灵芝深层发酵生产胞外多糖和灵芝酸的动力学分析

利用Sigmoidi函数构建了灵芝深层发酵生产胞外多精和灵芝酸的非结构动力学模型,并根据Boltzmann拟合求解出模型参数,模型预测值能够较好地吻合实验所测值.细胞最大比生长速率цmax为4.63x10-2 h-1,葡萄糖最大比消耗速率qs,max为6.70x10-2 h-1,胞外多糖最大比合成速率qEPs,max为4.65x10-3h-1,灵芝酸最大比合成速率qGA,max为9.09xlO-4 h-1.灵芝胞外多糖的合成与细胞的生长呈现部分偶联关系;灵芝酸的合成与细胞的生长呈现偶联关系,偶联系数αGA为0.020 4 g g-1.胞外多糖对葡绚糖的最大得率系数(YEPS/S)为O.214 g g-1;灵芝发酵40～80 h代谢碳流迅速从菌体自身生长迁移至胞外多糖合成,用于合成胞外多糖的最大碳流为23.60/0.     

应用假单胞菌进行防蜡作用的研究

假单胞菌L－11菌体与其胞外产物可以作为一种很好的防蜡剂，对L－11的发酵条件进行了优化，确定了最适发酵培养基的配方，发酵培养基以葡萄糖、蛋白胨为其最适碳、氮源，防蜡剂生产的发酵条件为：前16h的发酵温度为35℃，后期将温度降至20℃，发酵液的pH=4．5为发酵终点，此时发酵液在内条件下的防蜡率为78％，将上述所得菌液在大庆油田做了防蜡实验，结果表明，注入L－11的油井洗井周期有所延长，实验证明了L－11的发酵液可以作为一种经济、有效的蜡剂。     

溶氧及pH对地衣芽孢杆菌合成聚γ-谷氨酸的影响

在3.7L发酵罐中研究了溶氧、pH和甘油流加对地衣芽孢杆菌分批发酵生产聚γ-谷氨酸(γ-PGA)的影响.结果表明,当葡萄糖浓度为27.9g/L且通气量控制在4L/min时,搅拌转速达到300r/min即可满足细胞生长和聚γ-谷氨酸合成对溶解氧的需求.不同pH控制方式对聚γ-谷氨酸分批发酵的影响有较大差异.不控制pH时,细胞干重和聚γ-谷氨酸产量比控制pH为5.5的发酵分别低26%和94%.研究了将pH控制在4.0、4.5、5.0、5.5、6.0和6.5的聚γ-谷氨酸分批发酵过程,发现在pH5.5时聚γ-谷氨酸总产量最高.以溶氧水平作为甘油代谢指针来控制甘油限制性流加既可维持一定菌体生长,又不会发生发酵液中残余甘油及有害代谢产物阻遏作用.菌体关于甘油的表观的率、聚γ-谷氨酸的平均比生产速率较没有采用甘油限制性流加时都有所提高.图4表1参7     

流加发酵及添加L-半胱氨酸对产朊假丝酵母高密度培养合成谷胱甘肽的影响

通过7L罐考察了不同葡萄糖流加速率以及添加L-半胱氨酸对产朊假丝酵母(Candida utilis)WSH02-08高密度发酵生产谷胱甘肽(GSH)的影响.结果表明,在恒定速度(5.5g L-1h-1)流加葡萄糖30h的基础上,发酵45h后细胞干重最高达到73g L-1,此时向发酵罐中一次性添加L-半胱氨酸40mmol L-1,最终GSH产量和胞内GSH含量分别达到了1458mg L-1和2.26%.图4表1参11     

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     

温度两阶段控制策略发酵生产重组角质酶

为进一步提高重组Bacillus subtilis WSHB06-07发酵生产角质酶的产量和生产强度,在pH两阶段控制策略的基础上,考察了温度(27～40℃)对菌体生长和产酶的影响.研究发现,37℃适于菌体生长而30℃适于菌体产酶.通过分析发酵过程中菌体比生长速率及产物比合成速率的变化,确定了温度两阶段控制策略,即0～4 h时控制温度37℃,4 h后将温度调至30℃.通过采用这一优化策略,角质酶酶活和生产强度分别可达312.5 U/mL和13.02 kU L-1 h-1,相比恒定温度37℃控制模式下分别提高了83.4%和10.9%.图6表2参13     

