基于混合赛博模型的微生物代谢状态估计

微生物发酵过程中组分异常复杂,物化和生化反应混合交叠,多数状态不能直接测量。混合赛博模型结合了基元模式分析和赛博(cybernetic)模型控制作用,既考虑细胞内产物信息和代谢行为,又引入控制变量来调节催化酶的活性和合成,从而建立了微生物代谢过程的动力学方程,基于该模型可以实现对微生物体代谢状态的实时监测。针对聚羟基丁酸发酵过程,在代谢途径和基元模式分析基础上,对其混合赛博模型中非线性动态进行线性化,再采用扩展卡尔曼滤波对代谢过程状态进行估计。仿真结果表明,对于微生物代谢中一些重要状态变量具有良好的估计效果。     

葡萄糖氧化酶及过氧化氢酶摇床发酵过程数学模型

研究了黑曲霉葡萄糖氧化酶及过氧化氢酶摇床发酵过程的动力学 ,建立了发酵过程菌体生长、基质消耗及酶合成的随时间变化的数学模型 .Logistic方程、Luedeking -Piret方程能够很好地分别描述黑曲霉细胞的生长和发酵产酶过程 .葡萄糖氧化酶及过氧化氢酶的发酵合成是生长耦联的 .此外 ,还建立了基质消耗动力学模型 .并将 3个动力学模型的预测值和实验值进行了比较     

基于流变特性的动力学模型研究及在柠檬酸发酵过程的应用

研究了基于流变特性的动力学模型,并以实验统计数据为基础,通过对模型进行分析,推断了模型参数,同时将模型应用于柠檬酸发酵过程中。结果表明模型的拟合效果良好,从而表明所建立的模型基本符合柠檬酸发酵过程,这为显示流变特性对发酵代谢过程的影响提供了理论依据,也为实现柠檬酸发酵过程最优化提供必要条件。     

柠檬酸发酵的菌体浓度间接测定及数学模型

对瓜干粉直接发酵柠檬酸的菌体浓度测定和发酵过程的数学模型进行了研究。从物料衡算的角度导出了碳平衡间接测定菌体浓度的计算公式,并根据发酵动力学对柠檬酸发酵过程中的菌体生长、基质消耗及产物积累速度进行了数学描述,导出了它们的数学模型。研究结果表明,通过碳平衡间接得到菌体浓度的计算值与实测值误差甚小,证实了碳平衡法计算菌体浓度的可行性,从而解决了粗料发酵生产柠檬酸过程中菌体浓度无法测定的问题。实验证实了柠檬酸发酵比较明显地分为长菌期和产酸期两个阶段,属Ⅱ型发酵。论文以实验统计数据为基础,应用模型分析结果推断了模型参数,并在实际发酵过程中进行了验证,结果表明模型计算与实测结果拟合良好,从而显示所建立的模型能较准确地描述了柠檬酸发酵过程,这对应用电子计算机控制发酵过程,实观发酵过程的最佳化有着重要的意义。     

初始生物素含量波动时谷氨酸发酵关键酶系的酶活变化模式

谷氨酸发酵培养基中的生物素初始含量会随玉米浆来源、批次的不同出现波动,进而影响谷氨酸发酵性能和稳定性。本文研究分析了谷氨酸发酵中,初始生物素含量正常/不当,特别是初始含量不当、采取补救措施条件下的丙酮酸、异柠檬酸和α-酮戊二酸代谢节点处关键酶的活性变化。生物素匮乏时,催化主代谢途径的关键酶活性均被弱化,特别是α-酮戊二酸脱氢酶完全失活,能量代谢主要靠乙醛酸循环维持。当发现生物素匮乏并补加生物素后,中心代谢途径关键酶--丙酮酸脱氢酶的活性恢复到正常水平,TCA重新成为主要供能途径。生物素过量时,丙酮酸羧化酶和谷氨酸脱氢酶活性基本不变,而其他关键酶均被激活。当发现生物素过量并添加吐温40后,丙酮酸脱氢酶和异柠檬酸脱氢酶依旧保持很高活性,而α-酮戊二酸脱氢酶和异柠檬酸裂解酶的活性则下降到正常水平。采用上述补救措施可以挽救因初始生物素匮乏或过量所引起的错误发酵,终酸浓度均可恢复到对照（生物素亚适量）水平（75～80 g·L^-1）。另外,对生物素初始含量和吐温添加进行复合式调控,终酸浓度可进一步提高,达到87 g·L^-1,比对照提高8.8%。     

柠檬酸发酵过程优化对残糖的影响

通过对黑曲霉柠檬酸发酵全过程中糖化酶酶活力检测和用液相色谱对不同糖化pH条件下所得糖化液组分分析,得到pH对糖化酶酶活力和糖化液组分的影响关系,从而对柠檬酸种子培养和发酵过程中的pH进行调整,以降低不可利用性糖的产生,降低最终的发酵残总糖.结果表明:用碳酸钙溶液调整种子罐培养后期pH不低于2.5和发酵接种后0～6 h的pH在4.0左右,可以明显降低发酵终点残总糖至0.37 g·(100 g)-1.     

