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     

产蛋白酶中度嗜盐菌Thalassobacillus sp. SY-7的分离、鉴定及发酵条件优化

为促进嗜盐微生物及其所产蛋白酶的工业应用,采用脱脂奶粉培养基从我国天津近海盐田富集筛选得到产蛋白酶中度嗜盐菌株SY-7.通过对其形态特征、生理生化、16S rRNA基因序列及系统进化树进分析,确定菌株的分类.利用Plackett-Burman(PB)设计和响应面优化法(Response surface methodology)优化其发酵条件.结果表明:菌株SY-7为革兰氏阳性菌,最适生长温度为30℃、最适生长pH 7.5,最适NaCl为10%.16S rRNA基因序列分析显示,菌株SY-7与Thalassobacillus devorans亲缘性最近,16S rRNA基因序列相似性为98.88%.利用PB设计从众多影响因素中筛选出影响较大的3个因素:葡萄糖含量、接种量和装液量;再利用响应面法中的杂合设计进优化,通过拟合得到响应曲面函数,获得了最佳的产酶条件.在该实验条件下酶活从870 U/mL提高到1 390 U/mL,实际酶活力达到理论预测值的98.3%,优化效果较好.     

响应面法优化Paraconiothyrium variabile GHJ-4产漆酶发酵条件

为提高子囊菌Paraconiothyrium variabile GHJ-4产漆酶的能力,采用响应面法对其发酵条件进行优化.首先用Plackett-Burman法筛选出4个影响较大的重要因素,分别为:接种量(X1)、培养时间(X2)、装样量(X3)和转速(X4).继而采用最陡爬坡路径逼近最大响应区域,并结合中心组合试验...     

响应面法优化固定粘红酵母细胞条件及生物转化制L-苯丙氨酸

采用响应面分析法对影响粘红酵母细胞固定化的4个主要因素——单体浓度、交联剂浓度、包埋量、包埋时间进行了优化.首先用Plackett-Burman法设计实验对以上4个影响因素进行了评价,并筛选出显著影响因素——单体浓度和包埋量;第2步用最陡爬坡实验逼近以上两因素最优水平;最后由中心复合实验及响应面分析确定主要影响因素的最佳条件.固定化粘红酵母细胞的最优包埋条件为:单体浓度16.7%,包埋量43%,交联剂浓度2.0%,包埋时间45min.在此条件下得到的固定化细胞与游离细胞相比,酶活保留率可达63%,较优化前提高了31%.实验室制备试验中L-苯丙氨酸(L-Phe)积累浓度可达53.3g/L,与该菌株的中试游离整细胞一次批式转化产L-Phe浓度30g/L比较,产率提高了1.8倍.图3表9参15     

乳酸合成丁酸的工艺构建及其条件优化

为构建一套乳酸合成丁酸的工艺,在开放体系中,驯化培养丁酸合成混合菌,并对发酵工艺条件进行系统研究和优化.首先通过单因素试验设计确定各因素的最佳水平范围.结果表明,p H值控制在5.5-7.5之间,乳酸浓度控制在20-40 g/L之间,外加乙酸浓度控制在1.5-3.5 g/L之间可以得到丁酸的最大产率.在此基础上,进一步对p H值、乳酸浓度和外加乙酸浓度进行三因素三水平的Box-Behnken试验设计及响应面法分析,以丁酸产率作为响应值,探究影响丁酸产率的各因素之间相互作用.通过方差分析显著性及求解回归方程得到最优发酵工艺条件:在p H值为6.72,乳酸浓度为27.83 g/L,外加乙酸浓度为2.79 g/L时,丁酸最高产率理论可达2.47 g L~(-1) d~(-1).验证试验得到的结果是丁酸产率为2.43g L~(-1) d~(-1),与预测值接近,较优化前产率提高了47.27%.此外,利用高通量测序技术(Miseq)对微生物群落结构进行分析,发现混合微生物中占优势的菌群是Clostridium sensustricto、Lactobacillus与Clostridium IV,其丰度分别为69.35%、15.41%与10.05%.利用本发酵新工艺能够得到相对稳定的丁酸产率,因此在工业中具有广阔的应用前景.     

