气提法弱化超高浓度乙醇发酵过程中自絮凝酵母振荡行为

超高浓度(very high gravity,VHG)连续乙醇发酵过程中的振荡行为会导致发酵终点的乙醇浓度振荡和降低,是VHG连续乙醇发酵面临的主要问题。研究表明,游离酵母Saccharomyces cerevisiae 4126和自絮凝酵母BHL01在VHG连续乙醇发酵过程中,生物量、残糖、乙醇、甘油等发酵参数都呈现130～145 h的周期性振荡,且絮凝酵母发酵体系的平均乙醇浓度和乙醇生产强度都明显高于游离酵母体系。在絮凝酵母VHG连续乙醇发酵过程中利用发酵尾气气提分离乙醇,酵母细胞振荡行为被明显弱化,达到拟稳态状态,并且使发酵液中的残糖浓度控制在0.1 g·L^-1以下,平均乙醇浓度为110.87 g·L^-1,乙醇产率达到2.99 g·L^-1·h^-1。因此,本研究为弱化VHG连续乙醇发酵中的参数振荡行为提供了新的技术手段。     

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。     

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。     

咪唑类离子液体的合成与表征

通过两步法合成了阳离子含亲水性咪唑离子基和疏水烷基链结构、阴离子相同的1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([Emim]Ac)、1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐([Bmim]Ac)、1-己基-3-甲基咪唑醋酸盐([Hmim]Ac)3种离子液体。利用红外光谱对其进行结构表征,并探究温度对pH的影响;考察温度、离子液体质量浓度、有机溶剂对电导率的影响;测定临界胶束浓度和溶解性。结果表明,[Emim]Ac、[Bmim]Ac、[Hmim]Ac碱性递减,其在不同溶剂中的电导率随温度(28～60℃)的升高、离子液体质量浓度(6～20 g/L)的增加而增大,且受溶剂性质影响;临界胶束浓度分别为11.46、9.92 g/L和9.72 g/L;其溶解性随溶剂极性的增强、侧链烷基的伸长而增大。     

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。     

十二醇-癸酸-纳米粒子复合相变材料传热性能

针对有机相变材料热导率低的共性,以质量比为58.47:41.53的脂肪烃类低共熔有机物十二醇(DA)-癸酸(CA)为基液,添加纳米粒子MWNT、Cu、Al₂O₃及分散剂SDBS制备出纳米复合相变材料,从纳米粒子种类、添加浓度及超声时间方面研究其对复合有机相变材料热物性的影响。实验发现MWNT、Cu、Al₂O₃的添加都可以不同程度上提高DA-CA的热导率。当超声时间为50min、纳米粒子浓度均为0.1g·L^-1时3种纳米复合材料的热导率大小依次是:MWNT>Al₂O₃>Cu。最优例:超声分散时间90min,DA-CA+MWNT(0.1g·L^-1)+SDBS(0.2g·L^-1)的热导率最大,为0.3602W·m^-1·K^-1,相较DA-CA提高了20.5%,在不影响基液热物性的基础上具有良好的热稳定性。     

基于流动注射光度法同时测定催化剂浸渍液中CoO/MoO3

基于Mo（Ⅵ）-抗坏血酸、Co（Ⅱ）-KSCN反应体系和流动注射光度法,建立了一个全新的催化剂浸渍液中超高浓度CoO/MoO₃的同时测定系统。研究发现：Co（Ⅱ）与KSCN络合物是由K₂Co（SCN）₄和K₄Co（SCN）₆构成,利用后者可定量Co（Ⅱ）;Co（Ⅱ）对Mo（Ⅵ）-抗坏血酸反应有抑制作用,会干扰Mo（Ⅵ）测定;本研究利用Co（Ⅱ）的抑制作用,人为在测Mo（Ⅵ）的显色剂中加入一定量的硝酸钴,解决了该干扰问题。另外,对测定Co（Ⅱ）/Mo（Ⅵ）用的显色剂中的成分及浓度、进样体积、反应温度等相关影响因素进行了优选,得到的结果是：测定Mo（Ⅵ）的显色剂由15%（质量分数）抗坏血酸、10 g·L^-1硝酸钴（以CoO计）及0.1 mol·L^-1硫酸组成,测定Co（Ⅱ）的显色剂由37.5% KSCN、0.1 mol·L^-1 NaAc-HAc（pH 5.8）组成;MoO₃和CoO的测定范围分别为10~100 g·L^-1和5~50 g·L^-1,检出限分别为2.1 g·L^-1和1.3 g·L^-1,RSD<1.2%（n=11）,回收率为98%~104%,分析速度为20样/小时。     

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。     

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。     

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]、     

Study of simultaneous saccharification and fermentation for steam exploded wheat straw to ethanol

Although simultaneous saccharification and fermentation (SSF) has been investigated extensively, the optimum condition for SSF of wheat straw has not yet been determined. Dilute sulfuric acid impregnated and steam explosion pretreated wheat straw was used as a substrate for the production of ethanol by SSF through orthogonal experiment design in this study. Cellulase mixture (Celluclast 1.5 l and ?-glucosidase Novozym 188) were adopted in combination with the yeast Saccharomyces cerevisiae AS2.1. The effects of reaction temperature, substrate concentration, initial fermentation liquid pH value and enzyme loading were evaluated and the SSF conditions were optimized. The ranking, from high to low, of influential extent of the SSF affecting factors to ethanol concentration and yield was substrate concentration, enzyme loading, initial fermentation liquid pH value and reaction temperature, respectively. The optimal SSF conditions were: reaction temperature, 35°C; substrate concentration, 100 g·L^-1; initial fermentation liquid pH, 5.0; enzyme loading, 30 FPU·g^-1. Under these conditions, the ethanol concentration increased with reaction time, and after 72 h, ethanol was obtained in 65.8% yield with a concentration of 22.7 g·L^-1.     

内嵌纳米粒阴离子交换聚甲基丙烯酸羟乙酯复合晶胶分离三磷酸胞苷

用结晶致孔法制备了内嵌SiO₂颗粒的聚甲基丙烯酸羟乙酯基复合晶胶,经甲基丙烯酸二甲氨乙酯接枝修饰后,得到了阴离子交换复合晶胶介质,用于从啤酒酵母转化液中色谱分离三磷酸胞苷。色谱分离过程以0.01 mol·L^-1 HCl为平衡液,以0.02 mol·L^-1 和0.1 mol·L^-1 的NaCl溶液（用平衡液配制）分步洗脱。通过高效液相色谱定量分析,所得三磷酸胞苷的纯度达97.2%,回收率82.5%。与其他分离方法相比,本法过程简单、分离迅速高效,在核苷酸药物的分离领域具有很好的应用前景。     

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。     

Concentration control of volatile organic compounds by ionic liquid absorption and desorption

Volatile organic compounds (VOCs) are difficult to be eliminated safely and effectively because of their large concentration fluctuations. Thus, maintaining a stable concentration of VOCs is a significant study. In this research, H₂O, Tween-80,[Emim]BF₄,[Emim]PF₆, and[Hnmp]HSO₄ were applied to absorb and desorb simulated VOCs. The ionic liquid[Emim]BF₄ demonstrated the best performance and was thus selected for further experiments. As the ionic liquid acted as a buffer, the toluene concentration with a fluctuation of 2000-20000 mg·m^-3 was stabilized at 6000-12000 mg·m^-3. Heating distillation (90℃) was highly efficient to recover[Emim]BF₄ from toluene. The regenerated[Emim]BF₄ could retain its initial absorption capacity even after multiple cycles. Moreover,[Emim]BF₄ had the same buffer function on various aromatic hydrocarbons.