,丁醇产量较低;而低pH条件下发酵残糖较多,但丁醇产量相对较高。基于此,文中采用阶段性pH调控策略,即将发酵初期的pH控     

嗜热厌氧杆菌X514生长及代谢的初步研究

嗜热厌氧杆菌X514(Thermoanaerobactersp.X514)是纤维素乙醇生产中最具潜力的菌株之一。对X514在3种培养基中的生长及代谢特征进行分析后发现,培养基1190比GS-Ⅱ和2473更适合运用于X514的代谢研究及乙醇发酵。其次,分别在1190培养基中添加不同浓度的酵母提取物和葡萄糖,对X514的生长及代谢作进一步研究。结果表明,在0.5-2 g/L范围内,酵母提取物浓度的增加有助于提高X514的生物量,乙醇等产物的产量及乙醇产率,说明酵母提取物对X514生长及乙醇发酵有促进作用;在2-10 g/L范围内,葡萄糖浓度的增加可提高乙醇等产物的产量而不会改变各产物的产率;糖消耗量并不随着初始底物浓度的增加而线性增长,而是在一定阶段趋于消耗最大值。反映了X514在底物充分的条件下,只有通过改进其他制约条件,才有可能提高底物的利用率及产物的产率。     

代谢改造克雷伯氏菌合成D-1,2,4-丁三醇

【背景】D-1,2,4-丁三醇(D-1,2,4-butanetriol,BT)是一种重要的四碳多元醇,应用范围广,以木糖为底物的四步生化反应是目前最高效的BT生物合成路线。但大肠杆菌宿主存在严重的碳代谢抑制,限制了工程菌在木糖葡萄糖混合糖下的生长和BT合成。然而克雷伯氏菌具有生长速度更快、葡萄糖木糖混合糖利用效果好等优点。【目的】在碳代谢抑制效应较弱的克雷伯氏菌中构建以木糖为底物的BT合成途径,以提高混合糖下BT合成能力。【方法】将来源于Clostridium crescenti的木糖脱氢酶基因xdh和来源于Lactococcus lactis的2-酮异戊酸脱羧酶基因kivD及来源于Escherichia coli W3110的木糖酸脱水酶基因yjhG克隆至KlebsiellapneumoniaeZG25,得到重组菌K.pneumoniae ZG25-BT,对重组菌进行培养条件和培养基优化,进一步敲除xylA以提高BT产量。【结果】在37°C、200 r/min、接种量1%、诱导时间2 h、添加10.0 g/L CaCO3控制pH条件下,敲除xylA的重组菌在1.5倍LB培养基中以30.0 g/L木糖和10.0 g/L葡萄糖为底物,BT的产量达到4.52 g/L,摩尔转化率为0.21mol/mol,收率为15%,较优化前分别提高150%、62%和67%。【结论】实现了BT在K.pneumoniaeZG25中的发酵生产,同时通过培养条件和培养基的优化及xylA的敲除提高了BT合成能力,为进一步实验奠定了基础。     