微生物合成2,3-丁二醇的代谢工程

2,3-丁二醇(2,3-BD)是一种重要的微生物代谢产物,广泛应用于食品、医药、化工等多个领域。微生物合成2,3-BD的效率不高一直制约着其生物制造工业化进程,应用代谢工程的理论和方法优化微生物的代谢途径有望解决这一问题。本文全面总结了近年来微生物合成2,3-BD研究过程中的菌株改造和构建技术,包括过表达合成途径中的关键酶编码基因、敲除旁路代谢途径关键酶编码基因、应用辅因子工程手段对天然菌株代谢网络进行重新设计和合理改造,以及利用合成生物学技术在模式菌株中构建全新的代谢途径,实现2,3-BD的高效生物合成。最后,本文对未来的研究方向进行了展望,提出了进一步利用先进的合成生物学方法构建高效细胞工厂的指导性建议。     

乳酸生产中的微生物代谢工程

从代谢工程的角度综述了同型及异型乳酸发酵的代谢途径、乳酸菌代谢模型、乳酸脱氢酶在乳酸生产方面的应用、米根霉发酵生产乳酸的代谢工程和基因工程阻断乙醇代谢途径改造乳酸的生产过程等方面的研究进展,讨论了生物信息学及环境胁迫对乳酸代谢的影响,展望了乳酸的微生物代谢工程的发展趋势.     

柠檬酸发酵生产技术的几点探讨

国内生产柠檬酸的主要方法是以山芋干为淀粉原料(少数厂是以糖蜜为原料),以黑曲霉菌为生产菌种,经过深层液体发酵得到柠檬酸,再经过多道工序提取而制得柠檬酸产品。发酵是整个柠檬酸生产的一个重要部分,对整个生产效益有很大影响。     

需氧生化反应器及其放大规律

一、前言生化反应是籍助微生物或酶的作用来促使含碳化合物实现某种特定的化学变化,这类反应常称为发酵反应。当籍助微生物来实现的发酵反应称为微生物发酵反应,而以酶来进行的生化反应则称为酶发酵反应。在发酵反应中,与微生物生长的同时均随有一系列代谢产物——如抗生素、乙醇、柠檬酸等的生成。因此,生化反应能给人类提供众多陶产品。并已广泛地用于食品、饲料、医药和废水处理等工业过程中。所以,人们在进行生化反应研究的同时亦对生化反应器的开发和放大给予特殊的关注。生化反应器除了像其它化学反应器那样要考虑反应条件、流动特性、     

紫外线诱变选育高产柠檬酸菌株及发酵条件研究

对1株初筛产柠檬酸黑曲霉进行紫外线诱变处理,并对选育的优势菌进行了发酵条件实验。研究结果表明,选育出的（Aspergillus niger）UV-5是一株优良高产菌株,该菌株的产酸率达到11.54%,比初始菌株（YZ-35）产酸率提高了24.41%;以红薯为发酵原料,在初始糖浓度15%、温度为35℃、起始pH值为5.5,转速140r·min-1、发酵84h的优化条件下,摇瓶发酵平均产酸率可达到13.15%。     

纤维素酶解液的柠檬酸发酵─—恒温发酵与周期变温发酵的比较

麦草经碱－氧－蒽醌蒸煮脱木素后得到纤维素。以纤维素酶酶解该纤维素后制得的纤维素酶解波为原料,在黑曲霉的作用下发酵制取柠檬酸。研究了恒温发酵及周期变温发酵过程,并对二者进行了比较。结果表明：周期变温可刺激菌体生长,在发酵初期有利于产酸。     

Production of Citric Acid from Apple Pomace Enzymolyzed by Cellulase

Cellulase can evidently increase the content of glucose and has a significant effect on the production of citric acid from apple pomace by Aspergillus niger. Based on experiments, a cellulolytic enzyme named cellulase A6 was found able to produce about 170 g glucose from 1 kg dried apple pomace after 12 h reaction, with cellulase concentration of 20 U/g in the medium at 50℃, natural pH without pretreatment of alkali. Using the treated apple pomace as a liquid state substrate, Aspergillus niger-C selected out was able to produce about 256 g citric acid from 1 kg dried apple pomace at 35℃ in 3 d or 30℃ in 5 d with flask rotation speed of 210 r/min, and the conversion of citric acid could reach 80% based on the amount of sugar consumed.     

