应用沉浸式膜生物反应器连续培养虫草

设计了一种新型沉浸式膜生物反应器(SMBR),并首次将SMBR应用于虫草连续培养过程中。实验表明,间歇发酵7天后转为连续发酵;持续进行6天后,发酵液内菌丝体干重达到33.2g/L,多糖浓度5.4g/L,多糖产率为312mg/(L·h),是间歇发酵的10倍。由此表明,利用本课题组设计的膜生物反应器系统有利于胞外多糖和菌丝体的分离,是生产分离胞外虫草多糖的一条有效途径。     

酿酒酵母在硅橡胶膜生物反应器中连续发酵的生长动力学

实验研究了酿酒酵母在硅橡胶膜生物反应器中的细胞生长速率与操作参数之间的关系。在三水平正交实验基础上,用Gauss Newton非线性最小二乘法拟合了细胞比生长率与葡萄糖浓度、乙醇浓度和细胞浓度3变量之间的关系式,得到硅橡胶膜生物反应器乙醇连续发酵的细胞最大比生长率、饱和常数、产物抑制常数和群聚抑制常数等基本动力学参数,表明当细胞浓度达到15g/L或乙醇浓度达到70g/L时细胞生长受到完全抑制。连续发酵实验验证了硅橡胶膜生物反应器中的细胞生长动力学满足拟合模型的规律。     

PDMS膜生物反应器封闭循环连续发酵生产ABE

采用PDMS膜生物反应器和丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum,CICC8012),通过发酵反应与产物渗透汽化原位分离的耦合,实现了丙酮、丁醇和乙醇混合物(ABE)的连续发酵生产。进行了2轮操作持续时间分别为274 h和300 h的发酵实验,分别为间断耦合和连续耦合的操作方式。以连续耦合发酵为例,细胞平均干重为1.68 g L 1,丁醇产量为61.43 g L 1,葡萄糖消耗率为1.12 g L 1 h 1,丁醇的体积产率为0.205 g L 1 h 1,比产率为0.122 h 1,转化率为0.183 g g 1。第二轮连续封闭循环发酵的平均葡萄糖消耗率和丁醇产率,都几乎是第一轮的2倍。两轮发酵的细胞生长、产物浓度、葡萄糖消耗和丁醇生成曲线都出现至少2个峰值,表明丙酮丁醇梭菌能适应这种长期发酵模式并且出现再生长。结果表明,PDMS膜生物反应器封闭循环连续发酵生产ABE(特别是丁醇)的操作模式具有可行性和优越性。     

填料对一体式膜生物反应器运行效能的影响

进行了组合式膜生物反应器(CMBR)和一体式膜生物反应器(SMBR)处理生活污水的试验研究,以考察填料对处理效果的影响及减缓膜污染方面的作用。在稳定期,CMBR对COD的平均去除率为96.7%,SMBR为95.9%,对NH3—N的去除率分别为95.6%和94.9%,试验结果表明,填料的添加对反应器COD和NH3—N的去除效果影响不大,但能有效增强反应器对总氮的去除,去除率从54.5%提高到67.5%;经102 d连续运行,CMBR膜组件清洗次数少于SMBR,说明添加填料不仅提高了膜生物反应器(MBR)的处理效果,而且相对有效地减缓了膜阻力升高的速度;单位膜面积上胞外聚合物(EPS)的面密度与2个膜生物反应器过膜压力随运行时间的变化规律基本一致,CMBR和SMBR中膜阻力与单位膜面积上EPS的面密度正相关,证明EPS对膜污染有着重要的影响。     

活性炭减缓膜生物反应器膜污染的研究

针对膜生物反应器(MBR)中膜污染现象,提出投加活性炭方法抑制膜污染。对比了粉末活性炭(PAC)和颗粒活性炭(GAC)对MBR出水水质及膜污染速率的影响,分析了活性污泥性质,如溶解性微生物产物(SMP)、胞外聚合物(EPS)、絮体粒径分布、毛细吸水时间(CST),及膜面污泥层,得到了膜污染减缓机理。结果表明,MBR对总有机碳(TOC)和氨氮的去除率分别大于97%和98%,PAC组TOC去除率略高于GAC组和对照组。PAC的加入明显减少了与膜污染相关的SMP和松散结合型胞外聚合物(LB-EPS)浓度,降低了膜污染速率。GAC则主要通过冲刷破坏膜表面污泥层,抑制污泥层的生长,减缓了膜污染。     

