黄色短杆菌ilvN基因定点突变和ilvBN、ilvC串联表达对L-缬氨酸产量的影响

由ilv BN、ilv C基因编码的乙酰羟酸合成酶(AHAS)和乙酰羟酸异构还原酶(AHAIR)是L-缬氨酸合成途径的两个关键酶。本实验以黄色短杆菌Brevibacterium flavum MD515为出发菌株,通过PCR技术扩增其ilv BN和ilv C基因,对调节亚基ilv N进行定点突变,获得抗反馈抑制突变型编码基因ilv BNrC;然后将其插入穿梭表达载体p Z8-1中,构建串联表达质粒p Z8-1-ilv BNrC并转化出发菌株,筛选获得工程菌株B.flavum MD515/p Z8-1-ilv BNrC。摇瓶发酵该工程菌株L-缬氨酸产量达29.5 g·L-1,较出发菌株提高27.7%,同时生长速度和生物量也比出发菌株有所提高,丙氨酸含量降低,L-亮氨酸及L-异亮氨酸含量提高。在30 L发酵罐连续补料发酵60 h后L-缬氨酸产量达61.7 g·L-1,糖酸转化率为39.2%。菌株MD515/p Z8-1-ilv BNrC发酵液透光率较出发菌株高且蛋白含量低,这些特性有利于发酵液后期的分离提取。     

发酵粗甘油产乳酸的戊糖乳杆菌代谢进化

以生物柴油产业的副产物粗甘油为底物,可降低乳酸发酵的生产成本。但是,粗甘油发酵生产乳酸存在菌体生长缓慢、菌浓较低、产酸速率和终产物浓度偏低等问题。以实验室筛选的一株戊糖乳杆菌 (Lactobacillus pentosus R3-8)为出发菌株进行代谢进化。通过在培养基中添加高浓度的粗甘油和乳酸,分别进行菌株耐底物和产物抑制的代谢进化。用粗甘油驯化的第60代菌株,可耐受130 g·L^-1的粗甘油,与出发菌株相比,生长速率提高, 且生物量是原始菌株的1.23倍。用乳酸驯化的第50代菌株可耐受20 g·L^-1的乳酸,生物量比初始菌株提升了18%。驯化菌株的5 L发酵罐分批发酵结果显示,以粗甘油驯化至 60 代的菌株的批次发酵水平相对较好,乳酸产量、甘油转化率以及生产强度分别为 45.0 g·L^-1、0.989 g·g^-1和 0.47 g·L^-1·h^-1。以粗甘油驯化至 60 代的菌株进行补料分批发酵,乳酸终浓度为83.8 g·L^-1,比分批发酵提高了近1倍。     

嗜盐单胞菌利用乙酸盐合成PHB的研究

首先测试了嗜盐单胞菌Halomonas sp.TD1.0对乙酸钠的耐受性,结果显示乙酸钠浓度由25 g·L^-1提高到100 g·L^-1时对TD1.0生长的抑制率只有45.8%。在摇瓶培养中,TD1.0在36 h内消耗完27.3 g·L^-1乙酸钠,细胞干质量达到9.6 g·L^-1,其中PHB质量分数为61%,表明该菌株具有很好的高浓度乙酸钠耐受性和利用乙酸合成PHB的特性。随后为进一步提高乙酸钠的利用速度,在TD1.0中分别用高拷贝和低拷贝表达载体表达了来自枯草芽孢杆菌的乙酰辅酶A合成酶基因acs,结果显示,含有高拷贝表达质粒的菌株TD-PN59的乙酸盐平均利用速率为0.91 g·L^-1·h^-1,比 TD1.0提高了19.7%。TD-PN59的细胞干质量和PHB质量分数分别达到9.98 g·L^-1和65%,PHB产量达到6.49 g·L^-1,比TD1.0提高了约10.8%。在以葡萄糖和乙酸钠为混合碳源(10 g·L^-1 Glu和10 g·L^-1 NaAC)的培养基中,利用低拷贝载体表达acs的TD-PN85菌株的乙酸钠利用速率显著高于TD1.0,并且在一定程度上缓解了碳分解代谢物阻遏现象(CCR),促进了葡萄糖和乙酸钠的共利用。     

