酯化法提取生物基丁二酸

生物法获得的丁二酸发酵液中,含有部分残留底物、副产物以及无机离子等杂质,不利于其分离纯化。探讨了丁二酸发酵液经酸化与酯化分离纯化生物基丁二酸的过程。正交实验优化的酯化工艺为:丁二酸盐为丁二酸二钠、氢离子与丁二酸二钠的物质的量比为2.2∶1、反应时间12h,在此条件下,生物基丁二酸收率为91.7%。Box-Behnken中心组合设计实验优化的纯化工艺为:活性炭加量3.3%、脱色温度72℃、脱色时间37min,在此条件下,生物基丁二酸纯度达98.44%。通过红外光谱、X-射线衍射分析确证提取物质为生物基丁二酸,利用扫描电子显微镜观察酯化法提取的生物基丁二酸的微观形貌,为生物发酵法产丁二酸的产业化奠定了基础。     

生物法生产3-羟基丙酸研究进展

3-羟基丙酸（3-hydroxypropionic acid,3-HP）是一种具有末端羟基与羧基双活性基团、应用广泛的有机酸,生物法合成3-HP具有高效、绿色、可持续发展等优势。本文分析了生物法生产3-HP的主要合成途径、主要生产菌种及菌株改造、发酵工艺优化3个方面的研究进展。重点介绍了以甘油合成途径、丙二酰辅酶A合成途径、β-丙氨酸合成途径为代表的主要合成途径及相应途径的关键酶;以克雷伯氏肺炎球菌、酵母菌及大肠杆菌为代表的主要生产菌株及其改造策略;包括分批发酵、两阶段发酵及固定化细胞催化等在内的发酵工艺优化策略3个方面的研究内容。最后指出了进一步筛选改造甘油脱水酶等途径的关键酶;基于先进基因组编辑技术开发的非致病性、3-HP高耐受型菌株,挖掘新的3-HP合成途径;开发更加经济、高效、环保的发酵工艺路线,将是今后生物法生产3-HP的研究重点。     

碱性木聚糖酶高产菌株的筛选鉴定、酶学性质检测及培养条件优化

目的 筛选碱性木聚糖酶的高产菌株，并对其进行分子鉴定、酶学性质检测及培养条件优化。方法 采集山西、河南和浙江农田土壤样品，通过富集培养及分离后进行16S rDNA鉴定，筛选碱性木聚糖酶的高产菌株，并检测其酶学性质。单因素试验优化发酵条件，包括培养基碳源(木聚糖、乳糖、可溶性淀粉、蔗糖、麸皮、葡萄糖)、氮源[草酸铵、蛋白胨、酵母粉、(NH₄)₂SO₄、NH₄Cl、NaNO₃、尿素、牛肉膏、大豆粉、KNO₃、(NH₄)₂HPO₄或以蛋白胨、酵母粉、牛肉膏、(NH₄)₂HPO₄、大豆粉两两随机组合]、金属离子[CuCl₂、MgCl₂、ZnCl₂、Al₂(SO₄)₃、CoCl₂、Mn...     

Reverdia和鑫华润合作开发微孔聚氨酯泡沫

正致力于成为可持续丁二酸市场全球领导者的Reverdia公司,近日与德州鑫华润科技有限公司签署了合作协议,以共同开发推广基于生物基丁二酸的微孔聚氨酯泡沫。据悉,此新的发泡材料将用于鞋底及其他应用。     

原料及中间体

欧美兴建大型生物基丁二酸装置Bio-Amber公司在法国Pomacle的2000t/a生物基丁二酸示范装置将在2009年10月开始批量生产。由于看好发展前景,业界认为可再生化学品将广泛替代石油基专     

纳微界面增强CO2吸收及机理分析

CO₂捕集与分离是解决当前全球温室效应和发展可再生能源的关键步骤，传统CO₂分离及过程强化方法存在速率与效率的博弈。纳微界面强化广泛用于多相传递的化工过程，其对CO₂传递过程的影响也比较显著。本综述从纳微界面处CO₂传递模型的建立及阻力调控、纳微界面处CO₂平衡态化学位的获取(推动力调控)以及界面强化机制的分子模拟分析等三个方面进行阐述。基于上述结果进一步分析真实吸收塔分离CO₂过程的阻力调控并提出“三段式强化方案”，以优化CO₂分离过程的投资与运行成本。     