一株产胞外多糖的山药内生细菌Lysinibacillus fusiformis S-1的分离和鉴定

微生物的胞外多糖是重要的生物资源,为获得新型的具有药用价值的胞外多糖产生菌,从山药、地瓜、马铃薯和胡萝卜的根茎组织中分离、筛选到11株能产胞外多糖的植物内生菌,利用苯酚–硫酸法对这11株菌的多糖产量进行了定量分析.对多糖产量最高的S-1菌株,检测其在发酵过程中菌体生长、胞外多糖生成以及发酵过程的pH变化,绘制其胞外多糖发酵代谢曲线.通过形态观察、培养特性观察、生理生化实验和16S rDNA序列分析对该菌株进行了鉴定.结果显示,S-1菌株在产糖培养基中可以产生1.50 g/L的胞外多糖,在11株菌中产量最高.16S rDNA序列分析显示该菌属于赖氨酸芽孢杆菌(Lysinibacillus),且与纺锤形赖氨酸芽孢杆菌(L.fusiformis)亲缘最近.综合其形态特征、培养特性和生理生化实验结果,将S-1菌株鉴定为纺锤形赖氨酸芽孢杆菌.该菌在胞外多糖产生菌中少有报道,为胞外多糖的进一步研究提供了菌种资源.     

一株运动发酵单胞菌Zy-1快速生产乙醇

经多次实验优化，得到运动发酵单胞菌Zy发酵葡萄糖生产乙醇较合适的条件．Zy的诱变菌株Zy-1在该条件下发酵葡萄糖生产乙醇比原始菌株更有较大优势．当葡萄糖浓度为200gL^-1时，发酵48h，乙醇浓度96．5gL^-1，残糖2．3gL^-1，发酵效率为94．42％．Zy-1发酵天然原料米粉、木薯、红薯干等，发酵时间44h，乙醇浓度达95gL^-1以上，发酵效率92％以上．发酵液用DNS法测定，还原糖约2gL^-1，残总糖因原料种类不同，其值有所差异（5～20gL^-1）．经薄层层析分析，发酵液无葡萄糖，而是二糖、三糖等低聚糖．图2表5参12     

二年残孔菌的培养条件优化及其液体发酵产物的抗氧化及漆酶活性

二年残孔菌(Abortiporus biennis)是一种具有抗氧化、抗肿瘤功效的药用白腐真菌,可降解木质素、造成木材白色腐朽.以分离自江苏无锡的二年残孔菌WX-02菌株为材料,开展菌丝最适培养条件、液体发酵产物抗氧化活性及Cu2+诱导产漆酶活性研究.基于单因子试验的最适生长条件结果表明,葡萄糖是WX-02菌株菌丝体生长的最适碳源,牛肉膏和黄豆粉为最适氮源,C/N比为40/1时长势最佳,玉米粉和VC为最适生长因子,而菌丝生长最适pH和温度分别为7.0和32℃10%(V/V)接种量、28℃、150 r/min培养72 h条件下,PD培养基发酵液的总抗氧化活性为2.76±0.31mmol/L(FeSO4)和0.40±0.01 mmol/L(Trolox),DPPH自由基清除率为100.00%±0.00%,总SOD活力为15.75±0.25 U/mL;最适培养条件液体培养基发酵液的总抗氧化活性为0.20±0.03mmol/L(FeSO4)和0.16±0.01 mmol/L(Trolox),DPPH自由基清除率为59.06%±0.61%,总SOD活力为15.65±0.62 U/mL. 0.25 mmol/L Cu2+对胞外漆酶诱导效果最佳,PD培养基、0.25 mmol/L Cu2+、28℃、150 r/min培养96 h,胞外漆酶活性最高,为(1.82±0.02)×105 U/mL,是对照组的1.72倍.本研究表明WX-02菌株具有良好的抗氧化和产漆酶活性,具有药用和环境治理开发应用潜能.(图4表4参34)     