自产气气提与纤维床反应器耦合发酵生产丁醇

采用发酵产物中的二氧化碳（CO₂）和氢气（H₂）作为循环气提气源,对丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicum CGMCC 5234）发酵产物进行原位气提,实现丙酮、丁醇和乙醇混合物（ABE）的连续纤维床固定化发酵生产。连续发酵实验进行了12批次共309 h,总溶剂ABE当量浓度为133.3 g·L^-1（其中丁醇 83.5 g·L^-1,丙酮38.4 g·L^-1,乙醇11.4 g·L^-1）,葡萄糖消耗率为1.29 g·（L·h） ^-1,总溶剂ABE产率为0.431 g·（L·h） ^-1,转化率为0.333 g·g^-1,其中丁醇产率为0.270 g·（L·h） ^-1,转化率为 0.209 g·g^-1,发酵液中丁醇浓度控制在8～12 g·L^-1,显著优于游离发酵的结果。气提提取之后冷凝的ABE溶液出现分层现象,其中丁醇相丁醇浓度高达603.7 g·L^-1,极大地减缓后续分离提纯的负担。结果表明,自产气循环气提与纤维床固定化耦合连续发酵生产ABE（特别是丁醇）的工艺具有可行性和竞争力。     

过表达谷氧还蛋白基因GRX5提高酿酒酵母乙酸耐性

利用可再生的纤维素原料生产燃料乙醇是国内外研究的热点。但纤维素原料一些预处理过程产生的乙酸对酿酒酵母细胞生长和乙醇发酵产生强烈抑制,因此,提高酿酒酵母细胞的乙酸耐受性是提高纤维素乙醇发酵效率的重要手段。本文研究了谷氧还蛋白家族中GRX5p的编码基因的过表达对酿酒酵母在乙酸胁迫条件下细胞生长和发酵性能的影响。结果表明,过表达GRX5的重组菌株在含有5 g·L^-1乙酸的平板中生长优于对照菌株;在含有5 g·L^-1乙酸的培养基中进行乙醇发酵,过表达GRX5的重组菌株可在48 h基本消耗培养基中所有的葡萄糖,发酵周期比对照菌株缩短了12 h。过表达GRX5菌株的乙醇生产强度为0.897 g·L^-1·h^-1,比对照提高了28.5%。代谢物分析结果表明,过表达GRX5的重组菌株可产生更多的保护性物质海藻糖和甘油,有利于增强菌株胁迫耐受性。     

ORP调控对马克斯克鲁维酵母发酵纤维素水解液的影响

采用通气的方式进行氧化还原电位（oxidation-reduction potential,ORP）调控,研究在添加抑制物条件下Kluyveromyces marxianus 1727-5利用葡萄糖、木糖以及两者混合体系的发酵性能,在此基础上考察了ORP调控策略对玉米秸秆水解液发酵的影响。研究结果表明：在调控ORP策略下,多种混合抑制物对酵母生长代谢造成的损害得以有效改善,细胞活性高,木糖、葡萄糖代谢速率加快。葡萄糖与木糖共发酵时,ORP调控至-150 mV时,葡萄糖发酵时间缩短近30%,木糖醇浓度由3 g·L^-1增加到10 g·L^-1。ORP调控策略也同样能有效缓解玉米秸秆水解液中较高浓度的多种抑制物对酵母细胞的胁迫,ORP为-100 mV时,相比于对照组,在保持终点乙醇不变的情况下,葡萄糖的发酵时间缩短了22%;木糖消耗由4.88 g·L^-1增至10.27 g·L^-1,木糖醇得率也由0.20 g·g^-1提高至0.48 g·g^-1。     

氧化还原电位调控混合糖为底物的丁醇发酵

控制丁醇发酵过程中的氧化还原电位（oxidoreduction potential, ORP）能够大幅提高丁醇产量和果糖利用率,并降低终点有机酸浓度。实验考察了以葡萄糖和果糖混合糖为底物,通过泵入无菌空气控制ORP分别不低于-490、-460、-430及-400 mV丁醇发酵情况。其中,控制ORP不低于-460 mV时,丁醇和总溶剂产量分别达到13.19 g·L^-1及19.71 g·L^-1,相对于不控制ORP的丁醇自然发酵分别提高了139.38%及117.07%,残糖浓度降低至3.20 g·L^-1,糖利用率高达94.18%。该调控策略有效地解决了以葡萄糖和果糖混合糖为底物的丁醇发酵过程中存在的残糖浓度高、丁醇产量低的问题。     