合成生物学在生物基塑料制造中的应用

合成生物学是以工程学思想为指导，对天然生物基因组进行改造和重构，合成新的生物元件，构建新的代谢途径，生产新产品或获得新表型的新兴学科。生物基塑料是以天然物质为原料在微生物作用或化学反应下生成的塑料。利用合成生物学改造工程菌株的方法制备合成生物基塑料已经成为学术界和产业界关注的热点。本文综述了合成生物学的发展和重要的合成生物学技术，重点综述了利用合成生物学技术构建聚羟基烷酸酯、尼龙、聚乳酸和丁二酸丁二醇酯等生物基塑料聚合物单体及其衍生物的代谢途径和工程优化领域的研究进展。     

二氧化碳还原用甲酸脱氢酶的研究进展

CO₂的还原和资源化利用是缓解温室效应的重要手段。生物催化剂对反应和底物具有高选择性，因此被用于构建高效的CO₂还原系统。其中，甲酸脱氢酶(FDH)，特别是某些烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD⁺)依赖型/金属辅因子(W或Mo)的甲酸脱氢酶，能够可逆地将CO₂还原成甲酸盐。该文首先介绍了甲酸脱氢酶的特性及分类，其次综述了CO₂还原用甲酸脱氢酶的活性位点及催化机制、FDH的分子改造、全细胞生物催化CO₂还原为甲酸盐的最新进展，为CO₂还原用生物催化剂的研究提供了启示，为以CO₂为原料构建可行的CO₂还原系统来生产增值的燃料和化学品提供了理论基础。     

基于关键酶表达的发酵调控与分子改造策略对E.coli产丁二酸的影响

考察E.coli JM001及其重组菌株E.coli JM002生物发酵生产丁二酸的性能。E.coli JM001在两阶段发酵产丁二酸过程中通过在有氧培养阶段添加乙酸钠,即可提高丁二酸的生产能力,厌氧阶段的丁二酸收率可达84%,但会有较多的副产物乙酸和丙酮酸积累。以E.coli JM001为出发菌株,敲除其磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PPC)并导入来源于枯草芽孢杆菌的磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶(PCK)基因,构建了重组菌株E.coli JM002,该重组菌株在两阶段发酵的有氧培养过程中不需添加乙酸钠,转厌氧后菌株也具有转化葡萄糖合成丁二酸的能力,丁二酸收率可达86%,副产物积累很少。     

离子色谱法分离分析丁二酸、戊二酸和己二酸的应用研究

建立了一种离子色谱法分离分析丁二酸、戊二酸和己二酸3种有机二元酸的检测方法。以H₂SO₄为流动相，自动进样器进样，待测样品经有机酸分离柱分离，抑制电导检测。试验了流动相组分的配比及淋洗速度对分离效果的影响，发现在流动相为0.1 mmol/L H₂SO₄,淋洗液流速为0.7 mL/min的条件下，该方法线性相关性好(R>0.999 2),灵敏度高，检出限在0.14～0.23 mg/L范围内，精密度好(RSD<2.2%)。将该方法应用于己二酸生产过程中二元有机酸含量的测定，发现3种组分在19 min内全部出峰，分离效果良好，结果准确可靠。     

代谢工程改造大肠杆菌生产琥珀酸

琥珀酸（succinic acid）是一种四碳二羧酸,在食品、医药、塑料和化工行业具有广泛的应用。目前,微生物法生产琥珀酸存在得率低、生产强度低、副产物积累等问题。为此,本研究通过复合诱变（ARTP和⁶⁰Co-γ射线）筛选到一株耐高渗突变株FMME-N-2,其琥珀酸得率为0.70g/g葡萄糖,同时积累18.8g/L乳酸、7.6g/L甲酸和17.3g/L乙酸。为了提高琥珀酸得率,通过敲除乳酸脱氢酶基因（ldhA）、丙酮酸-甲酸裂解酶-甲酸转运蛋白基因（pflB-focA）、磷酸转乙酰基基因（pta）、丙酸激酶基因（tdcD）和a-酮丁酸甲酸酯裂解酶基因（tdcE）,阻断冗余代谢支路减少副产物积累,获得工程菌株FMME-N-13,琥珀酸得率增加到0.92g/g葡萄糖,同时副产物大大降低,积累0.6g/L乳酸、3.6g/L甲酸和12.3g/L乙酸。同时,通过调控RBS强度组合优化来自产琥珀酸放线杆菌的磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶基因（AsPCK）和来自博伊丁假丝酵母的甲酸脱氢酶基因（CbFDH）的表达水平,调控胞内ATP和NADH的浓度,最优工程菌FMME-N-26（FMME-N-13-L-AsPCK-L-CbFDH）的琥珀酸得率增加至1.04g/g葡萄糖,仅积累5.5g/L乙酸;最终,对厌氧阶段葡萄糖浓度进行优化,当葡萄糖浓度控制在0~5g/L时,菌株FMME-N-26的琥珀酸浓度增加到111.9g/L,得率为1.11g/g葡萄糖（理论产率的99%）,生产强度为1.76g/L/h,为琥珀酸的工业化生产奠定了良好的基础。     

