木糖发酵生产2,3-丁二醇条件的优化

利用一株肺炎克雷伯氏菌发酵木糖生产2,3-丁二醇,运用单因素试验和四因素三水平L9(34)正交试验设计的方法,探讨发酵pH、温度、装液量和转速对2,3-丁二醇产量的影响.结果表明:在木糖浓度80 g/L、接种量6%(体积分数)、初始pH值6.0、转速120 r/min、装液量80mL/250mL、35℃的条件下发酵84h,木糖利用率为90%,2,3-丁二醇的质量浓度为33.0g/L,得率为0.46g,g,达到理论值的92%.     

Paenibacillus polymyxaZJ-9混合发酵菊粉和葡萄糖合成R,R-2,3-丁二醇

在7.5 L发酵罐上考察了Paenibacillus polymyxa ZJ-9混合发酵菊粉和葡萄糖合成R,R-2,3-丁二醇的工艺条件。选用菊芋菊粉粗提液为发酵前期底物,分析比较不同初始菊粉浓度下的细胞比生长速率(μ)和产物比合成速率(qp),进而研究了补糖种类和不同补料方式对合成R,R-2,3-丁二醇的影响。结果表明,初始菊粉75.0g/L,当发酵到24 h、31 h时,分别添加15.0 g/L的葡萄糖,发酵效果最佳,44 h时,产物产量达到最高值47.8 g/L,与分批发酵相比,糖转化率由原来的34.9%提高到45.5%,生产强度由原来的0.70 g/(L·h)提高到1.09 g/(L·h),并且副产物乙偶姻、残糖浓度相对较低。     

双酵母发酵秸秆水解糖产乙醇条件研究

初步探讨了秸秆水解糖混菌发酵的最优条件。结果表明,调整秸秆水解液中葡萄糖与木糖的比例为3：2,初始糖浓度为100g／L,初始pH为5．5,在32℃下进行嗜单宁管囊酵母和酿酒酵母混合发酵44h,平均乙醇浓度为35g／L左右,最大糖醇转化率为35．6％,达到混合发酵理论值的72．1％。从经济角度来看,混糖发酵优于分步发酵。     

稻草液化产物纤维素的酶解糖化研究

研究了稻草经乙二醇"液化"后的酶解糖化条件,得到了可用于生产2,3-丁二醇等燃料的还原糖.结果表明,经"液化"预处理,纤维素含量由36.7%上升为61.2%,酶解所需用酶量、时间远远少于未处理的秸秆;150g/L的"液化"产物,加酶量68.8IU/g,pH4.8,温度50℃,转速200r/min,酶解108h,得到葡萄糖75.5mg/mL,总还原糖得率为51.5%.用得到的酶解液适量补糖发酵生产2,3-丁二醇,最终得到2,3-丁二醇29.4mg/mL,摩尔转化率达到理论值的73.5%.     

玉米秸秆水解液发酵产琥珀酸的条件优化研究

以玉米秸秆水解液为原料,对一株产琥珀酸放线杆菌(Actinobacillus succinogenes)ATCC 55618的发酵条件进行优化,研究了培养温度、发酵培养基的初始pH以及培养基成分对该菌株产琥珀酸发酵的影响,并利用响应面法(RSM)对发酵培养基中的水解糖、玉米浆和Na2CO3添加量3个主要因素进行优化,经过优化后的发酵条件为培养温度37℃、培养基初始pH6.8;水解糖质量浓度60g/L、玉米浆质量浓度10g/L、Na2CO3(10mol/L)添加量2mL。在1L的厌氧甁中进行了分批发酵放大实验,琥珀酸产量最高达19.66g/L。     

纤维质水解液发酵生产生物油脂

为提高发酵性丝孢酵母对纤维质水解液的适应性,对该菌株进行了驯化。利用驯化后的菌株发酵纤维质水解液生产生物油脂,并对纤维质水解液发酵体系进行优化。通过摇瓶培养试验,得到了优化体系。结果表明:驯化后的菌株发酵纤维质水解液的糖利用率比原来提高了37.2%,生物量提高了24.3%,油脂含量提高了18.3%,油脂浓度提高了45.6%。优化后的发酵条件为:初始糖浓度60~80 g/L,初始pH 6.0,质量比3∶1的酵母粉+(NH4)2SO4复合氮源。在该条件下,可得菌体生物量、油脂含量和油脂浓度分别为22.6 g/L、46.3%和10.5 g/L。同时对其生物油脂的成分进行了分析。     