响应面法优化漆酶基因lac1338表达漆酶的发酵条件

为提高Escherichia coli BL21(DE3)中漆酶基因lac1338的表达水平,采用响应面法对其发酵条件进行优化.首先用Plackett-Burman法筛选出3个影响较大的重要因素,分别为温度(Q1)、诱导时间(Q3)以及诱导前菌体浓度OD600 nm(Q4).继而结合响应面分析,建立以漆酶酶活为响应值的二次回归方程模型,即Y=75.33+3.30A+9.35B+5.35C-1.69AB+0.80AC+11.50BC-25.97A~2+1.83B~2-4.66C~2,从中获得最优的发酵条件:诱导温度为31℃,诱导时间为20 h,诱导前的菌体浓度OD600 nm值为1.8.采用该发酵条件,供试菌株的漆酶比酶活达到22.8 U/mg,较优化前漆酶的表达量(10.7 U/mg)提高了2.13倍,其试验值与预测值基本相符.说明预测模型可靠性高,可应用于漆酶发酵条件的优化.     

响应面法优化污泥炭催化湿式过氧化氢氧化降解间甲酚模拟废水

以污水处理厂剩余污泥为原料制备硝酸改性活性炭,用于催化湿式过氧化氢氧化(CWPO)处理间甲酚模拟废水,以实现剩余污泥的资源化利用.使用物理吸附、程序升温脱附(TPD)、X射线荧光光谱(XRF)等表征方法对污泥炭的物理化学性质进行测定.而后采用响应面法(RSM)优化污泥炭CWPO降解间甲酚的反应条件,选取反应温度、反应时间、初始pH值、过氧化氢(H_2O_2)投加量及催化剂投加量为影响因子,总有机碳(TOC)去除率为响应值,应用中心组合设计(CCD)建立响应值与各影响因子之间关系的二次多项式数学模型,采用后退回归法进行模型精简,并通过方差分析对模型进行可信程度检验.优化结果表明,在反应温度为60℃,反应时间为120 min,初始pH=3.00,H_2O_2投加量为2.03 g·L~(-1),催化剂投加量为0.78 g·L~(-1)的条件下,可达到最佳效果,此时预测模型的TOC去除率为44.6%,间甲酚转化率为100%.通过模型验证实验得到的TOC去除率为46.6%,仅与理论值相差2.0%,在95%的置信区间内,说明该模型具有可靠性.最后采用GC-MS对污泥炭CWPO降解间甲酚中间产物进行分析.     

响应面法优化制备螯合絮凝剂巯基乙酰化聚丙烯酰胺

以聚丙烯酰胺(PAM)和巯基乙酸(TGA)为原料,通过化学反应制备出对Cu(Ⅱ)具有螯合絮凝作用的新型絮凝剂巯基乙酰化聚丙烯酰胺(MAPAM).以水样中Cu(Ⅱ)的去除率为考察对象,在单因素实验的基础上,选取MAPAM制备的影响因素,采用正交试验法和响应曲面法中常用的中心复合设计模型对MAPAM的制备条件进行了优化.结果表明,响应曲面法确定的MAPAM制备条件最优;该法建立的二次多项式模型的回归项极显著(P0.0001),失拟项不显著(P0.05),复相关系数R2为0.9412,模型选择合理.MAPAM最佳制备条件为:PAM相对分子质量为25万,PAM浓度为1.0%,反应物TGA和PAM(结构单元)物质的量比为3.2∶1,反应介质pH值为3.6,反应温度为25℃,反应时间为2.1 h.该优化条件下制备的MAPAM对Cu(Ⅱ)最高去除率可达95.62%,与模型预测值(96.78%)接近,相对偏差仅为-1.20%,模型与实际拟合良好.     

响应面法优化海洋细菌MP-2酯酶发酵条件

采用响应面法(Response surfsce methodology)对海洋细菌MP-2酯酶的发酵条件进行了优化.首先采用了Placken-Burman方法对影响酯酶发酵的因素进行评价,筛选出了3个显著因素为豆饼粉、花生粕和种龄,并利用DesignExpert 7.0.3软件完成RSM法对显著性因素的进一步优化从而确定最佳条件.当花生粕0.9%;豆饼粉2.29%;接种量5·98%时,此时预测的最大酯酶活力为334.46 U/mL.在最佳发酵条件下,优化后该酯酶活力由258.8 U/mL提高到318.2 U/mL.实际酶活力达到理论预测值的95%,十分接近.     