Ionic liquid-based salting-out extraction of bio-chemicals

Ionic liquids (ILs) are known as green solvents, and have been widely used in the dissolution and transformation of biopolymers, the extraction of bioactive compounds and metal ions, and the capture of SO₂ or CO₂. However, less attention was given to the separation of bio-based chemicals, such as diols and organic acids. Bio-based chemicals can be efficiently separated by organic solvent-based salting-out extraction (SOE) from fermentation broths, while organic solvents are normally unfriendly to environment and process safety in commercialized production due to their toxicity or/and flammability. In recent years, the IL-based SOE system has been explored in the separation of bio-based chemicals as an alternative of organic solvent-based SOE system. In this review, the progress of IL-based SOE of biobased chemicals has been summarized, including the effect of ILs structure on the formation of aqueous two phases, and the influences of ILs structure and concentration, temperature and pH on the partition behaviors of target products and ILs as well as removal of impurities. Most of bio-based chemicals could be distributed into the IL-rich phase with high recovery, while the partition behaviors of bio-based chemicals are sometimes different from that in organic solvent-based SOE systems. Although the results of ILbased SOE are promising, further studies are still required in the increased selectivity of target products over by-products, recovery and recycling of ILs, and the separation between ILs and bio-based chemicals. Additionally, three kinds of integrated bioprocesses would be developed on basis of utilization of ILs as extractant for SOE, catalyst for condensation reaction and solvent for pretreatment of lignocellulose.     

采用响应面法降低湿法氧化脱硫中Na2S2O3生成量

Na₂S₂O₃是湿法脱硫过程外排废液中最主要的副盐，降低Na₂S₂O₃的生成量对绿色生产具有重要意义。首先采用Plackett-Burman实验筛选出影响Na₂S₂O₃生成量的关键因素，即pH、单质硫浓度、温度。在此基础上运用响应曲面法，以Na₂S₂O₃生成量为目标函数，进行三因素三水平的优化设计分析。研究结果表明，pH对Na₂S₂O₃的影响最大，其次是温度和单质硫浓度，因子间交互作用的影响很小。得到最优的操作条件为pH 8.25，单质硫浓度0.47 g/L，温度31.80℃，PDS浓度90 mg/L，氧硫比1.2 mmol/mmol，此时Na₂S₂O₃生成量为1.838 mmol/L。从Na₂S₂O₃反应动力学和多硫离子的平衡反应两方面对各因素的影响规律进行了解释。最后对实际生产过程进行分析，发现实验得出的pH过低，不利于吸收过程的稳定，现有单质硫熔融分离方法不利于降低脱硫液中的单质硫含量，加速了副盐的生成等问题，对此提出了改进意见，并取得了显著效果。     

Kinetic modeling of gamma-aminobutyric acid production by Lactobacillus brevis based on pH-dependent model and rolling correction

Gamma-aminobutyric acid (GABA) is a natural non-protein functional amino acid, which has potential for fermentation industrial production by Lactobacillus brevis. This work investigated the batch fermentation process and developed a kinetic model based on substrate restrictive model established by experimental data from L₂₅(5⁶) orthogonal experiments. In this study, the OD₆₀₀ value of fermentation broth was fixed to constant after reaching its maximum because the microorganism death showed no effect on the enzyme activity of glutamate decarboxylase (GAD). As pH is one of the key parameters in fermentation process, a pH-dependent kinetic model based on radial basis function was developed to enhance the practicality of the model. Furthermore, as to decrease the deviations between the simulated curves and the experimental data, the rolling correction strategy with OD₆₀₀ values that was measured in real-time was introduced into this work to modify the model. Finally, the accuracy of the rolling corrected and pH-dependent model was validated by good fitness between the simulated curves and data of the initial batch fermentation (pH 5.2). As a result, this pH-dependent kinetic model revealed that the optimal pH for biomass growth is 5.6-5.7 and for GABA production is about 5, respectively. Therefore, the developed model is practical and convenient for the instruction of GABA fermentation production, and it has instructive significance for the industrial scale.     

High production of butyric acid by Clostridium tyrobutyricum mutant? ?

The objective of this study was to improve the production of butyric acid by process optimization using the metabolically engineered mutant of Clostridium tyrobutyricum (PAK-Em). First, the free-cell fermentation at pH 6.0 produced butyric acid with concentration of 38.44 g/L and yield of 0.42 g/g. Second, the immobilized-cell fermentations using fibrous-bed bioreactor (FBB) were run at pHs of 5.0, 5.5, 6.0, 6.5 and 7.0 to optimize fermentation process and improve the butyric acid production. It was found that the highest titer of butyric acid, 63.02 g/L, was achieved at pH 6.5. Finally, the metabolic flux balance analysis was performed to investigate the carbon rebalance in C. tyrobutyricum. The results show both gene manipulation and fermentation pH change redistribute carbon between biomass, acetic acid and butyric acid. This study demonstrated that high butyric acid production could be obtained by integrating metabolic engineering and fermentation process optimization.     

