硫酸亚铁促进Clostridium acetobutylicum CICC8012发酵麦秸水解液产丁醇

以农业废弃物小麦秸秆为原料,以丙酮丁醇梭菌Clostridium acetobutylicum CICC8012为菌种发酵生产丁醇,通过单因素实验和响应面优化设计,优选硫酸亚铁对水解液进行原位脱毒,优化发酵条件并验证硫酸亚铁原位脱毒对多种原料的有效性.发酵结果显示,伴随发酵液残糖含量显著降低,溶剂产量和发酵效率显著提高.在优化的发酵条件下,初始糖浓度50 g/L,接种量10.5%,硫酸亚铁浓度0.4 g/L,发酵65 h,丁醇产量达7.33 g/L,与优化模型预测值7.35 g/L的最大丁醇产量接近,模型显著可靠.对稻草水解液、玉米秸秆水解液、标准水解液等不同原料进行处理,丁醇和总溶剂产量均得到显著提高.本研究证明直接添加硫酸亚铁对秸秆水解液丁醇发酵具有显著促进作用,很可能是一种潜在的通用增效方法,可用于提高纤维素水解液的丁醇产量.     

以玉米粉/废弃毕赤酵母为混合原料高效发酵丁醇

丙酮丁醇梭菌发酵生产ABE(丙酮-丁醇-乙醇)溶剂的传统原料是玉米淀粉,价格贵,生产基本亏损.重组毕赤酵母废弃物含有丰富的碳水化合物和蛋白质,有望替代淀粉原料.采用NaOH处理固态废弃毕赤酵母形成废酵母固/液悬浊液,发酵通过降低初始玉米粉用量并在ABE发酵进入到产溶剂期后添加废酵母悬浊液进行.对初始玉米粉用量、废酵母/NaOH投料量进行了优化,结果表明:它们的最佳用量分别为8%、80 g/L、6-10 g/L.在此条件下,100 mL厌氧瓶下的丁醇产量可以稳定在9.0-12.0 g/L的较高水平,比8%玉米粉培养基的对照提高80%-120%,与15%玉米粉培养基的对照基本持平;与对照组相比,总糖的利用效率可以从50%大幅提高到超过90%的水平;玉米粉用量可以节省57%以上;酵母废弃物最多有52%的碳水化合物可以有效地转化成气体/液体产物.本研究表明以玉米粉/废弃毕赤酵母为混合原料发酵丁醇,可以同时实现固体废物的资源化和减量化、淀粉原料的高效利用和节省化,提高了ABE发酵的综合经济性能.(图3表6参23)     

一株丁二酮高产菌株的鉴定及发酵条件优化

天然丁二酮是一种香精载体,为提高其产量,有必要筛选出丁二酮高产菌株及其最佳发酵条件.从保存的一株丁二酮高产菌株6-1(2)出发,通过分子生物学方法对其进行鉴定,采用单因素试验和最佳单因素组合实验的方法筛选出该菌株的最佳发酵条件.结果表明,实验菌株6-1(2)与植物乳杆菌Lactobacillus plantarum的AB326301.1序列同源性最高,初步鉴定为植物乳杆菌;发酵条件经过优化后,丁二酮的产量从初始的38 mg/L提高到167.56 mg/L,提高了340.95%,产量提高显著.优化发酵条件为:牛肉膏10 g/L,柠檬酸氢二胺2 g/L,酵母浸粉15 g/L,磷酸氢二钾2 g/L,乙酸钠2 g/L,葡萄糖20 g/L,蛋白胨30 g/L,吐温-80 1 mL/L,初始pH 6.2-6.4,接种量1.5%,37℃静置培养10 h;该发酵条件下的丁二酮产量提高显著.本研究对丁二酮的工业化生产具有一定的参考价值.     

