利用玉米淀粉黄浆水发酵生产细菌纤维素的培养基优化

玉米淀粉黄浆水是生产淀粉过程中排放的高浓度有机废水,以其作为Acetobacter xylinum DS398的基础培养基发酵细菌纤维素。采用Plackett-Burman设计和Box-Behnken响应面分析法对培养基成分进行优化,并对产物进行表征。以纤维素干重为响应值,从7个相关影响因素筛选出3个显著因子:蔗糖、磷酸二氢钾和乙醇。在此基础上,根据Box-Behnken响应面分析法确定以上三因素的最佳浓度。最优的玉米淀粉黄浆水培养基组分为:玉米黄浆水稀释比1∶4,蔗糖3.32 g/100 m L,CaCl₂0.3 g/100 m L,KH₂PO₄0.12 g/100 m L,Mg SO₄0.05 g/100 m L,柠檬酸0.2 g/100 m L,乙醇1.50 m L/100 m L,细菌纤维素产量达到1.11 g/100 m L,为优化前的1.63倍。结果表明经优化后黄浆水培养基能够满足Acetobacter xylinum生长代谢的需要,细菌纤维素产量得到显著提高;同时傅立叶红外光谱图和场发射扫描电镜图显示产物是纯度较高的纤维素,微观结构与椰果相似。      

Effects of polyacrylamide‐co‐acrylic acid on cellulose production by Acetobacter xylinum

Polyacrylamide‐co‐acrylic acid (PA) added to shake flask cultures of Acetobacter xylinum at concentrations up to 3 g dm^?3 resulted in increased production of bacterial cellulose. For PA concentrations of 0–3 g dm^?3, 7‐day cellulose production rose monotonically from 2.7 ± 0.8 to 6.5 ± 0.5 g dm^?3 at a shaker speed of 175 rpm, and from 1.7 ± 0.01 to 3.7 ± 0.5 g dm^?3 at shaker speed of 375 rpm. Addition of PA also changed the morphology of the biomass from amorphous/stringy forms to spheroidal particles with diameters ≤2 mm. Similarly, bioreactor cultures grown in the absence of PA formed long fibrous masses which deposited on the internals, while those grown in the presence of 1–2 g dm^?3 PA formed small discrete particles with diameters ≤0.1 mm. Tests performed with 1 and 2 g dm^?3 PA, and stirrer speeds from 500 to 900 rpm, appeared to give the highest cellulose concentration of 5.3 ± 0.7 g dm^?3 in 64–68.5 h in the presence of 2 g dm^?3 PA at 700 rpm, although this value was statistically indistinguishable from that obtained at 1 g dm^?3 PA and 900 rpm. A qualitative model is proposed to describe the mechanisms by which PA affects biomass morphology, resulting in its advantageous formation as small, dispersed, spheroidal pellets. Quantitative analysis of the results gave inverse correlations between both the fraction of fructose carbon going to cellulose synthesis and the specific fructose consumption rate, and the maximum cellulose concentration and the fraction of fructose carbon going to by‐product formation. Since cellulose yield was almost universally improved by higher polyacrylamide concentration, it appears likely that increased viscosity reduces fructose uptake rate by limiting mass transfer. Copyright © 2003 Society of Chemical Industry     

一株醋酸菌的分离鉴定及冬枣醋发酵条件的优化

通过选择性培养方法从柿子醋醋醅中分离醋酸菌,筛选产酸能力优异的醋酸菌,进行形态学观察、生理生化试验及分子生物学鉴定,并将菌株应用于冬枣醋的研制,采用单因素及正交试验优化其醋酸发酵条件。结果表明,筛选得到一株醋酸菌A1,其培养9 d产酸量为5.89 g/100 mL。菌株A1被鉴定为木醋杆菌（Acetobacter xylinum）。菌株A1制备冬枣醋最佳醋酸发酵条件为：初始酒精度9%vol,木醋杆菌A1接种量8%,发酵温度30 ℃。在此优化条件下,冬枣醋感官评分为91分,总酸含量（以醋酸计）4.76 g/100 mL,可溶性固形物含量1.5%,产品呈淡琥珀色,口味酸甜爽口,具有冬枣特有的果香,理化及微生物指标均符合国家相关标准。     