圆红冬孢酵母利用生物乙醇废水-木薯粉水解液发酵产油

【目的】获得能够高效降解生物乙醇废水化学需氧量(COD)的圆红冬孢酵母菌株,评估废水初始COD浓度对驯化菌株生长的影响,将木薯粉生产微生物油脂和高浓度有机废水降解过程整合,以生物乙醇废水为水源制备生物乙醇废水-木薯粉水解液培养基,明确产油效率高、生物乙醇废水COD降解率高的初始还原糖浓度。【方法】采用在高浓度的生物乙醇废水中进行多次驯化的方法,获得能够适应废水环境的圆红冬孢酵母菌株;采用双酶水解法对加入乙醇废水中的木薯粉进行水解;采用重量法监测生物量浓度变化,采用酸热法提取油脂,重铬酸钾法监测COD,DNS法测定废水还原糖浓度,凯氏定氮法测定总氮,钼酸铵比色法测定总磷。【结果】通过驯化筛选得到一株能耐受高浓度生物乙醇废水的优势菌株Rhodosporidium toruloides D5。以未稀释的废水为培养基,驯化菌株的最终生物量浓度和COD降解率分别为3.8 g/L和75.0%。采用生物乙醇废水-木薯粉水解液发酵时,控制初始还原糖浓度低于30 g/L时,生物量浓度和油脂浓度随初始还原糖浓度的升高而升高,均在120 h时达到最高COD降解率,初始还原糖浓度对达到的最大COD降解率无明显影响,废水N、P去除率分别达到99%和92%以上。【结论】在未经稀释的高浓度生物乙醇废水中可获得较高的生物量浓度;采用高浓度生物乙醇废水-木薯粉水解液培养基发酵产油,初始还原糖浓度为30 g/L,可在保证高油脂产量的同时,实现废水COD的高效降解,有效回收利用废水中残余的N、P源,从而降低微生物油脂生产和废水处理成本,研究结果可为开发廉价微生物油脂生产技术提供有用的参考。     

酿酒酵母L610利用菊糖生产乙醇发酵条件的研究

以1株能够直接利用菊糖产乙醇的酿酒酵母L610为出发菌株,对其利用菊糖生产乙醇的发酵条件进行了一系列研究。结果表明,L610最适乙醇发酵温度为37℃,且40℃高温发酵对其产乙醇能力无显著影响;L610对酸性发酵环境有良好的耐受性,当发酵液p H值降至3.5时,其糖醇转化率及乙醇产量仍保持较高水平;以0.025~0.10 vvm的通气量通气12 h有利于L610发酵菊糖产乙醇;L610对350 g/L的高浓度菊糖有良好的转化率,乙醇浓度和生产强度分别达到129 g/L和1.35 g/(L·h);当直接以300 g/L菊芋粗粉为唯一底物进行发酵时,L610发酵产乙醇浓度达到89.6 g/L,为理论产量的78.1%。本研究所取得的成果为酿酒酵母一步法发酵菊芋生产乙醇的工业化发展提供参考。     

玉米秸秆水解液发酵联产氢气与2,3-丁二醇的初步研究

选用实验室自行筛选的Klebsiella pneumoniae ECU-15,进行了玉米秸秆水解液发酵联产氢气和2,3-丁二醇的初步研究。结果表明:以葡萄糖为碳源时,两目标产物随培养条件的改变呈现相同的变化趋势,且最佳发酵温度为37℃,最佳pH为6.0,最佳初始糖浓度为30 g/L;不同比例葡萄糖/木糖为混合碳源时,均能实现氢气和2,3-丁二醇的联产过程,但随着木糖含量的增加,细胞产量、氢气产量和2,3-丁二醇的产量都有所下降,并且木糖的存在会降低葡萄糖的消耗速率;实验最后以玉米秸秆水解液和同比例模拟合成培养基为底物,初步探明了该菌株利用水解液发酵联产氢气和2,3-丁二醇的可行性,最终氢气产量为0.65 v/v,产氢得率为0.43 mol/mol sugar;2,3-丁二醇产量为5.05 g/L,得率为0.82 mol/mol sugar。     

Kluyveromyces marxianus发酵己糖和戊糖生产乙醇

对利用底物广泛的乙醇发酵菌株马克斯克鲁维(Kluyveromyces marxianus)DL1菌株与工业用乙醇发酵菌株酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)6525利用己糖(葡萄糖、甘露糖、半乳糖)和戊糖(木糖、阿拉伯糖)的情况进行对比研究。结果发现:以己糖为底物时,K.marxianus DL1均表现出细胞生长快、乙醇得率高的特点;在不通气、糖20 g/L条件下,K.marxianus DL1的最大乙醇质量浓度均比S.cerevisiae 6525高出10%左右,细胞量及乙醇生产强度分别是S.cerevisiae 6525的近2和1.7倍。当以戊糖为底物时,K.marxianus DL1可以利用木糖和阿拉伯糖;在不通气、糖20g/L条件下,K.marxianus DL1利用木糖产木糖醇和乙醇,乙醇终质量浓度可达7.68 g/L,木糖醇质量浓度为9.12 g/L;以阿拉伯糖为发酵底物时,阿拉伯糖醇的产量可达6 g/L左右;而S.cerevisiae 6525不能利用戊糖。马克斯克鲁维酵母比酿酒酵母更适合纤维乙醇生产。     

