氧化还原电位调控对产琥珀酸放线杆菌代谢通量分布的影响

利用代谢通量分析方法分析了氧化还原电位调控对产琥珀酸放线杆菌NJ113厌氧发酵产丁二酸过程的影响。结果表明,氧化还原电位调控可以改变HMP与EMP途径的代谢通量,从而影响胞内NADH/NAD⁺。在菌体最适氧化还原电位（-350 mV）条件下, HMP途径与EMP途径的通量比由43.6∶56.2提高至63.2∶36.5,间接合成更多的NADH,解决了丁二酸合成过程中还原力不足的矛盾,整个发酵过程中胞内NADH/NAD⁺比值有明显提高,发酵初期NADH/NAD⁺比值由2.19提高至8.73。最终丁二酸代谢通量从114.5 mmol.(g DCW)^-1.h^-1增至129.3 mmol.(g DCW)^-1.h^-1,副产物乙酸、甲酸的代谢通量分别降低30.6%、30.2%;丁二酸收率由75.46%提高至89.34%,生产强度达到1.18 g.L^-1.h^-1。     

厌氧发酵生产丁二酸的动力学模型

引言 丁二酸(butanedioic acid)作为C4平台化合物,可以用于合成1,4-丁二醇、四氢呋喃、γ-丁内酯等有机化学品以及聚丁二酸丁二醇酯(PBS)类生物可降解材料,被美国能源部认为是未来12种最有价值的生物炼制产品之一.     

产琥珀酸放线杆菌固定CO_2制备丁二酸

在富含CO2的厌氧环境下,产琥珀酸放线杆菌NJ113固定CO2合成丁二酸作为主要代谢终产物。在5 L发酵罐探讨了培养条件对产琥珀酸放线杆菌NJ113固定CO2制备丁二酸的影响。考察了CO2供体形式、通气量、搅拌转速、培养温度和pH值对产琥珀酸放线杆菌NJ113厌氧发酵过程中CO2固定速率以及丁二酸产率的影响。结果表明,选择CO2气体作为CO2供体,CO2通气量为0.75 L/min,搅拌转速达到200 r/min,培养温度为37℃,NaOH调节pH值为6.6,可增加细胞内可利用的CO2。在此优化条件下培养,CO2固定速率达到0.6 g/(L.h),丁二酸产率达到1.61 g/(L.h)。     

关联氧化还原电位的丁二酸发酵过程动力学模型

氧化还原电位的调控对丁二酸发酵过程影响较大,而现有的丁二酸发酵过程动力学模型均未包含此重要参量。本研究首先进行五种氧化还原电位水平下的模型参数寻优,比较了Nelder-Mead算法与自适应遗传算法,采用后者进行参数优化。分析了氧化还原电位与动力学模型参数之间的函数关系,得到关联氧化还原电位的动力学模型。采用另外两种氧化还原电位水平下的实验数据进行模型验证,结果表明该模型具有较好的可靠性。     

Actinobacillus succinogenes NJ113产丁二酸过程中的底物抑制

研究了分批发酵条件下以葡萄糖作为底物对产琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogene NJ113发酵产丁二酸的影响,针对底物抑制现象,采用变速补料控制发酵罐中葡萄糖浓度的补料分批发酵方式.结果表明,发酵过程中将葡萄糖浓度控制在0～10g/L,以Na2CO3作为pH调节剂,经26h厌氧发酵,消耗60g/L葡萄糖,能积累45.27g/L丁二酸,得率达75.45%,生产强度为1.74g/(L·h),比初始葡萄糖浓度为60g/L的分批发酵周期缩短了18.75%,主产物丁二酸的得率和生产强度分别提高了5.44%和31.82%,副产物甲酸产量有所减少,而乙酸产量有所增加.通过代谢网络中相关酶的酶活分析,解析了补料过程中主副产物的分布.     

A.Succinogenes甘油利用突变株对丁二酸合成的影响

以葡萄糖为碳源利用A.succinogenes NJ113生产丁二酸时,副产物乙酸较高,以A.succinogenes NJ113为出发菌,采用自主设计的连续培养装置,筛选利用甘油能力较强的突变株,最终筛选到一株能够利用浓度达到8 g/L的突变株ZH99。此突变株在以27 g/L的葡萄糖和3 g/L的甘油作为碳源,在血清瓶中厌氧发酵,丁二酸产量达到20.81g/L,比原始菌株的丁二酸的量20.42 g/L稍有提高,同时,乙酸的浓度仅为5.02 g/L,比对照组(仅以葡萄糖为碳源)降低了38.25%,效果显著。     

