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%。     

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。     

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.     

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。     

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)。     

厌氧发酵甘蔗糖蜜生产沼气中试

糖蜜是甘蔗制糖过程中的一种副产品,主要用作动物饲料添加剂与生物制品的发酵原料。利用糖蜜生产沼气不仅拓宽了糖蜜的利用范围,还可以延长蔗糖生产链,发展生物质能源。本研究利用内循环(IC)反应器,并在试验后期加入外循环泵,探究糖蜜厌氧发酵产沼气的可行性。研究结果表明,在常温条件下,水力停留时间为5 d,进水COD_(cr)为5 000～10 000 mg/L,单日COD去除率最高达到了88.00%,沼气日产量最高可达2.4 m~3,沼气中的甲烷含量最高达49.8%。结果表明,厌氧发酵糖蜜生产沼气可行,并具有产业化的潜力。     

甘蔗糖蜜酒精废液的回收利用研究进展

通过回收利用甘蔗糖蜜酒精废液的活性成分和生物转化甘蔗糖蜜酒精废液2个研究方向,综述了近年来甘蔗糖蜜酒精废液处理的相关研究报道,并提出未来研究重点以促进甘蔗糖蜜酒精废液的大规模工业化利用。     

响应面法优化硫酸催化甘蔗糖蜜制备乙酰丙酸

以甘蔗糖蜜为原料、硫酸为催化剂,催化水解制备了乙酰丙酸(levulinic acid,LA),以LA得率(水解液中LA占甘蔗糖蜜中转化糖的质量百分数,下同)为指标,在单因素实验基础上,考察了反应时间、甘蔗糖蜜的质量分数(占反应原料质量,下同)、甘蔗糖蜜与硫酸的质量比、反应温度的影响。采用Box-Benhnken中心组合实验原理和响应面分析法(RSM)对乙酰丙酸制备条件进行了优化。结果表明:建立的二次多项式模型回归性显著而失拟项不显著,模型拟合性良好。各因素对LA得率均有显著性影响,按影响程度从大到小依次为:甘蔗糖蜜与硫酸的质量比反应温度反应时间甘蔗糖蜜的质量分数。实验最终确定乙酰丙酸最佳制备条件为:反应时间5 h、w(甘蔗糖蜜)=40%、m(甘蔗糖蜜)/m(硫酸)=23.40、反应温度151℃。在该条件下进行了3次重复实验,LA得率平均值为30.11%,与预测值30.96%相对偏差0.85%,模拟可靠。     

响应面法优化甘蔗糖蜜酸催化水解制备乙酰丙酸

在甘蔗糖蜜酸催化水解制备乙酰丙酸的过程中,以乙酰丙酸（levulinic acid, LA）产率为考察对象,在单因素实验基础上,考察了反应时间、糖蜜浓度、催化剂浓度比、反应温度的作用。采用Box-Benhnken中心组合试验原理和响应面分析法（RSM）对乙酰丙酸制备条件进行优化。结果表明,建立的二次多项式模型回归性显著而失拟项不显著,模型拟合性良好。各因素对LA产率有显著性影响,依次为：催化剂浓度比>反应温度>反应时间>糖蜜浓度。实验最终确定乙酰丙酸最佳制备条件为：反应时间5 h、糖蜜浓度40 wt%、催化剂浓度比23.40:1、反应温度151℃。该条件下进行三次重复试验,乙酰丙酸的实际平均产率为30.11 wt%,与预测值30.96 wt%相对偏差0.85 wt%,模拟可靠。     

氧化还原电位调控对Actinobacillus succinogenes 厌氧发酵产丁二酸的影响

对氧化还原电位调控在产琥珀酸放线杆菌厌氧发酵产丁二酸过程中的代谢产物分布的作用进行了研究。在血清瓶发酵培养过程中,筛选出对发酵过程无抑制作用的氧化剂铁氰化钾和还原剂二硫苏糖醇作为发酵体系的氧化还原电位调节剂。在3L发酵罐上利用铁氰化钾和二硫苏糖醇调节发酵体系氧化还原电位值在-100～-450mV,结果表明-350mV为菌体生长和产丁二酸的最佳电位,丁二酸生产速率由0.75g/(L·h)提高到1.18g/(L·h),产物丁二酸与副产物乙酸的质量浓度比由2.5提高到3.9。     

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。     

放线杆菌生产琥珀酸的研究进展

总结了利用放线杆菌生产琥珀酸时,提高琥珀酸产量的主要途径,并介绍了琥珀酸的回收方法。