Zn2+、Ca2+和Mn2+对丙酮丁醇发酵的协同影响

在丙酮丁醇发酵中共同添加0.001g/L ZnSO₄·7H₂O和4.0g/L CaCO₃时,丁醇及总溶剂产量达到14.41g/L和23.69g/L,发酵终点乙酸和丁酸浓度为2.33g/L和1.02g/L。当共同添加0.001g/L ZnSO₄·7H₂O、4.0g/L CaCO₃和0.8g/L MnSO₄·H₂O时,丁醇的比生成速率为0.48g/(g·h),相对于共同添加Zn²⁺和Ca²⁺条件下的丁醇比生成速率0.23g/(g·h)提高了108.69%,而发酵终点乙酸和丁酸浓度分别为1.99g/L和0.54g/L,同比分别降低了14.59%和47.06%。Zn²⁺、Ca²⁺和Mn²⁺ 3种金属离子对丙酮丁醇发酵具有正向协同调控作用。     

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。     

基于果糖与葡萄糖不同混合比例的丙酮丁醇发酵

介绍了以不同底物的丁醇发酵结果,阐述了在以55g/L葡萄糖与果糖（1∶4）混合糖模拟菊芋物料为底物的丁醇发酵过程中存在果糖利用及丁醇产量较低等问题,研究了基于葡萄糖与果糖不同混合比例（1∶2、2∶3、3∶2及3∶1）的丁醇发酵性能。研究结果说明了随着混合比例提高,发酵时间由76h缩短至48h,菌体最大生物量OD620由2.1提高至4.3,而当葡萄糖与果糖混合比例为1∶2时,发酵过程中菌体细胞对果糖代谢能力最佳,且终点残糖浓度仅为2.1g/L,果糖利用效率达到95.03%,丁醇及总溶剂产量分别达到9.7g/L与16.0g/L。     

汽爆玉米秸秆脱毒及发酵丁醇工艺的实验研究

研究了不同脱毒方法对汽爆玉米秸秆发酵产丁醇的影响及发酵工艺。实验共考查了十种不同的脱毒工艺路线,结果表明:汽爆玉米秸秆经水洗预处理脱毒后,经酶解、离心去除沉淀物,并补加营养物质是一条较佳的工艺路线。在此基础上,进一步利用单因素实验和正交实验,考察了发酵温度、pH值、接种量、菌种种龄、培养基组成、发酵时间对丁醇发酵的影响,得到较优的丁醇发酵工艺条件为,发酵温度37℃,pH7.0,接种量7%,菌种种龄27h,培养基组成:酵母抽提物1.0g·L-1、KH2PO40.8g·L-1、MgSO4·7H2O 0.1g·L-1、(NH4)2SO42.0 g·L-1、FeSO4.7H2O 0.03g·L-1、尿素2.0g·L-1,发酵时间48 h。在此优化条件下,发酵液中起始糖浓度为50g·L-1时,丁醇的发酵浓度达到了9.42g·L-1。     

ORP调控对葡萄糖和果糖混合底物丁醇发酵的影响

采用氧化还原电位(oxidoreduction potential,ORP)调控以模拟菊芋块茎酸解液(葡萄糖和果糖混合糖)为底物进行的丙酮丁醇发酵过程,能够有效控制"酸崩溃"现象的发生。已通过实验确定最佳调控策略为控制整个发酵过程的ORP不低于-460mV。本研究在最佳调控策略下,发酵终点丁醇浓度从3.39g/L提高到11.65g/L,残糖浓度从30.82g/L降低到1.38g/L。对比ORP调控组和对照组发现,ORP调控能够改变发酵过程中细胞内还原力水平,能量状态和代谢流向,因此ORP调控能有效防止"酸崩溃"现象发生,调节菌体生长和溶剂产量。ORP调控策略应用于以葡萄糖和果糖混合糖为底物的丁醇发酵具有操作可行性,是一种简便而有效的工艺优化手段。     

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。     

粪肠球菌HX-3-6产γ-氨基丁酸发酵条件的优化

目的优化粪肠球菌HX-3-6产γ-氨基丁酸(γ-Aminobutyric acid,GABA)的发酵条件,提高GABA的产量。方法通过单因素试验和正交试验对产GABA的粪肠球菌HX-3-6发酵条件进行优化,采用Plackett-Burman(PB)试验设计法筛选产GABA的培养基主要影响因素,应用Box-Behnken设计及响应面分析对影响发酵产GABA的主要培养基因素进行优化;用最终优化的配方进行3次验证试验。结果最佳发酵条件为底物浓度30 g/L,起始pH 5.5,发酵时间72 h,温度35℃;PB法筛选出了培养基中有显著效应的4个因素为MnSO4﹒H2O、NaCl、柠檬酸三胺和葡萄糖,经Box-Behnken设计及响应面分析,确定该4个主要影响因素的最佳浓度分别为0.100 785、0.224 459、0.215 355及12.335 95 g/L。3次验证GABA的产量平均可达16.027 g/L,比优化前(11.006 g/L)提高了45.62%。结论优化的粪肠球菌HX-3-6发酵条件和培养基可显著提高GABA产量,为其工业化生产奠定了基础。     

发酵-渗透汽化连续耦合生产ABE的动力学研究

采用PDMS膜生物反应器和丙酮丁醇梭菌进行了生产ABE的封闭循环连续发酵实验,研究了发酵和渗透汽化分离连续耦合条件下的发酵动力学行为。发酵-分离连续耦合实验运行持续时间长达 192 h。运行过程中,细胞浓度维持在 0.84~4.00 g/L,发酵液中ABE的总浓度为5.14~17.54 g/L,葡萄糖浓度大约为16.08~35.15 g/L,总体积产率为0.36 g/(L?h)。实验结果表明,膜生物反应器系统运行稳定,发酵-渗透汽化分离连续耦合生产ABE的操作模式具有可行性和优越性。     