氧化还原电位在漂粉精生产中应用

漂粉精生产有三个连续过料的氯化反应釜，反应釜的氧化还原电位（ＲＸ值）是氧化反应的关键参数，分析了工艺要求的ＲＸ值范围及控制方案，应用效果良好。     

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。     

电镀废水处理中的氧化还原电位控制

介绍了氧化还原电位控制原理,从理论和实际应用的角度揭示了影响氧化还原电位的因素。针对工程应用中遇到的氧化还原电位控制点确定等问题,提出了参考方法。     

秸秆水解液发酵产丁二酸高产菌株的选育及其代谢调控

采用酸解与酶解处理秸秆并对菌株代谢途径进行分析,以软X射线诱变选育乙酸及乳酸代谢阻断突变株,并围绕HMP与EMP流量比调控H还原力以及围绕木酮糖激酶实施五、六碳糖共代谢调控。结果表明200 g秸秆水解得57 g葡萄糖和11 g木糖,出发株代谢流量显示丁二酸、乳酸及乙酸流量分别为2.547、0.726、0.611 mmol•g^-1•h^-1。乳酸脱氢酶突变株HF-1代谢分析显示,其乳酸流量降至0.0296 mmol•g^-1•h^-1,氟乙酸抗性突变株HF-2的代谢分析显示,其乙酸流量降至0.100 mmol•g^-1•h^-1,丁二酸流量有所下降。H还原力代谢平衡调控显示,少量柠檬酸盐的添加使HMP与EMP流量比从1.389∶0.389增至1.684∶0.330时,间接促进丁二酸代谢流量从3.005 mmol•g^-1•h^-1增至3.468 mmol•g^-1•h^-1。酶活调控显示,碳酸镁取代碳酸钙作为中和剂促使木酮糖激酶酶活从76 U•mg^-1增至560 U•mg^-1,进而使木糖代谢流量从0.0444 mmol•g^-1•h^-1增至0.453 mmol•g^-1•h^-1,最终五、六碳糖共代谢产丁二酸达68.7 g•L^-1。     

利用甘蔗糖蜜半连续发酵生产琥珀酸

为获得较高的琥珀酸发酵产量和生产强度,对Actinobacillus succinogenes CGMCC1593两级双流半连续发酵甘蔗糖蜜生产琥珀酸的工艺过程进行了研究。通过对一级罐初始总糖浓度、补加培养基体积分数和批次发酵时间等发酵条件的优化,琥珀酸产量较分批发酵36 h提高12.9％,与补料分批发酵结果接近;生产强度较分批发酵和补料分批发酵分别提高111％和114%。     

Strategies of pH control and glucose‐fed batch fermentation for production of succinic acid by Actinobacillus succinogenes CGMCC1593

BACKGROUND: Succinic acid is an important precursor of numerous products, including pharmaceuticals, feed additives, green solvents, and biodegradable polymers. In this work, strategies of pH control and glucose‐fed batch fermentation for producing succinic acid using Actinobacillus succinogenes CGMCC1593 were carefully optimized. RESULTS: The production of succinic acid was stable within the pH range 6.0–7.2. Both cell growth and succinic acid production were inhibited by high concentrations of sodium and calcium ions, while there was no significant inhibition by magnesium ions. With an initial glucose concentration of 25 g L^?1, and glucose concentration was maintained between 10 and 15 g L^?1 during the course of fed batch fermentation, succinic acid concentration, productivity and yield were 60.2 g L^?1, 1.3 g L^?1 h^?1 and 75.1%, respectively. CONCLUSION: Of all the neutralization reagents used for pH control of A. succinogenes CGMCC1593, solid MgCO₃ was the most satisfactory. With increase of initial glucose concentration, the time course showed a longer growth lag period and the maximum biomass declined, while more carbon was diverted to succinate synthesis. The results obtained in this study should be helpful for the design of a highly efficient succinic acid production process. Copyright © 2008 Society of Chemical Industry     

利用纤维素水解液中的纤维二糖发酵制备丁二酸

纤维素水解液中通常含有纤维二糖。本文考察了Actinobacillus succinogenes NJ113利用纤维二糖厌氧发酵生产丁二酸的能力,并利用蔗渣纤维素制备纤维二糖作为碳源用于厌氧发酵生产丁二酸。3 L发酵罐厌氧发酵结果显示：以35 g/L纤维二糖作为碳源发酵制备丁二酸,其产量为23.51 g/L,产率达到67.17%;用含有18 g/L纤维二糖和17 g/L其它糖类的蔗渣纤维素水解液作为碳源发酵制备丁二酸,丁二酸的产量和产率分别为20.00 g/L和64.73%。因此,Actinobacillus succinogenes NJ113具有较强的利用纤维二糖生产丁二酸的能力,而且利用废弃的纤维素制备纤维二糖作为碳源高效、经济地发酵制备丁二酸具有可行性。