胞外聚合物对浸没式膜生物反应器污泥混合液特性的影响

研究了胞外聚合物(EPS)对浸没式膜生物反应器(SMBR)污泥混合液特性的影响。在实验过程中,对污泥混合液黏度、污泥沉降性能、污泥絮体疏水性、污泥混合液可滤性定期进行了监测。实验结果表明:SMBR内累积的EPS直接影响污泥混合液的黏度、沉降性能、污泥絮体疏水性及污泥混合液的可滤性。     

金属离子对膜生物反应器混合液可滤性影响研究进展

膜生物反应器(MBR)作为一种高效的污水处理及回用工艺,近年来备受关注,然而MBR的膜污染问题严重制约了该工艺进一步快速的商业化推广。本文综述了金属离子对MBR污泥混合液可滤性的作用,并探讨了混合液中胞外聚合物(EPS)和溶解性微生物代谢产物(SMP)对膜污染影响。为说明高价金属离子对混合液可滤性的调控作用,文中通过DLVO、DCB及箱蛋理论深入探讨了金属离子对生物絮凝影响的机理。最后,对该领域未来的研究方向进行了论述。     

胞外聚合物对膜污染的影响及对策

膜生物反应器(MBR)中膜污染问题直接影响了工艺的稳定性和经济性。通过分析膜污染机理发现,胞外聚合物(EPS)在膜污染中起重要作用。从EPS的性质、组成及影响因素等方面进行了归纳总结,并对膜污染控制提出了相应的对策。     

不同碳源对A/O-动态膜生物反应器膜污染的影响

采用两套平行的A/O-动态膜生物反应器工艺处理市政污水,分别以乙酸钠(反应器A)、蔗糖(反应器B)为碳源,考察运行过程中不同碳源对EPS、溶解性蛋白质/溶解多糖比值、污泥粒径、Zeta电位的影响。结果表明,在运行过程中,反应器A中EPS累积量大于反应器B;A、B反应器中溶解蛋白质/溶解多糖比值分别为0.19~0.40和0.17~0.27,三维荧光图谱表明,A反应器中类蛋白荧光峰强于B反应器;反应器A中污泥粒径10μm的微粒所占的比例以及Zeta电位均大于反应器B。以蔗糖为碳源有利于减缓膜污染。     

不同碳源对A/O-动态膜生物反应器膜污染的影响

采用两套平行的A/O-动态膜生物反应器工艺处理市政污水,分别以乙酸钠(反应器A)、蔗糖(反应器B)为碳源,考察运行过程中不同碳源对EPS、溶解性蛋白质/溶解多糖比值、污泥粒径、Zeta电位的影响。结果表明,在运行过程中,反应器A中EPS累积量大于反应器B;A、B反应器中溶解蛋白质/溶解多糖比值分别为0.19⁰.40和0.170.40和0.17⁰.27,三维荧光图谱表明,A反应器中类蛋白荧光峰强于B反应器;反应器A中污泥粒径<10μm的微粒所占的比例以及Zeta电位均大于反应器B。以蔗糖为碳源有利于减缓膜污染。     

硅橡胶膜生物反应器封闭循环连续发酵制造乙醇放大实验及该发酵系统的基本性能

设计构建了发酵罐体积为5 L,单张膜有效面积为0.08 m2的平板硅橡胶膜生物反应器封闭循环连续发酵系统,实验研究了该系统在长期运行过程中的发酵反应动力学参数和膜传质动力学参数等基本性能.当发酵罐中乙醇浓度在30～60 g·L-1时,得质量浓度为17% ～28%的冷凝渗透液.在连续运行中,细胞浓度维持在10～24.8 g·L-1,料液罐中葡萄糖浓度大约为30～50 g·L-1,乙醇的体积产率为2.33～3.99 g·L-1·h-1,膜的渗透通量和分离因子分别为800～1050 g·m-2·h-1和5.1～8.6. 在连续269 h运行中,得到乙醇1999 g,基质转化率为87.2%,碳回收率为89.5%,产生的废液量大约为传统间歇发酵过程的22.2%左右.     