产耐温蛋白酶苏云金芽孢杆菌FS140液体发酵条件优化

应用快速有效的数学统计方法对苏云金芽孢菌FS140耐温蛋白酶的发酵条件进行优化.首先采用二水平Plackett-Burman设计对影响产酶的8因素进行筛选,获得培养基成分中3个重要影响的因子:黄豆饼粉、酵母粉、葡萄糖;再利用响应面分析法对该3个因素进行3水平的优化,获得它们的最佳组合:黄豆饼粉1.8%、酵母粉0.36%、葡萄糖0.14%.优化后产酶水平达到837.71U mL-1,与响应面数学模型的预测值只有1.34%的误差.同时进行了发酵温度、初始pH、摇瓶装量与接种量等发酵条件的优化,FS140最终发酵产酶水平达918.91U mL-1.图2表5参14     

碱性果胶酯裂解酶基因工程菌Pichia pastoris诱导表达条件初步优化

在摇瓶水平上,采用单因素试验方法,对影响碱性果胶酯基因工程菌Pichia pastoris表达的主要因素进行研究.确定初始甲醇浓度、甲醇补加量和氮源酵母氮基(YNB)浓度3个主要影响因素的初步优化结果为5%、O.8%和1.3%.在此基础上,利用响应面分析法进一步优化.经优化,表达条件为初始甲醇浓度4.35%、甲醇补加量0.75%1:2及YNB浓度1.31%,优化后碱性果胶酯裂解酶(PL)表达量达到40.6 U/mL,较初始培养条件提高约2.3倍.同时,利用SDS-PAGE电泳对优化前后基因工程菌表达情况进行分析,结果同样表明胞外FI标蛋白PL表达量有明显增加,进一步证实条件优化后对目标蛋白PL分泌表达具有十分明显的促进作用.     

BP神经网络和遗传算法在乳酸菌发酵参数优化中的应用

为提高短乳杆菌L2菌株γ-氨基丁酸(GABA)的产量,建立了一个反映因素与产量之间的非线性关系模型.运用Plackett-Burman设计、中心组合试验设计(CCD)对MRS培养基组成和培养条件进行了优化,筛选出4个影响发酵的关键因素:蛋白胨、葡萄糖、谷氨酸钠、初始pH.在此基础上,采用误差反向传播神经网络(BPN)和遗传算法(GA)确定了4个关键因素的适宜参数:蛋白胨21.185 g/L,葡萄糖3.857 g/L,谷氨酸钠48.948 g/L,初始pH 4.05.最终使短乳杆菌L2菌株的GABA产量达到了27.765 g/L,比原始MRS培养基的13.452 g/L提高了106.4%.研究表明利用BPN-GA方法进行发酵条件优化是一种行之有效的途径.     

产酯酶B1海洋枯草芽孢杆菌C5发酵条件优化

为提高芽孢杆菌C5产酯酶B1的能力,采用响应面法对其发酵条件进行优化.首先通过单因素实验筛选氮源、碳源、接种量、起始发酵pH、装液量、发酵温度和转速这7个因素,当酶活达到最高值时,各单因素的值分别为氮源玉米浆30 mL/L,碳源麦芽糖35 g/L,接种量4%(φ),起始pH 7.0,装液量15 mL,培养温度36℃,转速在实验室现有条件下最高选择220 r/min;再通过Plackett-Burman(PB)设计法,评价了这7个因素对酯酶B1产量影响的大小,确定氮源玉米浆的浓度、发酵起始pH和发酵温度为酯酶产生的3个主要影响因素;利用中心组合设计(CCD)及SAS软件分析获得了主要因素的最优条件,即玉米浆浓度28.70 mL/L,起始发酵pH为7.10,发酵温度为35.8℃.预测最高酶活力为139.18U/mL,实验最终酶活达到138.40 U/mL,与原发酵条件相比提高了228.15%.其实验值与预测值基本相符,说明预测模型可应用于酯酶发酵条件的优化.     

一株杀扑磷高效降解菌的分离、鉴定及降解条件的响应面法优化

有机磷杀虫剂杀扑磷对防治蚧壳虫有特效,常用于柑橘类果树防治但其残留有毒有害,自然界降解速度比较缓慢.本研究分离并分类鉴定了能高效降解杀扑磷的菌株,进一步采用Box-Benhnken法设计3因素3水平的响应面试验优化降解条件.结果显示,从富集培养基中分离到了一株杀扑磷高效降解细菌MS1-2,经鉴定为膝形假单胞菌(Pseudomonas geniculata);单因素选择温度、NaCl浓度和pH,通过检测杀扑磷残留量对杀扑磷降解条件进行响应面优化,转速设置为100 r/min,接种量为0.4%时,温度和Na Cl浓度为主要影响因素,pH为次要因素,最佳降解条件为温度29.74℃,pH 6.48,Na Cl浓度0.63%.在此条件下培养24 h,杀扑磷从100 mg/L降解到57.73 mg/L,降解率为42.27%,比优化前提高了6个百分点.因此菌株MS1-2能有效降解杀扑磷,优化降解条件后降解率有所提高.     