黑曲霉苹果酸酶基因的敲除及其功能研究

通过敲除黑曲霉(Aspergillus niger)菌株ATCC1015的苹果酸酶(Malic enzyme,ME)基因,研究了ME基因敲除对黑曲霉TCA循环相关代谢的影响。利用农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导的转化方法转化黑曲霉,通过同源重组敲除黑曲霉ME基因,筛选ME基因敲除菌株,获得了遗传性能稳定的ME基因敲除菌株。通过发酵实验,对比了野生菌株和ME基因敲除菌株在代谢产物累积方面的差异,发现ME基因敲除菌株的TCA循环中各种有机酸的产量与野生菌株相比没有明显变化。表明,ME基因的敲除对TCA循环没有产生明显影响。     

黑曲霉C2J6对环己酮的细胞耐受性机制

鉴于黑曲霉C2J6在有机溶剂中的菌体生长和酶活性与其细胞耐受性有关，为揭示菌体对有机溶剂的耐受规律和耐受性机制，考察了菌体对15种有机溶剂的耐受性，并从细胞水平上探究了菌体在疏水性较低的环己酮中的耐受性机制。结果表明：黑曲霉C2J6可以在多种有机溶剂中生长产酶，lgP为-0.24~3.0的有机溶剂对菌体生长及产酶有不同程度的抑制作用，而lgP>3.0的有机溶剂则起到相应的促进作用。环己酮胁迫下，细胞膜表面出现破损，胞内细胞器有皱缩现象，细胞表面疏水性下降，胞外核苷酸浓度上升，细胞膜不饱和脂肪酸含量降低，饱和脂肪酸含量增加。说明菌体对环己酮的耐受性涉及多个方面，多种耐受机制同时存在，使环己酮对细胞的毒害大大降低，从而提高了微生物的耐受能力。     

柠檬酸发酵高效轴向流搅拌反应器的中间试验

基于影响搅拌生物反应器的非生物参数、生物参数及流变学特性的分析研究,开发了高效轴向流搅拌生物反应器。该反应器具有流体混合均匀、氧传递速率快、转化率高和功耗低等优点。该反应器用于柠檬酸发酵中试研究,结果表明:在使用原菌种及发酵工艺的基础上,使产酸增加7.6%,转化率提高18.9%,发酵周期下降31%,产酸速率提高56%,功耗下降29%。     

紫外诱变柠檬酸生产菌黑曲霉的选育

初步研究了柠檬酸生产菌黑曲霉产柠檬酸的影响因素和培养条件,通过紫外诱变考察了出发菌株的受诱变性,统计了紫外诱变黑曲霉引起的生物学效应,在紫外诱变过程中筛选到一株稳定高产菌株10min-3,产酸增加了5.33%,可作为进一步诱变筛选的出发菌株.     

黑曲霉Aspergillus niger P-6021浆态发酵常山胡柚皮渣产果胶霉

The peel of Citrus changshan-huyou, coupled with wheat bran, could be utilized by Aspergillus niger P-6021 in slurry-state fermentation to produce pectinase with suitable enzyme composition for application in apple juice processing. The production of pectinase is improved by additional nitrogen source substances and mineral supplements. The ratio of carbon source substances to nitrogen source substances in the medium also has significant effect on the pectinase production by A. niger P-6021 in slurry-state fermentation. In the optimized medium composition, the maximal enzyme activity could reach 42 U.L^- 1 （polymethylgalacturonase）, 6.7 U.L^- 1 （polymethygalacturatesterase）, and 4.3 U.L^-1 （polymethylgalacturonate lyase）, respectively, after 3 days at 180 r.min^- 1 and 30℃. The crude pectinase shows significant effect to improve the yield and clarification of apple juice. Keywords Aspergillus niger, slurry-state fermentation, pectinase, Citrus changshan-huyou, apple juice     

Optimization of citric acid production by <Emphasis Type="Italic">Aspergillus niger</Emphasis> NRRL 567 grown in a column bioreactor

Citric acid production using Aspergillus niger NRRL 567 grown on peat moss has been optimized in a column bioreactor using a statistically based method. A 23 full factorial design with eight fermentation conditions was applied to evaluate significance on citric acid production and their interactions between variables, where the three independent variables evaluated were aeration rate, bed depth and temperature. Aeration rate and fermentation temperature were identified to be significant variables. Citric acid production markedly increases with aeration rate and fermentation temperature; however, the bed depth of solid substrate showed an insignificant effect on citric acid production. The optimum fermentation condition for citric acid production in a column bioreactor consisted of aeration rate of 0.84 vvm, bed depth of 22 cm and fermentation temperature of 32 °C. Under a given condition, a maximum citric acid production of 120.6 g/l was predicted and matched well with the experimental value of 123.9 g/kg.