硅橡胶膜生物反应器中乙醇发酵与渗透汽化的耦合

用硅橡胶膜生物反应器(SMBR)实验研究连续发酵-渗透汽化的耦合性能。发酵微生物采用酿酒干酵母,所用碳源为工业级葡萄糖。发酵过程由于产物抑制作用,在乙醇质量浓度达到73 g/L时趋于停滞,而耦合渗透汽化膜后,发酵罐内的乙醇质量浓度降低并维持在40 g/L,使发酵可以连续稳定地进行。在SMBR运行达到稳态后,乙醇的体积产率为4.02 g/(L.h)。发酵液中乙醇质量浓度维持在20~63 g/L,聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜的总渗透通量为1 220~800 g/(m2.h),分离因子为5~9.2。与传统发酵和分离相同进料质量分数的乙醇溶液相比,乙醇发酵和渗透汽化在硅橡胶膜生物反应器中能相互耦合并得到强化。与较小规模耦合系统(发酵体积1 L和2 L)比较,性能稳定良好。     

乙醇发酵与渗透汽化在硅橡胶膜生物反应器中的耦合强化

用硅橡胶膜生物反应器(SMBR)实验研究了发酵-渗透汽化的耦合性能。发酵微生物采用酿酒活性干酵母,所用的碳源为工业级葡萄糖。间歇发酵过程由于产物抑制作用在乙醇浓度达到90g稬-1时就趋于停滞,而经耦合渗透汽化膜分离后,发酵罐内的乙醇浓度迅速降低并维持在40g稬-1,且发酵在此浓度下可以连续稳定地进行。 在SMBR运行达到稳态后,乙醇的体积产率为1.5gL-1h-1。SMBR中所用的聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合膜由实验室自行制备,它能稳定分离含有酵母细胞的发酵液。当发酵液中乙醇浓度为92.7~49.5g稬-1时,PDMS复合膜的总通量为1490~1164g穖-2h-1,分离因子为6.9~7.8,与分离相同进料浓度的清洁模型溶液相比分别平均高出31%和14%。乙醇发酵和渗透汽化在硅橡胶膜生物反应器中能够相互耦合并得到强化。     

硅橡胶膜生物反应器在苹果原汁发酵过程中的膜分离性能

利用硅橡胶膜生物反应器进行了苹果原汁发酵-渗透汽化分离实验,研究了苹果发酵液中的主要风味成分及其渗透汽化分离性能。发酵液中的主要芳香成分与传统苹果酒接近,但酯类物质的含量较低。硅橡胶膜对发酵液中的挥发性轻组分表现出良好的选择透过性,高级醇、酯类和醛类的分离率分别达到90%、76%和67%;而乳酸乙酯、β-苯乙醇和乙酸被不同程度地截留。非挥发性有机酸被截留在膜上游发酵液中。草酸、乙酸、柠檬酸和琥珀酸得到不同程度地浓缩;苹果酸、酒石酸和乳酸在分离过程中可能被微生物细胞所消耗,其含量有所降低。硅橡胶复合膜在选择性地分离挥发性轻组分的同时有效地保护了发酵液中的有机酸等非挥发性营养成分,研究结果进一步证明了采用硅橡胶膜生物反应器同时生产苹果白兰地和果汁发酵饮料的可行性。     

玉米水解糖液体发酵灵芝培养基的优化

采用摇瓶液体发酵的方法,以灵芝多糖为指标,对赤芝G22菌株液体发酵培养基进行了研究.通过对培养基中碳源和氮源种类及其含量的选择优化,得到多糖高产的培养基配方为:玉米粉水解糖(以葡萄糖计)6%,蛋白胨(以可溶性蛋白质计)0.15%,KH2PO4 0.1%,MgSO4·7H2O 0.075%,pH值6.0.采用优化的培养基液体发酵赤芝G22菌株,多糖产量由1.526 g·L-1提高到2.169 g·L-1,提高了42.13%.     