自絮凝颗粒酵母乙醇连续发酵耦合酵母回用工艺的研究

模拟现有酒精发酵行业普遍采用的多级发酵罐串联系统,建立了一套由三级串联操作的搅拌式发酵罐和两个沉降罐组成的反应器系统,以脱胚脱皮玉米粉双酶法制备的糖化液为发酵底物,培养基初始还原糖浓度为220g/L,添加(NH4)2HPO41.5g/L和KH2PO42.5g/L,以0.057h-1的恒定稀释速率流加,将自沉降浓缩后的酵母乳先后经活化和不活化两种方式处理并循环至第一级发酵罐,系统在两种操作条件下分别达到了拟稳态。实验结果表明活化处理对改善发酵工艺技术指标方面发挥了显著的作用,发酵终点乙醇浓度达到101g/L,还原糖和残总糖分别在3.2和7.7g/L左右,发酵系统的设备生产强度指标为5.77g/(L.h),与无酵母回用的搅拌式反应器系统中自絮凝颗粒酵母乙醇发酵工艺相比,提高了70%。     

L-乳酸发酵菌株的选育

以初筛得到的 1株干酪乳杆菌鼠李糖亚种突变株R2 (Lactobcilluscaseisubsp .rhamnosusR2 )为出发菌株 ,经紫外线、硫酸二乙酯、复合诱变处理 ,筛选出 1株产乳酸较高的突变株ZY ,L 乳酸含量达 93.9%。以正交试验为基础对发酵培养基进行优化 ,采用优化后的培养基发酵 4d ,残糖降至 0 .1 %以下 ,L 乳酸产量达9.5 7g/ 2 0 0mL ,对糖的转化率达 96 .3%。     

云芝糖肽的液体发酵培养基的研究

通过液体发酵的摇瓶实验,考察碳源、氮源、碳氮比和乙醇浓度对云芝糖肽的产率影响,确定葡萄糖和玉米淀粉为适宜碳源,蛋白胨和黄豆饼粉为适宜氮源,合适的碳氮比为20∶1,适宜的乙醇体积分数为1.5%。采用以上的培养基进行70 L发酵罐进行扩大实验和10 t工业生产规模试验。发酵周期32 h,最终生物量达到13.0 g/L,云芝糖肽产率平均为2.21 g/L,与摇瓶发酵水平相当。此外工业实验还确定了云芝液体发酵的pH值、残糖浓度以及菌丝体形态等终点指标。     

裂褶菌深层培养及多糖测定

为了深层培养裂褶菌Schizophyllum commune Fr.产生多糖,对产多糖的适宜培养基,最佳时间,高产菌株进行了研究。从南京灵谷寺及南京大学校园生长的裂褶菌子实体分离到3株产多糖的裂褶菌菌株,编号南大835,南大843,南大853。对南大843用6种不同培养基进行深层培养,测定和比较了多糖和菌丝产量,其结果表明黄豆粉葡萄糖液体培养基是适于裂褶菌合成多糖的培养基,能培养出密集、白色、均匀的菌球和丰富的多糖。其组成为(g/L):葡萄糖30,黄豆粉5,酵母膏2,KH_2PO_4 1,MgSO_4·7H_2O0.5。pH5.5。最适发酵条件:pH5—5.5,温度26—28℃,振速:100—110次/分,当pH降至4.9—4.7,残糖量在1%以下,5—6天可终止发酵。在培养6天的浓缩滤液中加入等体积的95%乙醇后大量白色粘稠、纤维状的多糖被沉淀下来。在上述发酵条件下,3个菌株比较结果,南大853能明显提高多糖产量,6天的培养液中多糖量可达5.5—6g/L,南大843和南大835分别是5g/L和2.8g/L。     

