分段通气对Klebsiella pneumoniae生产1,3-丙二醇关键酶和辅酶的影响

通过考察1,3-丙二醇合成中关键酶、辅酶的变化,研究了分段通入空气对Klebsiella pneumoniae厌氧发酵生产1,3-丙二醇的影响. 与对照组相比,在发酵前期(12 h)通入空气4 h后,甘油脱氢酶酶活提高1.5倍,1,3-丙二醇氧化还原酶酶活提高18%,1,3-丙二醇浓度提高16%;发酵后期(28和48 h)通入空气后,甘油脱氢酶酶活不变,1,3-丙二醇氧化还原酶酶活下降,1,3-丙二醇浓度降低. 发酵前期,通气对辅酶NADH和NAD的浓度无影响;发酵后期,菌体生长停滞,辅酶的浓度也随之下降.     

甘油发酵生产1,3-丙二醇工艺的技术经济性分析

针对甘油生物转化1,3-丙二醇的连续发酵过程,通过发酵和分离过程的模拟与优化,得到不同初始条件下的最大产物浓度、生产强度、1,3-丙二醇得率及整个工艺过程的物耗和能耗,并进行了经济成本核算. 结果表明,提高发酵过程的生产强度未必能带来利润的增长,反而可能导致利润下降;提高1,3-丙二醇的得率有利于增加利润,但得率高于0.68 mol/mol时,利润增长趋缓;敏感性分析显示,甘油成本是影响利润的关键因素,通过联产生物柴油可以降低成本,税后利润提高31%.     

若干因素对发酵法生产1,3-丙二醇的调控作用

利用一株新筛选的克雷伯氏肺炎杆菌(Klebsiella pneumoniae ZJU 5205)对发酵法生产1,3-丙二醇进行了研究,考察了 pH、溶氧及添加辅助底物葡萄糖对发酵过程的调控作用。实验结果表明,相比于未调控 pH 发酵,恒定 pH 值发酵得到的菌体浓度明显增高,甘油消耗加快,1,3-丙二醇的最终浓度以及甘油到丙二醇的转化率(Y_(P/S))明显提高,分别达16.39g/L和0.51mol/mol;厌氧发酵时的菌体浓度和甘油消耗速率均高于微氧发酵,但1,3-丙二醇最终浓度和转化率低于微氧发酵;添加葡萄糖为辅助底物能够有效促进菌体生长,但1,3-丙二醇最终浓度和转化率却低于以甘油为单一底物时的发酵结果。     

有氧条件下Klebsiella pneumoniae发酵生产1,3-丙二醇的研究

探讨了有氧条件下利用Klebsiella pneumoniae发酵生产1,3-丙二醇的可能性,研究了通气量、初始底物浓度、pH和3-羟基丙醛等因素对发酵过程的影响.当空气通量为0.25vvm时,1,3-丙二醇的得率和生产强度与厌氧时相近.有氧条件下,当初始甘油质量浓度大于50g/L时,发酵中后期出现3-羟基丙醛的长期积累,甘油不能消耗完全.控制pH为7.75～8.00可以促进3-羟基丙醛的转化使甘油完全消耗.     

大气压介质阻挡放电等离子体强化克雷伯氏菌发酵的研究

大气压空气介质阻挡放电等离子体作为一种新型强化微生物发酵方法,用于克雷伯氏菌发酵生产1,3-丙二醇。采用气相色谱法检测1,3-丙二醇浓度;用紫外-可见分光光度计检测代谢关键酶活性;采用荧光分光光度计检测细胞膜通透性。考察不同等离子体处理时间对克雷伯氏菌接种体在2%、4%和6%甘油浓度种子培养基中揺瓶发酵的影响。结果表明,等离子体处理4 min接种体在6%甘油浓度种子培养基中揺瓶发酵,1,3丙二醇浓度达到最大值17.2 g?L-1,比对照组提高89%(9.1g?L-1)。甘油脱氢酶比活性0.19 U?mg-1,甘油脱水酶比活性10.9 U?mg-1,1,3-丙二醇氧化还原酶比活性0.65 U?mg-1,比对照组(0.04,9.2和0.09 U?mg-1)分别提高4.8倍,18%和7倍。6%甘油浓度间歇发酵,等离子体组1,3-丙二醇浓度和生产强度分别为24.6 g?L-1和1.23 g?(L?h)-1,均比对照组提高56%;转化率0.54 mol?mol-1,与对照组相近(0.53 mol?mol-1)。在间歇发酵过程中,等离子体处理组菌体细胞膜通透性显著高于对照组。4%甘油浓度批式流加发酵,等离子体组1,3-丙二醇浓度46.9 g?L-1,转化率0.50 mol?mol-1,生产强度1.51 g?(L?h)-1,转化率和生产强度分别比对照组提高14%和40%。上述结果表明,大气压介质阻挡放电等离子体可以提高克雷伯氏菌生产1,3-丙二醇能力。     

