固定化酶技术及其载体材料研究

固定化酶技术已经成为酶应用领域中的一个重要研究方向,此技术可以有效地提高酶的催化性能和操作稳定性,为酶在大规模生产中提供有利条件。载体作为固定化酶技术的关键组成部分,其材料的选择对于固定化酶技术的性能至关重要。本文对比了目前载体材料的特点并总结了固定化酶筛选方法,以期为后续固定化酶技术的研究提供基础。     

酶固定化无机载体材料的研究进展

近年来,酶固定化技术已在食品工业、医药、精细化学品工业,尤其是手性化合物等行业得到广泛应用,在废水处理方面也取得了一定进展。然而,载体材料的物理和化学性能直接影响固定化酶的催化活性。本文介绍了酶固定化常用无机载体材料一传统的无机载体材料、改性无机载体材料以及复合载体材料,并对酶固定化用无机载体材料的发展进行了展望。     

无机固定化酶载体材料的研究进展

无机固定化酶载体材料具有较高的化学稳定性、机械强度和较低的使用成本,特别适合大规模工业应用。固定化酶作为一种高选择性的生物催化剂,在生物体外同样可以高效率的催化化学反应的进行。本文系统的分析和综述了各种无机载体材料的优缺点、制备方法及其在固定化酶方面的研究进展,并对这些固定化载体材料的应用前景进行了预测。     

利用改性载体固定化大肠杆菌产琥珀酸

采用聚乙烯亚胺（PEI）和戊二醛（GA）对棉纤维进行化学修饰,考察了载体改性后的性能和对固定化大肠杆菌产丁二酸的影响。改性后的载体菌体负载量提高了63.3%。培养基中葡萄糖浓度为43 g/L,添加改性棉纤维120g/L,以MgCO3为缓冲盐,进行批式发酵,丁二酸浓度达到29.6 g/L,比未改性棉纤维提高了11.3%;丁二酸收率达到70.5%,比改性前提高了7.5%;丁二酸生产速率达到0.66 g/(L?h), 比改性前提高了37.5% 。对该材料固载的细胞进行7次重复批式发酵,丁二酸产量、转化率和产率没有下降趋势,具有一定的重复稳定性。     

用于固定化酶和细胞的陶瓷载体

本文简述了酶和细胞的固定化方法及作为载体材料之一的陶瓷的一些特性。结合固定化酶和细胞的性质和应用情况,认为采用陶瓷载体具有一系列的优点。文中列举了采用陶瓷做载体的实例。认为陶瓷作为固定化酶和细胞的载体可促进固定化酶和细胞技术及生物反应器的发展。此外还指出这一领域尚有很多问题还需要深入地进行研究。     

固定化细胞技术发酵产氢的应用研究

微生物发酵产氢的固定化细胞技术与其非固定化细胞技术相比,前者具有很大的优越性,能显著提高发酵系统的产氢量。对微生物发酵产氢固定化细胞的制备方法及其应用载体进行了介绍,分析了国内外固定化细胞技术在厌氧产氢中的最新进展,指出了固定化细胞技术发酵产氢存在的问题,并对其发展进行了探讨。     

固定化木瓜蛋白酶载体的研究

本文主要概述了近年来国内外对于固定化木瓜蛋白酶载体的研究情况。木瓜蛋白酶是100％纯天然产物，也是一种有着广泛用途的重要生化试剂，在我国有着诱人的开发应用前景。目前，被用做固定木瓜蛋白酶的载体已从有机高分子载体、无机载体发展到了复合载体。用这些载体对木瓜蛋白酶进行固定化大多取得了较好的效果。相信对固定化木瓜蛋白酶载体的研究将会加快木瓜蛋白酶的工业化应用进程。     

固定化细胞载体材料的研究进展

固定化细胞技术是在固定化酶的基础上发展起来的高新技术,所用载体材料的性能是此项技术的关键。详细介绍了固定化细胞技术中常用载体材料的种类及其性能,概述了新近出现的载体材料及其应用,最后对载体材料的未来发展进行了预测。     