氧化还原电位控制下自絮凝酵母高浓度乙醇发酵

控制自絮凝酵母高浓度乙醇发酵过程的氧化还原电位（oxidoreduction potential, ORP）能降低环境胁迫对细胞的影响,提高乙醇生产强度和乙醇收率。实验考察了初始糖浓度为200、250、300 g·L^-1及ORP控制为-100、-150 mV和不控制的乙醇发酵情况。结果表明控制ORP的发酵过程,生物量和细胞存活率均高于不控制的系统,相应的发酵速度得到了提高,但是乙醇对糖的收率存在最优值。在实验设定初始糖浓度最高的300 g·L^-1的发酵过程中,控制ORP为-150 mV时,取得了最大的净乙醇生成量和乙醇对糖的收率。ORP控制改变了絮凝颗粒的粒径分布,运用多元线性拟合,发现ORP对絮凝的影响是正向的。ORP改变了发酵液中生物量及代谢物的浓度而间接影响了细胞的絮凝状况。     

固定床生物反应器模拟溶浸采铀吸附尾液中Fe2+的氧化试验

以活性炭作载体固定嗜酸氧化亚铁硫杆菌,构建固定床生物反应器,模拟溶浸采铀矿山吸附尾液全Fe浓度和溶液pH条件,对生物反应器氧化Fe²⁺工艺参数进行了试验研究。结果表明:活性炭作载体比无载体时生物反应器氧化Fe²⁺速率增加了1.4倍,由0.5 g·L^-1·h^-1增大至1.2 g·L^-1·h^-1;生物反应器运行过程中溶液中全Fe因生成铁钒而不断消耗,需要定期清理反应器中的铁矾和补充FeSO₄以保持溶液中全Fe浓度;生物反应器最优的操作条件是:底部通气,Fe²⁺浓度为5 g·L^-1时,溶液流量为1.2~1.4 L·h^-1;Fe²⁺浓度为1 g·L^-1时,溶液流量为5.4 L·h^-1。     

FeCl3对污泥酸性发酵产物中丙酸比率的影响

采用半连续运行的序批式反应器进行污泥酸性发酵试验,研究了发酵液中FeCl₃浓度对污泥发酵产物中丙酸比率的影响。实验表明：在温度32℃、HRT 6.6 d、进泥VS浓度 20.43 g·L^-1、pH5.5～6.0的条件下,FeCl₃浓度由0增加到232 mg·L^-1时,发酵液中ORP逐渐提高,丙酸比率变化不大;FeCl₃相似文献   

Optimizational production of phenyllactic acid by a Lactobacillus buchneri strain via uniform design with overlay sampling methodology

A Lactobacillus buchneri GBS3 strain isolated from the traditional Chinese pickles was used for the production of 3-phenyllactic acid(PLA), an important compound with antimicrobial activities against a wide species of grampositive and gram-negative bacteria and some fungi. The growth performance of this strain in the de Man, Rogosa and Sharpe(MRS) medium, the production of metabolites of valuable organic acids, and the biosynthesis of PLA using this strain as the whole-cell biocatalyst and phenylpyruvic acid(PPA) as the precursor, were investigated experimentally. The uniform design method with overlay sampling was developed for the optimization of the biotransformation conditions. The results showed that although it produced naturally lactic acid with the maximum concentration of 1.84 g·L~(-1) and PLA with the concentration of 0.015 g·L~(-1) after 66 to 72 h cultivation in MRS broth by fermentation, the present strain displayed an effective utilization ability by transforming PPA to PLA. By the uniform design method with overlay sampling for the design and optimization of transformation conditions, a maximum yield of 10.93 g·L~(-1) PLA with the mole conversion ratio of 83.07% from PPA to PLA was achieved under the optimized condition, i.e., 20 g·L~(-1) glucose, 270 g·L~(-1) cells, 13 g·L~(-1) PPA, pH 8.0 and the reaction time of 15 h, indicating that Lactobacillus buchneri GBS3 was an interesting strain for the biosynthesis of PLA via the microbial transformation. The prediction of PLA yield under different conditions was achieved successfully based on the limited information of only a small number of experiments by the uniform design with overlay sampling. Therefore, the present methodology is effective and helpful for the optimization of the biosynthesis processes of PLA.     