生物基1， 3-丙二醇连续发酵过程的稳态分析与反馈控制

生物发酵甘油生产1,3-丙二醇的自动化控制是其工业化应用亟待解决的关键问题。首先,采用数学函数连续性分析深入研究了克雷伯氏杆菌连续发酵甘油生产1,3-丙二醇过程的多稳态特性。在不同的初始甘油浓度或稀释速率下,系统均会出现多稳态现象,通过双因素分析确定了多稳态出现的临界区域,该区域内部的稳态是不稳定的。之后,基于反馈控制理论和多稳态分析结果,设计优化了受残余甘油和产物浓度影响的稀释速率控制策略。在连续发酵过程中,调整时间从81.27 h缩短到34.11 h,显著提高了发酵初期阶段甘油的利用率;同时甘油转化率由0.478 mmol·mmol^-1提高至0.563 mmol·mmol^-1,生产强度由85.70 mmol·L^-1·h^-1提高到101.10 mmol·L^-1·h^-1,显著提高了生产性能。     

克雷伯杆菌微胶囊化生产1,3-丙二醇的研究

研究了用高压微胶囊成型装置制备克雷伯杆菌NaCS-PDMDAAC微胶囊生产1,3-丙二醇.考察了PDMDAAC浓度对微胶囊性能的影响及推进速度、电压、针头内径对微胶囊直径的影响.摇瓶条件下,微胶囊细胞连续发酵10批,粒径2.5 mm的微囊得到最大1,3-丙二醇浓度为13.38g/L,发酵时间从游离培养的34 h缩短为19 h,最大生产能力为0.60 g/(L·h),比游离细胞提高2 56倍.     

氧对Klebsiella pneumoniae产1,3-丙二醇代谢的影响

考察了氧对Klebsiella pneumoniae发酵产1,3-丙二醇(PDO)代谢的影响. 研究结果表明,在厌氧或供氧条件下,K. pneumoniae都能利用甘油产PDO. 起始甘油浓度20 g/L,发酵时间4 h,在充分供氧条件下,PDO产量仅为1.1 mmol/L;但在微量供氧条件下,PDO产量为16 mmol/L,是厌氧发酵时的1.28倍. 在微量供氧条件下,调控PDO合成的关键酶甘油脱氢酶、甘油脱水酶及1,3-丙二醇氧化还原酶的活性分别为7.28, 1.14, 0.52 U/mg,高于厌氧或充分供氧条件下的相应酶活性. 氧对细胞内NADH的合成也有影响,厌氧及微量供氧条件下菌体内NADH含量分别为3.78及3.72 μmol/g (DCW),高于充分供氧发酵时的0.85 μmol/g (DCW).     

控制氮源浓度提高1,3-丙二醇的发酵水平

通过对克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)甘油发酵生产1,3-丙二醇(1,3-PD)发酵过程的研究发现,氮源浓度对菌体生长、产物和副产物的代谢有着重要影响.氮源浓度较低时,菌体生长和产物生成都会因氮源不足受到影响;氮源浓度较高时会导致菌体过度生长和副产物的大量生成,降低1,3-PD的最终浓度和甘油到1,3-丙二醇的转化率.控制合适的氮源浓度可以提高1,3-PD的发酵水平,1,3-PD的最终浓度达到61.20 g·L-1、甘油到1,3-丙二醇的转化率达到0.72 (mol·mol-1),分别比对照提高了10%和20%.     