营养和环境条件对生物絮凝剂合成的影响

在考察了红平红球菌Rhodococcus erythropolis CCRC10900基本生长代谢特性的基础上，研究了营养条件对生物絮凝剂合成的影响。R.erythropolis CCRC10909合成的絮凝剂约80％以上分泌至胞外培养基中，仅20％左右的絮凝活性存在于菌体细胞上，蔗糖是该菌生长及絮凝剂合成的最佳碳源；玉米浆既能刺激菌体生长，又能显著提高絮凝剂的水平，生物絮凝剂的合成与培养基碳氮比密切相关，碳氮比在20－30之间时，絮凝活性达到最大，碳氮比低于10或高于100后，絮凝活性迅速下降，提出了促进絮凝剂合成的控制策略，发酵前期适当提高玉米浆的浓度，发酵后期按碳氮比为20－30，补加一定量的蔗糖和尿素，实验结果表明，采用这一策略，最终发酵液的絮凝活性和细胞生长量分别增长了8％和33．3％。     

Optimization of fermentation process for saccharide-based fuel ethanol production by Saccharomyces cerevisiae北大核心CSCD

低成本、高产量的发酵工艺是实现工业燃料乙醇经济和环境可持续性发展的关键,而不需要重大基础设施改变或投资.为获得酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)利用甘蔗汁生产燃料乙醇的最优发酵工艺,首先对发酵体系的氮源条件进行优化;其次,在单因素试验基础上,以乙醇发酵效率为响应值,通过响应面法优化了燃料乙醇生产的发酵工艺,并通过补料分批发酵技术在5 L发酵罐中进一步扩大发酵.结果表明,以1.0 g/L (NH)SO和1.0 g/L酵母提取物作为发酵氮源,乙醇发酵效率和得率比对照可分别提高4.80%、9.52%.响应面设计获得的最优发酵工艺条件为在总糖浓度150.0 g/L、酵母提取物浓度2.0 g/L、发酵时间24.5 h、pH5.0、外加(NH)SO浓度1.0 g/L时,最高乙醇发酵效率可达到91.10%.在5 L发酵罐中采用补料分批发酵获得的最终乙醇浓度达到98.92 g/L,发酵效率维持在90%左右,乙醇生产力最高达到3.81 g Lh.本研究获得了一种高效生产糖质燃料乙醇的发酵工艺,可在较短时间内获得高浓度乙醇且消耗较少氮源,结果可为进一步利用糖质原料进行高效生物炼制及高浓度乙醇工业化生产提供参考.(图6表6参30)     

一株踝节霉菌的培养特性及其在污泥生物淋滤中的应用

于实验室嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)淋滤处理城市污泥酸性废液中分离出一株踝节霉菌ZJ-1,并对其进行了摇瓶液体培养特性研究.单因素试验结果表明:该菌株的最适碳源和氮源分别为葡萄糖和酵母膏,最适温度为28℃,最适转速为140 r/min,最适初始pH值为5.0.正交试验优化得到碳、氮源的最优水平分别为葡萄糖70 g/L,酵母膏15 g/L.采用HPLC对该菌株PDA培养液中的有机酸进行了分析,发现其中含有丙酮酸.初始PDA培养液中丙酮酸含量为0.039 g/L,接菌培养d 5.5时其含量达0.106 g/L.为探讨踝节霉菌ZJ-1对嗜酸氧化亚铁硫杆菌淋滤污泥过程的影响,在生物淋滤起始阶段接种10%A.ferrooxidans和4%踝节霉菌ZJ-1,以仅接种10%A.ferrooxidans作为对照.结果表明A.ferrooxidans和踝节霉菌ZJ-1的复合菌组与对照组相比,淋滤耗时由7 d缩短至4 d,淋滤处理时间缩短了43%.     

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.     

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     

拟威克酵母产生表面活性剂的发酵条件

通过单因子试验和正交试验,对拟威克酵母WickerhamielladomercqiaeY2A产生槐糖脂的发酵培养基组成和发酵条件进行了优化.培养基组成为:8.0%葡萄糖、8.0%菜子油、0.3%酵母粉;发酵条件为:初始pH值6.0、接种量2.5%、发酵时间120h.在此条件下,槐糖脂产量可达到41.3gL-1.图4表5参16     

Characterisation of an extracellular polysaccharide produced by Bacillus mucilaginosus MY6-2 and its application in metal biosorption