细胞固定化技术及其在废水处理中的应用研究

对细胞固定化技术进行了较为全面的介绍,指出理想的细胞固定化载体应该具备对微生物无毒、性质稳定、传质性能良好、强度高、寿命长、价格低廉等条件。详细阐述了细胞固定化技术在处理氨氮废水、含酚废水、重金属废水中的研究与应用现状,认为寻找高效、抗毒性强的生物及性质优良的固定化载体,开发高效的固定化反应器,进行生物再生是实现细胞固定化技术在废水处理中广泛应用的主要研究方向。特别指出的是这项技术在重金属废水处理中有着广阔的应用前景。     

细胞固定化载体材料的研究进展及应用

文章简述了细胞固定化技术,介绍了近年来国内外细胞固定化载体材料研究的新进展,常用的载体材料的比较分类,选择及它们在固定化技术中的应用,并展望了细胞固定化材料的发展前景。     

玉米浆干粉在葡萄糖和木糖混合丙酮丁醇发酵中的应用

为降低丙酮丁醇梭菌发酵生产丁醇的成本,研究了以玉米浆干粉为氮、磷源等营养因子的单糖培养基发酵条件。结果表明：只需添加适量的玉米浆干粉,无需添加其它营养物质,以葡萄糖或葡萄糖与木糖混合糖为原料的培养基可以满足丙酮丁醇梭菌的生长及溶剂产生所需要的营养元素,50 g/L葡萄糖-2.5 g/L玉米浆干粉培养基溶剂转化率可以达到35.14%,总溶剂产量17.57 g/L,丁醇产量11.21 g/L。30 g/L葡萄糖+20 g/L木糖-2.5 g/L玉米浆干粉溶剂转化率可以达到33.66%,总溶剂16.83 g/L,丁醇11.10 g/L,为进一步研究木质纤维素原料水解液生产丁醇提供理论指导。     

不同C源对丙酮丁醇梭菌产丁醇的影响

对丙酮丁醇梭菌在以葡萄糖、木糖、蔗糖、混合糖、玉米芯酸解糖液分别作C源的P2培养基中的产丁醇状况进行研究。结果表明:不同C源对丙酮丁醇梭菌发酵产丁醇有显著的影响;葡萄糖为底物时,丁醇产量最高达到13.50 g/L,总溶剂为19.66 g/L;蔗糖为底物时,丁醇所占比例都在70%以上,丁醇产量可达12 g/L;木糖、混合糖为底物时,丁醇产量在10 g/L左右;只有丙酮丁醇梭菌I4-28能利用玉米芯酸解糖液发酵产丁醇,丁醇产量为7 g/L。     

外添少量电子受体强化丙丁梭菌丙酮-丁醇-乙醇发酵的丁醇合成

强化利用丙丁梭菌发酵生产丁醇的主要方法有：添加电子载体强化NADH再生速率、通CO气体抑制氢化酶活性、外添少量丁酸等。但是,上述方法存在着总溶剂产量低、精制成本高、辅料价格昂贵等缺点。本研究通过向丙酮-丁醇-乙醇（ABE）发酵液添加少量电子受体（Na₂SO₄/CaSO₄,2g/L）,使得梭菌胞内的电子穿梭传递系统的电子流和质子流发生改变,较多电子e^-和质子H⁺走向NADH合成途径,有利于丁醇合成;电子受体添加还可以促进对梭菌生存/丁醇合成的“有益”氨基酸、特别是缬氨酸的胞内积累/分泌,进一步强化了丁醇生产。在7L罐规模的发酵条件下、添加2g/L的电子受体Na₂SO₄,ABE发酵的丁醇浓度达到12.96g/L的最高水平,丁醇/丙酮比也有提高,分别比对照组提高35%和10%。添加Na₂SO₄等廉价电子受体提高了ABE发酵中的丁醇浓度,虽然提高幅度有限,但却可为利用发酵工程技术提高丁醇浓度和丁醇/丙酮比提供一种新的途径。     

A mathematical model of a fluidized bed reactor for the continuous production of solvents by immobilized Clostridium acetobutylicum

A fluidized bed reactor has been employed for the continuous production of solvents from whey permeate using cells of Clostridium acetobutylicum immobilized by adsorption onto bonechar. Substrate diffusion equations have been developed for the bioparticles, and a mathematical model has been advanced to describe the operation of the reactor. The model was fitted to the experimental data using the concept that not all of the biomass within the reactor was active in solvent production. On this basis, less than 5% was ‘active’ biomass.     