灵芝深层发酵工艺研究

对灵芝的摇床深层培养条件及反应器培养进行了研究.结果表明,最佳发酵培养基为:葡萄糖5%、玉米浆0.3%、豆饼粉1.0%、糖蜜0.6%、KH2PO4·3H2O 0.15%、MgSO4·7H2O 0.075%、三十烷醇1×10-6,初始pH值5.5～6.0.最佳摇瓶发酵条件为:种龄72～96 h、接种量5%、装液量50 mL、摇床转速150 r·min-1、温度28℃、初始pH值5.5～6.0.最佳发酵工艺条件为:温度28℃、搅拌转速150～200 r·min-1、装液量5 L、通风量3～5 L·min-1、初始pH值5.5.发酵工艺经优化后,菌丝体干重可达15.1 g·L-1、胞外粗多糖浓度达780 mg·L-1,分别比优化前提高了15.3%和18.8%.     

灵芝美容护肤作用机制及其在化妆品行业中的发展现状

通过对不同产地、不同生长条件以及不同种属和部位灵芝成分的综述,阐明了不同条件下灵芝成分的差异性;概述了灵芝的美容护肤机制,总结了现阶段含灵芝的化妆品品牌及成分,并分析了市场中灵芝化妆品的开发缺陷以及技术上的不足,旨在为灵芝在化妆品中的应用提供一定的理论基础。     

灵芝三萜提取工艺研究

研究灵芝中三萜的提取工艺.方法:采用单因素试验法和正交试验法,以灵芝三萜的提取率为考察指标,考察溶剂浓度、溶剂用量、温度、时间等因素对提取率的影响.结果:浸提温度是影响三萜提取率的主要因素.最佳工艺条件:溶剂为无水乙醇,溶剂用量为18倍量,时间2 h,温度80℃,此条件下三萜提取率达94.47%.结论:该工艺的三萜提取率高,可用于灵芝中三萜的提取.     

Morpholine Biodegradation in a Bioreactor

The degradation of morpholine, often reported as a recalcitrant compound, by a mixed culture consisting of nine bacteria and two yeasts in a bioreactor is described. The fermentation process was first carried out in discontinuous culture using different initial morpholine concentrations. The time variation of biomass and morpholine concentrations were used to determine the parameters characterizing the specific growth rate which is based on Monod's model modified to take into account the inhibition due to the substrate. In discontinuous cultures, the biomass concentration reached a maximum of 4·5 g dm^-3 with an initial morpholine concentration of 7 g dm^-3. When switching to continuous culture, the biomass reached 8·8 g dm^-3 with a dilution rate varying from 0·024 h^-1 to 0·052 h^-1 while reducing morpholine concentration to zero within 300 h. A numerical simulation was set up by integrating with time the mass balance equations for morpholine and biomass in the presence of a constant cell death rate. The results of the simulation were in close agreement with the observed data. The model was then extended to a membrane bioreactor. Experiments were first run with partial recycling (bleeding rate of 0·011 h^-1). The biomass concentration reached 27 g dm^-3 after 200 h while the morpholine concentration stabilized itself at 0·2 g dm^-3. With total recycling, the biomass reached 32 g dm^-3, when it became limited by the oxygen transfer of the apparatus. Here again the model was in good agreement with the observations except when the dilution rate was changed suddenly. This study indicates that data obtained in discontinuous batch mode can serve to predict the biomass and morpholine concentration variation in continuous mode in a membrane reactor and to determine the correct parameters for steady state operation.     

Design of a Continuous Rotating Annular Bioreactor for Immobilized-Cell Fermentations

A novel continuous annular packed-bed bioreactor for immobilized-cell fermentation was developed. In the operation of this bioreactor, the non-growth medium was added to the immobilized-cell phase evenly and continuously through a stationary inlet. The nutrient medium, on the other hand, was fed to the bed through a rotating nozzle. Therefore, addition of the nutrient medium to every local point in the immobilized-cell phase was only intermittent whereas the whole process was continuous. For an α-amylase fermentation by κ-carrageenan gel-immobilized Bacillus amyloliquefaciens cells, this bioreactor was found to be suitable for the control of cell growth and maintenance of cell productivity. Moreover, the volumetric productivity of α-amylase obtained in this bioreactor could be much higher than in a shake flask, if the reactor was properly operated. © 1997 SCI.