大肠杆菌中核黄素的生物合成途径改造及生产

利用PCR技术从枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis 168)中扩增出3.5 kb的核黄素操纵子,将其分别连接到不同拷贝数的表达载体pSC101、p15A、pBR322,得到重组载体pSC101-BSrib、p15A-BSrib和pBR322-BSrib,并分别转化到大肠杆菌(Escherichia coli K-12 MG1655)。对含有核黄素操纵子的重组大肠杆菌进行摇瓶发酵,结果表明其核黄素合成能力随着质粒拷贝数的增加而增强。随后对E. coli K-12 MG1655 ECX3菌株的诱导剂IPTG浓度和发酵温度进行了优化。结果显示,0.1 mmol·L^-1 IPTG和42 ℃为核黄素生产的最适宜条件。在此条件下,菌株ECX3在LB培养基中核黄素产量达到251.4 mg·L^-1。最后,通过无痕基因操作技术,减弱了工程菌株ECX3核黄素激酶/黄素腺嘌呤二核苷酸氨酰转移酶(ribF)的表达以减少核黄素转化为FMN和FAD,摇瓶中工程菌株ECX4的核黄素产量提高到292.3 mg·L^-1。     

含硫酸亚铁废溶液的生物氧化过程中氮源对溶解性Fe（Ⅲ）生成量的影响

利用嗜酸性氧化亚铁硫杆菌将含硫酸亚铁废溶液中的Fe²⁺氧化成Fe³⁺后用于脱除H₂S,同时实现了含硫酸亚铁废溶液的循环利用和H₂S的脱除。而溶解性Fe³⁺较高的生成量是保证该处理系统连续高效运行的关键因素。但在充足氮源和K⁺条件下大量Fe³⁺以黄铁矾沉淀形式存在。因此,本文通过控制氮源种类及投加浓度,减少沉淀生成,增大溶解性Fe³⁺生成量,以期提高H₂S的去除效率。结果表明（NH₄）₂HPO₄可替代以往研究中的（NH₄）₂SO₄作为氮源,确定适宜菌体生长的氮源浓度范围为0.33～1 g·L^-1。在1 g·L^-1 （NH₄）₂HPO₄条件下细菌生长无明显停滞期、Fe²⁺平均氧化速率为0.221～0.229 g·（L·h） ^-1,Fe³⁺生成量为7.62～7.72 g·L^-1,沉淀量为1.17 g·L^-1,因此确定（NH₄）₂HPO₄为1 g·L^-1时最能保证H₂S的脱除效率。为降低工艺成本,最低可采用0.33 g·L^-1为运行浓度。该优化方案不仅保证了菌体的Fe²⁺氧化活性,而且有效地减少了菌体培养过程中沉淀的产生,获得了较高的Fe³⁺生成量和增速,为使用含硫酸亚铁废溶液处理H₂S的工艺条件优化提供了依据。     

无氟无铵铝合金表面预处理新工艺

针对铝合金表面预处理过程存在污染严重、水耗高等问题,研究开发无氟无铵铝合金表面预处理新工艺。考察了碱性药剂配方组成及浓度、温度和时间对铝耗和铝合金表面形貌的影响,并通过正交实验确定了新工艺的优化方案。研究结果表明,经过“预处理-中和”两个步骤,铝合金表面平整、起砂细腻,铝耗仅为 2.0%。新工艺起砂效果优于传统碱蚀工艺,与传统酸蚀工艺细腻砂面相近。新工艺铝耗比传统碱蚀工艺降低约71%,与传统酸蚀工艺相近。新工艺操作时间比传统碱蚀工艺和酸蚀工艺分别缩短了23%和31%。最佳药剂配方为Na₂CO₃（80 g·L^-1）, NaOH（8 g·L^-1）,Na₂SO₄（25 g·L^-1）, Na₃PO₄（20 g·L^-1）, SDS（0.6 g·L^-1）, 甘油（5 g·L^-1）。 最佳操作条件为55℃和10 min。新工艺不仅从工艺源头消除了氟和氨氮污染,还实现了除油-起砂-去机械纹等多功能一体化集成。具有低污染、低铝耗、低水耗、短流程、高效率等优点,兼具环境友好和资源节约等优势。     

氧化还原电位控制的自絮凝酵母自动重复批次发酵

引言随着石油资源的日益减少和环境污染的逐渐加剧,使用可再生的清洁能源已经是世界各国的共识。在众多形式的非矿物质能源中,基于生物质的燃料乙醇已得到了广泛的应用[1]。但是,由于生产成本较高,各国的燃料乙醇生产大都依靠着政策扶植和税收优惠[2]。因此,看似十分"成熟"的乙醇生产产业,仍然需要进一步开发降低成本的创新技术[3]。近些年来,通过基因工程手段改造菌种[4]、