A novel extracellular bioflocculant from Bacillus mucilaginosus MY6-2 was obtained by alcohol precipitation, dialysis and lyophilisation. The chemical analysis indicated that the bioflocculant was mainly composed of extracellular polysaccharide (named EPS MY6-2). Monosacchride composition result analysed by Gas chromatography indicated that EPS MY6-2 was mainly composed of Man, Glc, Gal, GlcA and GalA. The result of flocculating characteristics indicated that pH, EPS dosage and cation supplement had evident effect on flocculating activity of EPS MY6-2. The biosorption of iron ions from aqueous solution was tested with respect to pH, initial metal ion concentration and EPS dosage. The optimum biosorption conditions were as follows: pH 5.0, initial ion concentration from 200 to 800 mg/L and EPS dosage of 60 mg/L ion solution. The adsorption rates are maintained above 95% under these conditions. The adsorption data provided an excellent fit to both Langmuir and Freundlich isotherms, implying that the binding of the iron ions took place as a monolayer on the surface of the EPS.     

Clostridium papyrosolvens厌氧发酵产氢研究

采用分批培养研究了从高浓度厌氧产氢活性污泥中筛选的优势菌种Clostridium papyrosolvens的发酵产氢能力.结果表明:该菌有较强的高糖耐受性和耐酸性,当葡萄糖浓度为30 g/L、pH阶段性控制在4.5时,发酵44 h葡萄糖消耗率为83.7%,总产气量达到3 081.3 mL/L,最高产气率为187.5 mL L-1 h-1,氢气含量为67.5%,比产氢率达1.06 mol(H2)/mol(葡萄糖).研究中选用了廉价的发酵产氢培养基,以玉米浆为氮源,以还原铁粉作氧化还原电位控制剂,省去了牛肉膏、蛋白胨等昂贵氮源以及L-半胱氨酸、维生素、无机离子等高成本组分,显著降低了纯菌发酵的培养基成本,获得了较好的产氢效果.图5表2参23     

营养和环境条件对光滑球拟酵母葡萄糖代谢速度的影响

增加培养基中Mg2 浓度,使磷酸果糖激酶和3-磷酸甘油醛脱氢酶活性提高22.2%和23.4%,葡萄糖消耗速率从1.94g L-1h-1提高到2.43g L-1h-1,提高了25%.较低kLa(200h-1)导致胞内ATP处于较低的水平,变构激活糖酵解关键酶活性,与高kLa(450h-1)比较,葡萄糖消耗速率(2.31g L-1h-1)提高了35%,低kLa虽能加快葡萄糖消耗,但不利于丙酮酸产量的提高.烟酸(NA)是细胞合成NAD 的前体,培养基中缺乏NA导致细胞生长微弱,葡萄糖消耗缓慢;NA质量浓度从4mg/L增加到8mg/L时,葡萄糖消耗速度(2.01g L-1h-1)和丙酮酸产量(46.4g/L)分别提高了48.4%和29%,高NA浓度有利于高葡萄糖消耗速度的提高,但降低了丙酮酸对葡萄糖的产率.一定浓度的(0~10mg/L)的外源电子受体乙醛提高了光滑球拟酵母中醇脱氢酶活性(提高8.6%),加速NAD 再生,降低NADH/NAD 比率,从而促进细胞生长和提高葡萄糖消耗速度.以上结果表明,营养和环境条件通过改变细胞胞内辅因子水平,影响糖酵解关键酶活性而改变葡萄糖代谢速度.图3表4参18     

Effects of nitrate concentration on biological hydrogen production by mixed cultures

The effects of nitrate on fermentative hydrogen production and soluble metabolites from mixed cultures were investigated by varying nitrate concentrations from 0 to 10 g N/L at 35°C with an initial pH of 7.0. The results showed that the substrate degradation rate, hydrogen production potential, hydrogen yield, and average hydrogen production rate initially increased with increasing nitrate concentrations from 0 to 0.1 g N/L, while they decreased with increasing nitrate concentrations from 0.1 to 10 g N/L. The maximum hydrogen production potential of 305.0 mL, maximum hydrogen yield of 313.1 mL/g glucose, and maximum average hydrogen production rate of 13.3 mL/h were obtained at a nitrate concentration of 0.1 g N/L. The soluble metabolites produced by the mixed cultures contained only ethanol and acetic acid (HAc) without propionic acid (HPr) and butyric acid (HBu). This study used the Modified Logistic model to describe the progress of cumulative hydrogen production in batch tests. A concise model was proposed to describe the effects of nitrate concentration on average hydrogen production rate.