生物基有机酸提取分离技术研究进展

有机酸如乳酸、琥珀酸、柠檬酸、衣康酸、苹果酸等在工业上有重要应用,随着食品、医药、化学合成等工业的发展,有机酸需求骤增,发酵生产有机酸逐渐成为生物工程领域中一个重要而成熟的分支,但存在产物浓度低、成分复杂、后处理量大等问题. 有机酸亲水性好、不同有机酸物理化学性质相近等特点导致产物分离提纯困难,成为制约生物法生产有机酸的瓶颈. 分离发酵液中有机酸的方法主要有沉淀法、萃取法、吸附法、离子交换法、膜分离法、电渗析法和酯化法等. 通过各种分离方法的对比,发现单一的分离方法很难有效分离有机酸. 集成不同分离方法,可简化分离工艺,分离效果更好. 此外,采用新型分离耦合技术,可实现有机酸的连续或半连续生产,是未来发酵行业的一个重要发展方向.     

代谢控制发酵产琥珀酸研究进展

琥珀酸作为一种重要的化工原料被广泛应用于现代工业的各个领域,具有庞大的市场需求。利用生物法发酵生产琥珀酸因具有资源可再生利用、绿色清洁节能等方面不可替代的优势而成为当今研究的热点。本文从代谢调控的角度出发分析总结了一些产琥珀酸菌株,尤其是重组大肠杆菌在发酵生产琥珀酸中所应用到的方法和策略,如对代谢途径中关键酶的调控以及发酵生产中的关键因素(如氧化还原回复力调控、CO₂调节、代谢途径改造等),着重突出了代谢控制发酵生产方面的研究进展,并对今后的发展方向提出了一些设想。     

响应面优化木糖母液发酵产丁二酸

对产琥珀酸放线杆菌（Actinobacillus succinogenes）GXAS137发酵木糖母液产丁二酸的条件进行优化,探索利用废弃木糖母液合成高附加值丁二酸的可行性。首先通过Plackett-Burman实验设计确定影响丁二酸发酵的显著因子,然后采用最陡爬坡实验逼近各显著因子的最优区域,最后通过Box-Behnken实验设计确定各因子的最优水平。影响木糖母液发酵产丁二酸的显著因子及最优浓度分别为：木糖母液64.75g/L,玉米浆15.71g/L,碱式碳酸镁46.39g/L。在最优发酵培养条件下,丁二酸产量达到38.01g/L,比优化前提高了20.7%,与模型预测值（38.41g/L）基本一致。进一步利用2L发酵罐进行了放大试验,发酵72h丁二酸产量最高可达48.99g/L,较厌氧瓶发酵提高了28.9%,丁二酸得率为0.80g/g总糖。结果表明,采用低价的木糖母液作为底物,可为未来低成本、高效产业化生产丁二酸奠定坚实的基础。     

大肠杆菌FMME-N-26生产琥珀酸的发酵条件优化和放大

琥珀酸(Succinic acid)被认为是白色生物技术生产的最具潜力的大宗化学品之一,在工业上具有广泛的应用。微生物发酵生产琥珀酸具有环境友好和可持续发展等优点,展现出良好的发展前景,但是存在得率低、副产物积累、生产强度低等问题。为了实现琥珀酸的高效生产,在3.6 L发酵罐中对E. coli FMME-N-26生产琥珀酸发酵条件和补料策略进行了优化,建立了好氧-厌氧两阶段发酵工艺,最终确定发酵策略为：有氧发酵8 h后转为厌氧发酵,MgCO3为pH中和剂,发酵72 h补加抗渗透压保护剂2 mmol/L甜菜碱,厌氧阶段控制葡萄糖浓度为1~5 g/L。优化后发酵72 h,琥珀酸的产量和厌氧阶段得率分别达到119.2 g/L和1.08 g/g葡萄糖(理论得率97%),分别比优化前提高了46.4%和4.8%,副产物乙酸和乳酸仅积累2.37和0.94 g/L,分别比优化前降低了37.1%和49.2%。在1000 L发酵罐中实现中试放大生产,E. coli FMME-N-26生产琥珀酸的产量、得率和生产强度在国内外属于领先水平,为琥珀酸工业化生产奠定了坚实的基础,同时也为其他高价值化学品的生产提供了借鉴。