玉米秸秆稀酸水解液发酵生产纤维素乙醇的研究

该文系统考察了溶氧、初始pH值、培养温度、氮源以及玉米秸秆稀酸水解液中糠醛和乙酸对嗜鞣管囊酵母乙醇发酵的影响。结果表明,装液量75mL/250mL三角瓶、转速80r/min、初始pH值为5.5、培养温度30℃和酵母膏6g/L是嗜鞣管囊酵母乙醇发酵的较佳条件,乙醇产量可达到7.52g/L;糠醛和乙酸对嗜鞣管囊酵母细胞增殖、乙醇合成和底物消耗具有明显的抑制作用,且糠醛和乙酸同时存在于发酵培养基中会加剧抑制的产生。经菌种驯化改良后,嗜鞣管囊酵母G21增强了对秸秆稀酸水解液的适应性,实际乙醇得率由77.7%vol提高至89.4%vol。     

圆红冬孢酵母发酵玉米秸秆水解液产油脂的研究

以玉米秸秆为原料,圆红冬孢酵母As 2.1389为实验菌株,研究了玉米秸秆稀酸水解的条件及该菌种在水解液中发酵产油脂的特性.结果表明,玉米秸秆的最佳水解条件为:硫酸体积分数2％,固液比1∶10,121℃高压水解20 min;在此条件下,水解液中的还原糖含量为38.77 g/L.圆红冬孢酵母在经Ca(OH)2脱毒处理后的水解液中进行发酵产油脂,最佳发酵条件为:pH 5,接种量15％,发酵时间5d,得到的生物量为13.5 g/L,油脂产量4.71 g/L,油脂含量为34.89％,还原糖利用率95.73％.气相色谱-质谱分析表明其油脂的脂肪酸组成与植物油脂相似,可作为制备生物柴油的原料油脂.     

玉米秸秆糖醇发酵产丁二酸及表征

以玉米秸秆糖醇液为原料,考察产琥珀酸放线杆菌（Actinobacillus succinogenes）X-1对不同单一碳源的同化能力,并验证产琥珀酸放线杆菌可同化利用玉米秸秆糖醇液。利用Box-Behnken中心组合设计试验,通过响应面分析法优化发酵工艺参数为：玉米秸秆糖醇液初始还原糖质量浓度42.81 g/L、酵母膏质量浓度12.53 g/L、缓冲剂MgCO3质量浓度15.90 g/L,经5 L发酵规模实验,发酵周期48 h,丁二酸产率为85.1%,还原糖利用率为85.4%。经红外光谱和核磁共振表征其发酵产物为生物基丁二酸。     

木糖母液发酵生产2,3-丁二醇的研究

对4株2,3-丁二醇生产菌株利用木糖的能力进行比较,其中肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae CICC10011)具有最佳的发酵性能,并以该菌为出发菌株对其利用木糖母液发酵2,3-丁二醇进行研究。首先通过单因素试验研究木糖母液和氮源对2,3-丁二醇发酵的影响,然后采用L(93)4正交试验优化发酵培养基的主要成分,优化后的培养基组分为,木糖母液90 g/L,玉米浆12 g/L,K2HPO47 g/L,KH2PO42 g/L,(NH)42SO42 g/L,柠檬酸钠3 g/L,MgSO.47H2O 0.1 g/L,FeSO.47H2O 0.005 g/L,MnSO.47H2O 0.005 g/L,ZnSO.47H2O 0.01 g/L。在优化后的发酵培养基中进行摇瓶发酵,72 h发酵2,3-丁二醇浓度为35.7 g/L,比优化前增加了7.5 g/L,2,3-丁二醇得率达到了理论得率的92%。     

玉米秸秆水解液发酵产微生物油脂的动力学模型研究

对玉米秸秆水解液发酵产微生物油脂动力学进行研究,基于Logistic方程和LuedekingPiret方程分别建立了微生物油脂发酵过程茵体生长和油脂合成随时间变化的数学模型,同时对试验值与模型进行了验证比较,应用气相色谱技术对微生物油脂中的不饱和脂肪酸成分进行分析。结果表明,以玉米秸秆为原料、深黄被孢霉为菌株,好氧间歇发酵,得到生物量为10.63g/L,油脂含量为49.53%。模型模拟计算结果与试验值能较好地吻合,该模型能较好地反映玉米秸秆水解液发酵产微生物油脂发酵的过程。     