两种碱性pH调节剂对1,3-丙二醇发酵过程的影响

氢氧化钠、氢氧化钙作为碱性pH调节剂,被广泛应用于发酵行业。两种pH调节剂在发酵过程中形成的有机酸盐,其溶解性存在显著差异,从而间接影响发酵过程。本文重点考察了两种碱性pH调节剂对1,3-丙二醇发酵过程的影响,通过发酵液渗透压、尾气组成、发酵周期、生产强度等过程参数的试验考察,分析了可溶性强碱作为pH调节剂不利于1,3-丙二醇发酵的原因,并且在以氢氧化钠作为pH调节剂的发酵体系中,考察了区间厌氧发酵方案的可行性。从氢氧化钠pH调控下的发酵周期来看,约21h后转入发酵末期,发酵活跃期相对较短,因此缩短发酵周期,有利于提高平均生产强度。另外,通过区间厌氧通气方案,能够进一步减少氮气使用量,提高该工艺的经济性。     

甘油发酵副产物对菌体代谢能力的影响

基于甘油厌氧发酵生产1,3丙二醇代谢过程中菌体生长、氧化与还原代谢支路相互耦联的特性,考察菌体代谢产生的各种副产物与菌体合成1,3丙二醇能力之间的关系。结果表明,副产物乳酸和1,3丙二醇的生成是负相关的,而乙酸和1,3丙二醇的生成是正相关的,小分子醇的产生对甘油转化率的影响较大。     

克雷伯氏杆菌发酵生产1,3-丙二醇的代谢通量优化分析

以克雷伯氏杆菌为研究对象,系统研究了1,3-丙二醇厌氧和微氧代谢途径.采用代谢通量分析法建立了代谢通量平衡模型,通过线性规划对1,3-丙二醇厌氧和微氧发酵进行了优化分析,得到其最优代谢通量分布和最大理论得率,并分析了比生长速率、底物浓度以及乙醇生成速率、氧气消耗速率、呼吸商对1,3-丙二醇得率的影响.     

Fuzzy Optimization of Extractive Fermentation Processes Including Cell Recycle for Lactic Acid Production

In this study, a bioprocess optimization problem was considered for a multiple‐stage extractive fermentation, including cell recycling, to produce lactic acid. The aim of the optimization problem is to obtain the maximum overall productivity, conversion and yield simultaneously, so that the optimization problem is formulated as a multi‐objective optimization procedure. The fuzzy goal attainment method was introduced to the multi‐objective optimization problem in order to obtain a trade‐off solution. The approach was also employed to determine the optimal design for two simplified continuous fermentation processes. From the computational results, the overall productivity for the fermentation processes including cell recycling, enabled a higher dilution rate so that the overall productivity was ca. thirteen‐fold higher than that of the continuous fermentation process without cell recycling.     

Ethanol production by co-fermentation of hexose and pentose from food wastes using Saccharomyces coreanus and Pichia stipitis

To improve the conversion rate of a saccharification liquid from food wastes containing pentoses and hexoses into bioethanol, after selecting Saccharomyces coreanus and Pichia stipitis, the respective fermentation and co-fermentation properties were investigated. In the fermentation using S. coreanus, the result under anaerobic condition was better than under aerobic conditions. In the anaerobic fermentation, the concentration of the reducing sugar and glucose remaining after 24 hrs was 9.09 and 1.88 g/L, respectively, with 40.59 g/L of ethanol produced; the ethanol productivity was 1.69 g/L-h. Also, even with the fermentation using P. stipitis, the reducing sugars and glucose were rapidly reduced, with a marked production of ethanol, but the ethanol produced was lower than those under anaerobic and aerobic conditions with the use of S. coreanus. Therefore, for the production of a high concentration of bioethanol from food wastes, ethanol fermentation was induced using S. coreanus until the middle of the fermentation, with P. stipitis used during the latter stage of the fermentation, where the circumstance favored its use, and thus, the carbon source not converted by S. coreanus was later converted to ethanol. As a result, both ethanol production of 48.63 g/L and productivity of 2.03 g/L-h increased over those of the anaerobic fermentation using S. coreanus.     