木醋杆菌合成细菌纤维素增效因子的筛选

研究了椰子水、玉米浆、Tween-80、羟甲基纤维素（CMC）、烟酸、生物素、咖啡因和海藻酸钠8种物质对木醋杆菌（Acetobacter xylinum）合成细菌纤维素的作用。结果表明,椰子水、玉米浆、Tween-80、CMC、烟酸和生物素对木醋杆菌合成细菌纤维素有促进作用,最适添加量分别为60%、10%、0.8 g/L、4 g/L、1.0 mg/L、25 mg/L,在最适添加量下细菌纤维素产量分别是6.008 g/L、8.534 g/L、2.256 g/L、2.044 g/L、2.842 g/L、3.118 g/L,比起产量为1.506 g/L的空白组有显著增效效果,而其增效作用从大到小依次为玉米浆、椰子水、生物素、烟酸、Tween-80、CMC,海藻酸钠的增效效果不明显,而咖啡因有一定的抑制作用。     

两株高效代谢木质纤维素稀酸水解物产乙醇的酵母特性及耐毒研究

对实验室筛选出的两株高效代谢木质纤维素稀酸水解液产乙醇的酵母菌Y1(Candida tropicalis)和Y4(Issatchenkiaorientalis)的乙醇发酵特性及耐毒能力进行研究。以未经任何脱毒处理的木质纤维素稀酸水解液为发酵底物进行乙醇发酵(原位脱毒乙醇发酵)。结果表明:Y1和Y4均能在24h内将水解液中所有的葡萄糖消耗完,乙醇产率分别为0.49g/g和0.45g/g,分别达到理论值的96.1%和86.0%。在含有不同浓度梯度的糠醛及5-羟甲基糠醛的模拟水解液中,Y1和Y4能耐受的最高糠醛浓度均为5.0g/L及最高的5-羟甲基糠醛浓度均大于7.0g/L,当两种抑制剂等量混合时,两株菌能耐受的最高浓度为4.0g/L,两株菌均有较好的乙醇发酵及耐毒能力。该研究结果为木质纤维素水解液的原位脱毒发酵生产然料乙醇奠定了基础。     

热带假丝酵母ctfat1p基因在吸收脂肪族化合物中的功能研究

以热带假丝酵母(Candida tropicalis)1798中的ctfat1p基因为研究对象,利用重叠PCR将ctfat1p基因内约500 bp片段与G418抗性基因(kanr)相连接,经末端单酶切后电转化至C. tropicalis 1798感受态细胞中,通过一次同源单交换,将抗性基因kanr插入至ctfat1p基因内部,实现目的基因的敲除,并通过发酵实验分析Ctfat1p在热带假丝酵母脂肪酸跨膜转运过程中的功能。结果表明,经过G418抗性筛选和基因组PCR鉴定,成功获得ctfat1p基因缺失菌株C. tropicalis 1798 Δctfat1p;分析发现ctfat1p基因敲除对C. tropicalis 1798以油脂为底物培养12 h后重组菌OD600 nm值仅为野生型菌株的47.9%,表明ctfat1p基因敲除后影响C. tropicalis 1798对油脂吸收利用。通过基因敲除手段构建ctfat1p基因缺失菌株,可以减弱细胞对长链脂肪酸的摄取,验证了ctfat1p基因为热带假丝酵母油脂吸收和利用的关键基因。     

氨基酸在合成培养基中对木醋杆菌合成纤维素的影响

18种氨基酸被作为唯一氮源添加到木醋杆菌合成培养基中检验其对纤维素产量的影响。根据产纤维素的情况将氨基酸分为产量较多类、产量较少类及不产类,再通过正交试验检验产量较多类及较少类氨基酸的组合效应。结果表明,只有组氨酸适合于作为氮源物质添加到木醋杆菌合成培养基中,但组氨酸的效果不及硫酸铵的效果显著,通过定量测定组氨酸及硫酸铵在培养基中的含量变化,表明二者共同存在时,都被木醋杆菌利用,利用率并不互相影响。     

醋酸菌生长的营养需求及产酸的促进作用研究

醋酸生产菌(沪酿1.01)液体发酵过程中菌体生长速度缓慢,发酵终点的菌体湿重仅有0.4%左右,但单位菌体量的乙醇氧化能力强、产酸率高,一般可达15.21克醋酸/克湿菌体。初始发酵培养基中外加1%～2%乙酸作为底酸,对菌体产酸速率有明显的促进作用。除醋酸外,丙酸和醋酸盐也有促进作用,而盐酸和磷酸无促进作用,这些结果表明,底酸的促进作用来自醋酸根。     

乙醇在合成培养基中对木醋杆菌HN001合成纤维素的影响

合成培养基中添加2.0%乙醇,乙醇被氧化成乙酸,木醋杆菌HN001得到大量增殖,对葡萄糖消耗率,从没有添加乙醇培养基中的42.0%提高到74.5%,纤维生成量达到5.40g/L,比不添加乙醇的培养基中提高了10倍。