Box-Behnken法优化玉米秸秆预处理工艺对酶解糖化的影响

为促进生物炼制产业发展,提高玉米秸秆酶解糖化效率,运用Box-Behnken试验设计优化预处理工艺,研究硫酸质量分数、反应时间、反应温度和固液比四个因素对半纤维素水解率的影响规律,并结合扫描电子显微镜、红外光谱仪、X-射线衍射仪分析玉米秸秆微观形貌、结构等指标。结果表明：玉米秸秆预处理最佳工艺为反应温度100℃、硫酸质量分数1.2%、反应时间120 min、固液比1∶9（g∶mL）,在此条件下半纤维素水解率为84.93%,木质素脱除率为46.15%,预处理水解液还原糖质量浓度为2.04 g/100mL,木糖产率为74.22%,87.89%纤维素保留在固体部分,经72 h酶解反应酶解率达到85.79%,未处理玉米秸秆酶解率仅为32.25%。     

不同类型低共熔溶剂预处理对玉米秸秆酶解效率的影响

为探索不同类型低共熔溶剂（DES）预处理提高生物质酶解效率的机制,该研究选取两类DES即酸性（氯化胆碱(ChCl)-乳酸(Lac)、甜菜碱(B)-Lac）和碱性DES（ChCl-乙醇胺(M)、ChCl-N-(2-羟乙基)乙二胺(CN-2)）预处理玉米秸秆,对比研究不同酸碱性的DES对玉米秸秆组分和酶解效果的影响。研究表明碱性DES预处理和酶解效果较好,多糖含量从未处理时51.59%提高到81.33%~83.36%,木质素去除率71.35%~89.72%,多糖降解较为完全。红外光谱显示预处理中大量木质素和半纤维素的链接键发生断裂,糖苷键吸收峰显著增强;X-射线衍射表明玉米秸秆结晶度数值由32.99增至处理后的53.60,但晶体结构未改变。与酸性DES相比,碱性DES处理后外观色泽较浅,扫描电镜显示与未处理相比,预处理后的纤维疏松且粗糙。两类DES均是高效的预处理溶剂,碱性DES除本身碱性外,还可选择性的去除木质素,破坏半纤维素和木质素间链接键,纤维素与酶的接触面增大,从而酶解效率显著提高。该研究为生物质预处理新型DES溶剂的设计和选择提供一定的理论参考。     

碱法预提取玉米秆半纤维素及对后续制浆的影响

利用NaOH在较温和的温度条件下从玉米秆原料中预提取出了半纤维素,分析了提取液中糖类组分及含量,采用NaOH-AQ法对提取过半纤维素的玉米秆进行了制浆实验,考察了预提取对制浆以及黑液中SiO_2含量的影响.结果表明,玉米秆半纤维素的主要成分是木聚糖,在温度75℃,碱浓10%时,提取液中木糖总量占原料中木糖的91.8%.黑液中SiO_2含量的检测结果表明玉米秆中SiO_2含量较低,未经预提取原料NaOH-AQ蒸煮黑液中SiO_2含量为163 mg/L,经预提取之后,相同条件下蒸煮所得黑液中SiO_2含量均有不同程度的下降.在碱浓达到8%时,硅含量比未经预提取玉米秆的制浆黑液降低了79.8%.提取后原料的制浆结果表明半纤维素预提取可以显著提高纸浆的白度,降低纸浆卡伯值,但同时也会在一定程度上降低纸浆的得率和黏度.     

Energy and greenhouse gas profiles of polyhydroxybutyrates derived from corn grain: a life cycle perspective

Polyhydroxybutyrates (PHB) are well-known biopolymers derived from sugars orvegetable oils. Cradle-to-gate environmental performance of PHB derived from corn grain is evaluated through life cycle assessment (LCA), particularly nonrenewable energy consumption and greenhouse gas emissions. Site-specific process information on the corn wet milling and PHB fermentation and recovery processes was obtained from Telles. Most of energy used in the corn wet milling and PHB fermentation and recovery processes is generated in a cogeneration power plant in which corn stover, assumed to be representative of a variety of biomass sources that could be used, is burned to generate electricity and steam. County level agricultural information is used in estimating the environmental burdens associated with both corn grain and corn stover production. Results show that PHB derived from corn grain offers environmental advantages over petroleum-derived polymers in terms of nonrenewable energy consumption and greenhouse gas emissions. Furthermore, PHB provides greenhouse gas credits, and thus PHB use reduces greenhouse gas emissions compared to petroleum-derived polymers. Corn cultivation is one of the environmentally sensitive areas in the PHB production system. More sustainable practices in corn cultivation (e.g., using no-tillage and winter cover crops) could reduce the environmental impacts of PHB by up to 72%.     