树脂分离技术在酶法制备1,3-丙二醇中的应用

从几种吸附树脂中筛选出了树脂DA201。树脂DA201对酶、辅酶吸附较少(吸附率分别为13.13%,14.5%)且对酶活无较大破坏,对产物1,3-丙二醇(1,3-PD)与二羟基丙酮(DHA)吸附较多(吸附率分别为23%,27%)。利用树脂DA201进行产物的富集分离及酶、辅酶回流再利用,实现伴有辅酶NADH再生的1,3-PD酶法连续反应。在底物浓度为1 g/L时,树脂质量浓度为底物浓度的4.8倍、吸附时间为6 h,树脂DA201对底产物有较好的吸附分离效果。在此条件下进行1,3-PD的2个批次连续制备,第1、第2批次1,3-PD转化率分别为42.9%、35.5%,总转化率为39.72%。实验结果说明,吸附树脂对底产物、酶与辅酶具有一定的分离作用,利用树脂的分离作用可有效地实现伴有辅酶再生的酶催化反应的连续进行。     

两段双底物发酵生产1,3–丙二醇

利用Klebsiella pneumoniae生长与催化耦合的特点，将好氧生长与厌氧转化两个过程耦合，开发了两段双底物发酵生产1,3-丙二醇的新工艺，并对其工艺特点进行了初步研究. 结果表明，采用两段双底物发酵工艺，发酵过程菌体浓度明显高于传统的厌氧转化工艺，OD650最大值达到9.37，发酵60 h, 1,3-丙二醇的浓度达到50.16 g/L，生成速率达0.836 g/(L×h)，比传统工艺提高了45%.     

曝气对催化铁内电解法处理有机废水的作用

采用催化铁内电解法,在曝气和无曝气条件下,对有机废水的处理效果进行了比较并且分析了在不同条件下的反应机理。结果表明,若不考虑反色现象,无曝气条件下对色度的去除率达到88%,高于曝气条件下的去除率69%,在无曝气条件下色度的去除主要是由于染料分子被还原,而曝气条件下色度的去除主要是由于铁离子的絮凝作用;对于COD的去除率,曝气条件下为41%,高于无曝气条件下的22%。     

Over‐expression of glycerol dehydrogenase and 1,3‐propanediol oxidoreductase in Klebsiella pneumoniae and their effects on conversion of glycerol into 1,3‐propanediol in resting cell system

BACKGROUND: Glycerol dehydrogenase [EC.1.1.1.6] and 1,3‐propanediol oxidoreductase [EC.1.1.1.202] were proved to be two of the key enzymes for glycerol conversion to 1,3‐propanediol in Klebsiella pneumoniae under anaerobic conditions. For insight into their significance on 1,3‐propanediol production under micro‐aerobic conditions, these two enzymes were over‐expressed in K. pneumoniae individually, and their effects on conversion of glycerol into 1,3‐propanediol in a resting cell system under micro‐aerobic conditions were investigated. RESULTS: In the resting cell system, over‐expression of 1,3‐propanediol oxidoreductase led to faster glycerol conversion and 1,3‐propanediol production. After a 12 h conversion process, it improved the yield of 1,3‐propanediol by 20.4% (222.1 mmol L⁻¹ versus 184.4 mmol L⁻¹) and enhanced the conversion ratio of glycerol into 1,3‐propanediol from 50.8% to 59.8% (mol mol⁻¹). Over‐expression of glycerol dehydrogenase in K. pneumoniae had no significant influence both on 1,3‐propanediol yield and on the conversion ratio of glycerol into 1,3‐propanediol in the resting cell system. CONCLUSION: The results were important for an understanding of the significance of glycerol dehydrogenase and 1,3‐propanediol oxidoreductase in 1,3‐proanediol production under micro‐aerobic conditions, and for developing better strategies to improve 1,3‐propanediol yield. Copyright © 2008 Society of Chemical Industry