复合有机氮源对灵芝三萜液态深层发酵的影响

以灵芝为材料,在前期研究基础上,以不同酵母粉作为氮源,研究复合有机氮源对灵芝三萜液态深层发酵的影响。首先,由单因素实验考察3种不同的酵母粉对灵芝菌丝体合成灵芝三萜的影响,确定酵母粉的最适宜浓度范围。在此基础上,根据中心组合实验设计,对3种酵母粉分别采用2种复合和3种复合的方式,优化复合有机氮源的最佳组合配比。结果表明：当基础培养基中添加6.6g/L的酵母粉N-1与6.6g/L的酵母粉N-2时,灵芝三萜产量可达0.478g/L（理论产量为0.485g/L）,比添加单一酵母粉N-1、N-2、N-3分别提高了21%、139%、103%,其氮源用量为两种组合时最低。当基础培养基中酵母粉N-1、N-2与N-3添加量分别为5.07g/L、3.78g/L、7.63g/L时,灵芝三萜产量达0.514g/L（理论产量为0.510g/L）,比单因素对照组分别提高了30%、157%和74%。本研究优化的复合氮源添加方式可明显提高灵芝菌丝体液态深层发酵生产灵芝三萜的产量,为其规模化液态深层发酵的生产提供科学数据。     

利用木糖-葡萄糖为原料产乙醇酵母的筛选、鉴定及发酵试验

建立筛选利用木糖为碳源产乙醇酵母模型,获得一株适合利用木质纤维素为原料产乙醇的酵母菌株。样品经麦芽汁培养基培养后,以木糖为唯一碳源的筛选培养基初筛,再以重铬酸钾显色法复筛。通过生理生化和26D1/D2区对筛选得到的菌株进行分析和鉴定,该菌初步鉴定为Pichia caribbica。经过筛选得到的菌株Y2-3以木糖（40g/L）为唯一碳源发酵时：生物量为23.5g/L,木糖利用率为94.7 %,乙醇终产量为4.57 g/L;以混合糖（葡萄糖40 g/L,木糖20 g/L）发酵时：生物量为28.6 g/L,木糖利用率为94.2 %,葡萄糖利用率为95.6%,乙醇终产量为20.6 g/L。Pichia caribbica是可以转化木糖及木糖-葡萄糖混合糖为乙醇的酵母菌株,为利用木质纤维素发酵乙醇的进一步研究奠定了基础。     

不同脂肪酸对中华绒螯蟹肝胰腺组织三种FABP表达的影响

本试验旨在研究不同脂肪酸水平对中华绒螯蟹肝胰腺中脂肪酸结合蛋白FABP3、FABP9和FABP10表达量的影响。取中华绒螯蟹肝胰腺组织进行体外培养,在液体培养基中分别加入50μmol/L、100μmol/L和250μmol/L 3种浓度的棕榈酸(PA),油酸(OA),亚油酸(LA),花生四烯酸(ARA),DHA和EPA 6种脂肪酸。分别在离体培养24 h后,运用Real-time PCR技术,研究组织内FABP3、FABP9和FABP10在不同种脂肪酸作用下的表达变化。研究表明,在培养基中加入100μmol/L、250μmol/L ARA后,FABP3的表达量显著性下调;而加入100μmol/L、250μmol/L亚油酸体外培养24 h后,FABP3的表达量显著性上调;在培养基中加入50μmol/L、100μmol/L、250μmol/LDHA、EPA、ARA和亚油酸体外培养24h后,都促进了FABP9基因的表达;在100μmol/L、250μmol/L亚油酸和ARA条件下,FABP10表达量发生显著性变化。FABP3、FABP9和FABP10的表达水平对脂肪酸的种类和浓度的不同反应,可能与实验动物所处的生理时期及对脂肪酸的需求有关。