卵孢菌素产生菌株角毛壳菌(Chaetomium cupreum)CH21-20发酵培养条件优化

卵孢菌素(Oosporein)是具有广谱抗菌活性的二联苯醌类化合物;角毛壳菌(Chaetomium cupreum)CH21-20为本实验室通过遗传改良获得的卵孢菌素高产菌株.利用该菌株进行发酵条件研究,获得其最适发酵条件为接种量(体积分数)3%、初始p H 7.0、装液量60 mL/250 mL、摇床转速180 r/min、培养温度24℃.培养基碳氮源和无机盐筛选结果表明,15.0 g/L蔗糖、5.0 g/L蛋白粉及0.5 g/L氯化钠能显著提高卵孢菌素产量.以卵孢菌素为响应值,对蔗糖、蛋白粉、氯化钠进行三因素三水平的Box-Behnken实验设计及响应面法优化研究,得到蔗糖、蛋白粉及氯化钠的最佳配比分别为15.63 g/L、5.22 g/L、0.53 g/L,预测在此发酵条件下卵孢菌素最高产量可达2 547μg/mL,实验验证得到卵孢菌素产量为2 478μg/mL,与预测值接近;发酵条件优化后,卵孢菌素产量提高了56.14%.本研究获得了卵孢菌素稳定高产的摇瓶发酵技术参数.     

不透明红球菌转化合成α-酮异己酸的培养条件优化

利用基于非完全平衡块原理的Plackett-Burman法和响应面法对不透明红球菌(Rhodococcus opacus DSM 43250)转化合成α-酮异己酸(KIC)的培养条件进行优化,以提高KIC的产量.首先采用Plackett-Burman(PB)设计对影响KIC产量的6个因素的效应进行评价,筛选出具有显著影响的关键因素——接种量、装液量和初始pH,然后通过最陡爬坡实验和Box-Behnken实验设计对关键因素的最佳水平范围进行研究,并利用SAS软件回归分析建立了二次多项式模型,通过模型求解确定最佳培养条件为:接种量6.93%,装液量33.38 mL,初始pH 7.6.在优化后的培养条件下,KIC的理论最高产量为31.08 mg/L,在验证实验中KIC最高产量为30.97 mg/L,比初始产量23.93 mg/L提高了29.42%,为进一步的发酵放大奠定了基础.图3表7参16     

鲜甘薯原料的运动发酵单胞菌快速乙醇发酵条件

对运动发酵单胞菌232B同步糖化发酵(SSF)鲜甘薯快速生产燃料乙醇的条件进行了研究.通过单因素试验和正交试验获得了乙醇发酵的最佳参数为:初始pH值6.0～7.0,硫酸铵5.0 g/kg,糖化酶量1.6 AUG/kg淀粉,初始总糖浓度200 g/kg,接种量ψ=12.5%.经过21 h发酵,乙醇浓度为95.15 g/kg.发酵效率可达94%.同时对不灭菌发酵也进行了研究,发酵效率可达92%.残糖的HPLC分析结果说明,发酵液中已没有葡萄糖存在,经酸水解后又出现了葡萄糖、半乳糖、甘露糖等成分,说明发酵结束后的残糖是多种低聚糖.图4表4参19     

深黄伞形霉(Umbelopsis isabellina)华2-1产油发酵培养条件优化

为开发微生物油脂资源,从富含油脂的土样中分离获得一株产油脂微生物——深黄伞形霉(Umbelopsisisabellina)华2-1,油脂含量达48.60%.采用单因素和正交实验方法,对深黄伞形霉华2-1的发酵培养条件进行优化研究.优化的培养条件为:葡萄糖100 g/L,酵母粉3 g/L,接种量为20%,初始pH值为5.0～6.0,MgSO4.7H2O和KH2PO4的添加浓度分别为0.5 g/L和2 g/L,培养温度为31℃,最佳发酵培养时间为168 h.华2-1在优化发酵条件下可获得菌体生物量、油脂产量和油脂含量分别为45.86 g/L、24.47 g/L和59.53%,较优化前分别提高了21.48%、33.42%和22.49%.因此,深黄伞形霉华2-1作为微生物油脂生产的新资源具有广阔的应用前景.     