一株高效邻苯二甲酸二丁酯降解菌的筛选、鉴定及其降解特性研究

从活性污泥中分离出1株以邻苯二甲酸二丁酯(DBP)为碳源和能源生长的高效降解菌DP-2,经形态观察、生化鉴定及16S rDNA序列分析,鉴定该菌株为不动杆菌(Acinetobacter sp.).采用单因素试验研究了不同试验条件(接种量、DBP浓度、NaCl浓度和碳源)对菌株DBP降解特性的影响,结果表明:接种量大于10%时,菌株DP-2在3 d内对初始浓度为10 mg·L~(-1)的DBP降解率可达到90%以上;DBP初始浓度为5—50 mg·L~(-1)时,菌株在6 d内对DBP降解率均能达到90%以上,但高浓度DBP会影响菌株DP-2生长,DBP浓度为1000 mg·L~(-1)时,DBP降解率仅为26.88%;菌株降解DBP的最佳NaCl浓度范围为0—20 g·L~(-1);此外,醋酸钠、蔗糖、葡萄糖添加对于菌株降解DBP均有一定的促进作用,其中葡萄糖效果最为明显.在此基础上,采用响应曲面法优化了菌株降解DBP的培养条件并进行了试验验证,在盐度为5 g·L~(-1),接种量为17.14%,底物浓度为9.81 mg·L~(-1),菌株对DBP的降解率为85.86%.     

均匀设计法优化高效杀藻菌Microbulbifer sp.BS03培养基及发酵条件

采用均匀设计法设计和二次多项式逐步回归分析,对一株高效杀塔玛亚历山大藻微泡菌BS03(Microbulbifer sp.)产杀藻活性物质的发酵培养条件进行优化.通过单因素实验筛选出碳源、氮源、pH、培养时间和接种量为显著影响因子,并对5个显著影响因子采用U15(155)水平对培养基进行优化.结果表明BS03最适发酵培养条件为:蔗糖8 g/L,蛋白胨10.50 g/L,初始pH值7.5,培养时间32 h,接种量3.00%.验证试验结果显示,在此条件下该菌发酵液的干重为4.725 g/L,较优化前增加了31.35%,LD50为0.768%,较优化前降低了25.14%.研究结果为杀藻活性物质以及杀藻机理的研究奠定了理论基础.     

减压内沸腾和响应面分析优化苦荞总黄酮提取工艺

首次利用减压内部沸腾法结合响应面分析,优化苦荞(Fagopyrom esculentum)种子中的黄酮类化合物提取工艺.通过析因实验筛选,以提取压力、乙醇浓度、提取时间、提取温度为自变量,总黄酮得率为响应值,采用BoxBenhnken中心组合试验设计.结果表明最佳提取条件为:0.060 MPa,52℃条件下,用38%的乙醇,料液比1:16,提取5min,提取两次,总黄酮得率为2.65%.因此,采用减压内沸腾结合响应面分析方法,在保证苦荞总黄酮得率的同时,大幅降低了提取温度,缩短了提取时间,可为苦荞黄酮的进一步开发和工业化生产提供理论基础.表6图2参16     

掷孢酵母发酵红薯淀粉酶解液产油脂的发酵条件

利用红薯粗淀粉酶解液为碳源进行发酵试验,采用单因素和均匀设计试验法对掷孢酵母(Sporobolomycesreseus)As.2.618产油脂发酵培养基进行优化,考察了二价金属离子及氧载体正十二烷对油脂积累的影响,以期降低微生物油脂的成本.通过DPS软件对均匀设计结果进行二次逐步回归分析,给出最优培养基组成(pig L-1)为:还原糖103、酵母粉11.5、磷酸二氢钾0.3、硫酸镁0.15.在此基础上添加30 mg L-1硫酸锌.在发酵条件为初始pH 6.0,发酵温度27℃转速200 r/min,装液量30 mL/500 mL三角瓶,接种量5%,发酵24 h后添加2 g L-1 CaCO3和2%(V/V正十二烷,振荡培养至168 h,菌体生物量高达35.05 g L-1,油脂产量也达到11.98 g L-1.     

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     

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.