纤维素水解液中木糖发酵制丁醇

对实验室菌种进行筛选后,得到一株能利用纤维素水解液木糖发酵生产丁醇的菌株。研究发现,该菌株不仅能利用水解液中的葡萄糖,还可以利用水解液中的木糖。对菌种生长特性探索,批式发酵中碳源、氮源以及CaCO3等条件优化后,得到最佳种子培养时间为20～24 h,并确定了木糖浓度为20 g/L的纤维素水解液用于15 L发酵罐实验,在37 ℃静置培养84 h,丁醇产量10.95 g/L,总溶剂16.78 g/L（丙酮、乙醇、丁醇三者之和）,木糖利用率达到70%以上,总溶剂转化率为39.4%。解决了纤维素水解液中木糖不能被利用而造成的经济损失问题。     

Optimization of Xylanase Production from Penicillium sp.WX-Z1 by a Two-Step Statistical Strategy: Plackett-Burman and Box-Behnken Experimental Design

The objective of the study was to optimize the nutrition sources in a culture medium for the production of xylanase from Penicillium sp.WX-Z1 using Plackett-Burman design and Box-Behnken design. The Plackett-Burman multifactorial design was first employed to screen the important nutrient sources in the medium for xylanase production by Penicillium sp.WX-Z1 and subsequent use of the response surface methodology (RSM) was further optimized for xylanase production by Box-Behnken design. The important nutrient sources in the culture medium, identified by the initial screening method of Placket-Burman, were wheat bran, yeast extract, NaNO(3), MgSO(4), and CaCl(2). The optimal amounts (in g/L) for maximum production of xylanase were: wheat bran, 32.8; yeast extract, 1.02; NaNO(3), 12.71; MgSO(4), 0.96; and CaCl(2), 1.04. Using this statistical experimental design, the xylanase production under optimal condition reached 46.50 U/mL and an increase in xylanase activity of 1.34-fold was obtained compared with the original medium for fermentation carried out in a 30-L bioreactor.     

利用响应面法优化出芽短梗霉As3．933产普鲁兰多糖发酵培养基

采用响应面分析法对出芽短梗霉As3．933产普鲁兰多糖的发酵培养基进行优化。首先利用Plackett-Bur-man实验筛选出影响普鲁兰多糖产量的主要因素为酵母膏、（NH4）zSO4和K2HPO4,再利用最陡爬坡实验逼近最大响应区域,最后通过Box-Behnken实验并运用Design-Expert8．0软件优化发酵培养基。确定优化培养基组成为：蔗糖62．5g·L-1,（NH4）2S040．67g·L-1,酵母膏2．84g·L-1,K2HPO47．12g·L-1,NaCl1．25g·L-1,MgS04·7H200．25g·L-1,pH值6．5,优化后的普鲁兰多糖产量达到22．29g·L-1,较初始液体发酵培养基（17．32g·L-1）提高了28．70％。     

产L-乳酸的鼠李糖乳杆菌发酵培养基的优化

采用Plackett-Burman试验设计优化了鼠李糖乳杆菌产L-乳酸的发酵培养基,筛选出对L-乳酸产量有显著性影响的因素,即葡萄糖、柠檬酸氢二铵、乙酸钠、酵母膏,对这四个显著性因素,用中心组合试验优化得到最佳发酵培养基。结果表明:当培养基组成为:葡萄糖138.8 g/L、柠檬酸氢二铵2.19 g/L、乙酸钠6 g/L、酵母膏为7.56 g/L、蛋白胨0.50 g/L时,L-乳酸的产量为104.40 g/L。     

ClostridiumsaccharobutylicumDSM13864细胞表面理化特性及固定化细胞产丁醇的性能

糖丁基梭菌Clostridium saccharobutylicum DSM 13864能利用多种糖类为底物发酵产丁醇。本文研究了该菌体细胞表面的理化特性,并以砖块作为细胞固定化材料进行丁醇发酵。采用细菌吸附有机溶剂(MATS)法证明糖丁基梭菌细胞表面有强烈的亲水性,并且等电点在pH值为3左右,这些特性有利于菌体与表面亲水多孔的砖块吸附。在60g/L葡萄糖发酵培养基中,以5～8目砖块作为固定化材料,流速为1.1L/min,发酵48h后,丁醇的浓度、得率和生产率分别达到11.02g/L、0.18g/g和0.23g/(L·h),相比悬浮细胞发酵分别提高了10.53%、5.88%和9.52%。结果表明:砖块作为一种固定化材料可有效提高糖丁基梭菌的发酵产丁醇水平。     

利用Clostridium saccharobutylicum DSM 13864 连续发酵生产丁醇

为使用廉价糖质原料进行连续发酵生产丁醇提供理论依据和实验指导,以Clostridium saccharobutylicum DSM 13864为发酵菌种,考察了稀释率和温度等因素对以葡萄糖为原料的四级连续发酵生产丁醇的影响。结果表明：高稀释率有利于酸的积累和菌体的生长,低稀释率有利于溶剂的生产。当稀释率为0.05 h?1,4个发酵罐温度控制在37 ℃时,总溶剂产量为11.57 g/L,其中丁醇7.29 g/L,生产率为0.145 g/(L?h)。在0.05 h?1稀释率的条件下进行变温连续发酵证实低温有利于溶剂的积累,当一级和二级罐温度控制在37 ℃,三级和四级罐温度控制在33 ℃时总溶剂产量最高为13.69 g/L,其中丁醇为8.36 g/L,生产率为0.171 g/(L?h)。