利用豆粕和小麦秸秆生产多肽的固体发酵工艺条件优化

以豆粕、小麦秸秆和糖渣为主要原料,以产脂肽细菌解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)XZ-173为接种剂进行一系列固体发酵试验.通过基质筛选和单因素试验研究固体发酵基质组成、装料量、发酵温度、初始pH、发酵时间、含水率和接种量对多肽产量的影响,通过响应面优化法优化氮源和碳源及二者比例.结果表明:(1)固体发酵产多肽最佳基质组成为豆粕63.03%,小麦秸秆粉33.00%,糖渣1.93%,酵母提取物2.04%,外加无机盐溶液10.18%(V/m);(2)最佳发酵条件为含水率50%(用pH 7.5的去离子水配制),接种量10%(V/m),发酵温度30℃,恒温发酵48 h;(3)在最优条件下多肽实际产量为110.06 mg/gds(gds表示每克初始干物质),与预测值109.85 mg/gds吻合(R~2=0.9742).本研究在实验室水平上得到的以农产品加工副产品和作物秸秆为主要原料生产多肽的固体发酵优化工艺可为农业废弃物的资源化和多肽的工业化生产奠定基础.     

氮源及其添加模式对钝齿棒杆菌JDN28-75合成L-精氨酸的影响

氮源是微生物过量合成L-精氨酸的重要营养因子之一,不同氮源对钝齿棒杆菌JDN28-75合成L-精氨酸的影响研究结果表明,硫酸铵为合适的氮源.不同初始硫酸铵浓度对JDN28-75产L-精氨酸的影响研究结果表明,氮源浓度过高或不足,都会使最终L-精氨酸产量有所降低.低浓度的硫酸铵虽然有利于菌体生长,但对L-精氨酸的合成明显不利,同时糖酸转化率也较低;而高浓度的硫酸铵尽管不利于细胞的生长且造成发酵结束时残糖含量过高,却有利于细胞合成L-精氨酸且实际耗糖的糖酸转化率维持在一个较高的水平.初始硫酸铵浓度为60 g/L时,对JDN28-75菌体的生长有明显的抑制作用,最终发酵液中剩余的硫酸铵也较多(大于30 g/L),但高浓度的硫酸铵是L-精氨酸合成所必需的.在上述研究结果的基础上,确定了初始硫酸铵浓度为20 g/L条件下的补氮策略,比较了4种不同的硫酸铵补加模式对产L-精氨酸的影响,结果表明,在总的硫酸铵浓度相同的情况下,采取分批、低浓度添加氮源的方式既可以有效解除发酵前期高浓度硫酸铵对菌体生长的抑制作用,又可以有效维持发酵中后期体系中菌体合成L-精氨酸所需的较高比例的氮源.最后,在5 L全自动发酵罐中采用20 g/L的初始硫酸铵浓度,连续流加25%的氨水来控制发酵体系pH及补加氮源,L-精氨酸的产量可以达到31.7 g/L,较对照组的产酸量(26.0 g/L)提高了21.9%.图4表2参11     

常温氢氧化钠预处理芦苇酶解发酵产油

在室温(28℃)下对氢氧化钠预处理芦苇(Phragmites australis)条件进行单因素和响应面设计优化,对酶解的条件进行单因素优化,对酶解液成分进行HPLC分析,利用未经任何脱毒处理的酶解液发酵产油并与配制培养基对比,通过GC-MS对油脂脂肪酸组成进行分析.结果表明:最佳预处理条件为氢氧化钠质量分数3.4%,预处理时间16h,液固比20:1 m L/g,在初始酶解条件下酶解得到酶解液还原糖浓度为26.32 g/L;最佳酶解的条件为p H=4.5,温度45℃,液固比10:1 m L/g,酶解时间48 h,纤维素酶和纤维二糖酶酶液添加量均为30μL/g,得到酶解液还原糖浓度为40.01g/L;经HPLC分析,酶解液中葡萄糖、木糖、阿拉伯糖和半乳糖比例分别为70.27%、19.83%、5.08%和4.82%;通过隐球酵母(Cryptococcus podzolicus)ZWY-2-3发酵产油,其生物量、油脂产量和油脂含量在4 d时达到最大,分别为8.63 g/L、2.56 g/L和29.68%,其与同等糖浓度的对照组配制作培养基相当.本研究表明,芦苇是生产微生物油脂的潜在生物质原料,具有广阔的应用前景.