严格厌氧发酵体系在线尾气监测系统的设计及在梭菌生产生物能源丁醇的应用

目前关于有氧或微氧的乙醇发酵的尾气检测系统已经建立,但是对于丙酮丁醇梭菌等严格厌氧菌发酵尾气的在线监测鲜见文献报道。因此,本研究以丙酮丁醇梭菌生产丁醇的严格厌氧发酵体系为研究对象,研究了传统有氧或微氧尾气检测方法在丙酮丁醇梭菌厌氧发酵体系中的检测结果,设计并建立了适合厌氧菌发酵的尾气在线监测系统,对丙酮丁醇梭菌的发酵过程实时监测。在建立有效的厌氧发酵尾气分析系统的条件下,比较了丙酮丁醇梭菌在游离细胞条件下和高细胞密度条件下的发酵性能。相比较于游离发酵,高细胞密度发酵的发酵周期明显缩短,丁醇生产强度显著提高。丁醇最高产量为15.4g/L,生产强度0.64g/（L·h）,分别比对照组提高了12.4%和106%,CO₂和H₂最高产气速率分别提高60%和9%,产气量分别提高了20.7%和41.3%。尾气分析系统采集的气体数据为丙酮丁醇梭菌的代谢分析提供了重要依据。     

瘤胃菌与丁醇菌共生发酵麸皮生产丁醇

寻求瘤胃纤维素降解菌群NLH151与丁醇菌zr11共生发酵麸皮生产丁醇的最佳工艺条件。考察了接种方式、共培养温度、pH值等因素对纤维素降解率及丁醇生产能力的影响,得出了2种菌最佳共生培养的发酵条件。共生发酵时,麸皮质量浓度为20 g/L,共培养温度为33℃,pH值为6.0—6.5,瘤胃菌NLH151与丁醇菌zr11的接种量(体积分数)分别控制在15%和8%,瘤胃菌接入24 h后接入丁醇菌,共发酵48 h,总溶剂质量浓度可达到10.33 g/L,其中丁醇为7.8 g/L。该研究为利用农业废弃物进行新能源的开发提供了实验依据。     

响应面法优化甘露醇产丁醇的发酵条件

以褐藻的主要成分甘露醇为底物,利用丙酮丁醇梭菌ATCC824发酵生产丁醇。采用Plackett-Burman（P-B）和Box-Behnken优化发酵条件。在Plackett-Burman实验设计时,考察牛肉膏、酵母浸粉、胰蛋白胨、乙酸铵、 KH2PO4、MgSO4?7H2O、FeSO4?7H2O、接种量、发酵温度、初始pH值这10个因素对丁醇产量影响,筛选出影响丁醇发酵的重要参数是发酵温度、初始pH值、乙酸铵浓度,利用Box-Behnken设计确定最优发酵条件为发酵温度37.3 ℃、初始pH值6.38、乙酸铵浓度2.82 g/L。数学模型分析预测最大丁醇产量为8.47 g/L。经实验验证表明,在优化条件下的丁醇产量平均值达到8.52±0.55 g/L。这说明利用统计学方法优化甘露醇的丁醇发酵条件是有效的。     

pH值对Clostridium beijerinckii发酵联产丁醇与氢气的影响及其动力学模型

实验考察了p H值对拜氏梭菌Clostridium beijerinckii IB4厌氧发酵产丁醇及氢气的影响.结果表明,氢气与丁醇的发酵均属部分生长偶联型.p H=6.0有利于发酵前期(0~16 h)菌体生长及产氢,但后期代谢受抑制;p H=4.9时会导致菌体生长缓慢及代谢活力下降;p H=5.2时丁醇及氢气产量分别达12.06 g/L和5.76 L/L,比不调控p H值时提高11.87%及15.43%.在此基础上建立了菌体生长、丁醇积累及氢气生成的分批发酵动力学方程,模型拟合度较高,p H=5.2时菌体停止生长后丁醇生成能力系数比对照增加105.45%,最大产氢速率比对照增加7.45%.