白酒中特征手性物质的SLE-GC-MS识别方法

运用固相支撑-液液萃取(solid-supported liquid-liquid extraction,SLE)技术和手性环糊精气相色谱柱建立了白酒中乳酸乙酯的2种对映体和2,3-丁二醇的3种对映体的分析方法,采用内标标准曲线定量。结果表明,乳酸乙酯、2,3-丁二醇在各自质量浓度范围内线性关系良好,在基质样品中的平均加标回收率在80%以上,相对标准偏差为1.34%~8.50%。该方法测得D-、L-乳酸乙酯和S-、R-、meso-2,3-丁二醇的检出限分别是64.32、47.74、62.70、59.08和26.58μg/L。利用所建立方法对酱香、浓香、清香3种香型的6种市售白酒样品进行分析,目标手性对映体在所选6个酒样中含量及比例不同,并首次在白酒中分离出S-2,3-丁二醇。该方法具有高效灵敏、精密度和准确度高、易操作等特点,适用于白酒中手性物质的检测,可为利用手性识别进行白酒质量监控、原产地溯源、品质鉴定提供新思路。     

Metabolism of 2,3-butanediol in yeasts

The biochemistry and physiology of 2,3-butanediol metabolism has been studied in a number of selected yeast species. Candida utilis CBS 621 exhibited diauxic growth on 2,3-butanediol. The first phase was characterized bu the utilization of the two optically active stereoisomers and associated accumulatoin. In the second phase of growth the meso-form of 2,3-butanediol was utilized together with acetoin. An attempt is made to explain these phenomena on the basis of the substrate specificity of the two enzymes which oxidize 2,3-butanediol in C. utilis. Although whole cells oxidized acetoin and diacetyl at high rates, attempts to identify the enzymes responsible for these oxidations were unsuccessful. In C. utilis and other yeasts metabolism of 2,3-butanediol probably involves a cleavage of the substrate into C₂-units which are assimilated by the glyoxylate cycle. In the few yeasts which have been found to grow on 2,3-butanediol differences may be encountered with respect to the substrate specificity for the three stereoisomers of 2,3-butanediol. For example, Candida salmanticensis CBS 5121 showed no diauxis growth and utilized only two of three stereomers.     

木糖发酵高产2,3-丁二醇菌株的选育

以肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)CICC10011为出发菌株,进行紫外诱变选育。通过2,3-丁二醇抗性和产酸能力对诱变菌株进行初筛,发酵后23,-丁二醇产量检测进行复筛,获得6株高产2,3-丁二醇的肺炎克雷伯氏菌,其中产量最高的一株诱变菌U3-17,与出发菌株相比,产量提高了21.5%。在摇瓶批式补料发酵中,诱变株U3-17的23,-丁二醇产量达49.3 g/L。     

木质纤维素类生物质生物预处理菌种筛选

以生物质的转化率(TR)、糖化率(SR)为评价标准,在竹粉、稻草和玉米秸秆3种生物质上筛选了33株采自神农架自然保护区的白腐菌菌株,发现针对不同生物质,适用于生物预处理的菌株不同:竹粉基质为杂色云芝,稻草基质为侧耳属菌株,玉米秸秆基质为乳白耙菌。所筛出白腐菌预处理时间显著缩短,以相应菌株处理竹粉、稻草和玉米秸秆15d,其生物质TR分别提高25.8%、47.0%和136.3%,SR依次达到14.1%、39.4%和37.5%。3种生物质中木质素含量与其糖化率关系密切。     

玉米秸秆高得率浆细小组分特性及其对纸浆性能影响

以整株玉米秸秆为原料,采用环境友好型水热预处理与磨浆处理结合,制得一种高得率浆,并对细小组分进行高压均质(60 MPa)处理,重点对细小组分含量和形态变化对抄造纸张性能的影响进行了探讨。结果表明,玉米秸秆高得率浆保水值大,浆中细小组分含量高,对纸浆强度和滤水性能有较大影响,当筛除30.7%细小组分时,纸浆的抗张强度、耐破度和环压强度均高于未筛分浆。采用高压均质处理能改变细小组分形态,向玉米秸秆高得率浆的纤维组分中添加20%高压均质处理的细小组分时,与未筛分浆相比,打浆度和未筛分浆相近,抗张指数提高30.8%、耐破指数提高59.5%、环压指数提高25.2%。