外置式植物纤维床反应器与膜分离联用的丙酸发酵工艺研究

开发了一种外置式植物纤维床反应器与膜分离联用的丙酸发酵装置,将外置式植物纤维床反应器与中空纤维膜组件相连接,即可实现丙酸的多批次稳定高效生产。实验结果表明,以Propionibacterium freudenreichii CCTCC M207015为生产菌株,葡萄糖做碳源,利用该装置发酵214h(5批次),批次平均丙酸浓度达50.77g·L-1,生产效率达1.19g·L-1·h-1,菌体干重最高达33.85g·L-1,丙酸对葡萄糖转化率和丙酸占总有机酸比例分别为50.77%、79.45%(w/w),均远优于游离细胞与膜分离联用的丙酸发酵装置。

在内置式植物纤维床反应器中用糖蜜固定化发酵制丙酸

开发了一种综合利用制糖工业副产物生产丙酸的新方法,将制糖工业副产物甘蔗渣和糖蜜分别作为固定化载体和碳源,应用于丙酸生产。以甘蔗渣为固定化载体构建了一种内置式植物纤维床反应器(Inner plant fibrous-bed bioreactor,IPFB)。以Propionibacterium freudenreichii CCTCCM207015为发酵菌株,对在IPFB中分别用未处理糖蜜及糖蜜水解液为碳原发酵制丙酸进行考察。以未处理糖蜜为碳源发酵,254h丙酸浓度为52.39g·L-1,丙酸生产速率为0.21g·(L·h)-1;糖蜜水解液为碳源发酵,254h后丙酸浓度达75.18g·L-1,丙酸生产速率达0.30g·(L·h)-1,丙酸占总有机酸比例达83.10%(w/w)。稳定性实验表明以糖蜜水解液为碳源,利用IPFB发酵生产丙酸10批仍然保持较高的丙酸生产效率。扫描电镜显示大量丙酸杆菌的细胞吸附于甘蔗渣表面与间隙中,有效实现了高密度发酵。

米糠纤维床反应器固定化发酵产丁酸的研究

将米糠作为固定化载体,构建了一种新型的外置式纤维床反应器,应用于固定化发酵产丁酸实验。以酪丁酸梭菌为发酵菌株,进行了游离细胞和固定化细胞发酵比较。结果表明:固定化细胞分批发酵丁酸生产率为0.48 g/L/h,比游离分批发酵提高了55%。进行了重复分批发酵,8个批次的丁酸浓度平均值为21.05 g/L,可以稳定多批次运行。在发酵条件一致的情况下,进行了米糠对丁酸钠的吸附模拟实验,米糠对丁酸钠的平衡吸附量可达0.084 g/g。固定化发酵后的米糠会吸附产物丁酸钠,吸附量为0.105 g/g,这有利于将反应后的米糠直接用来生产含丁酸钠的饲料添加剂。

丙酸杆菌的两种固定化细胞反应器发酵生产丙酸及其代谢通量分析

根据构建的费氏丙酸杆菌合成丙酸的生化反应网络,利用代谢通量分析法分析了课题组构建的两种固定化细胞反应器对丙酸发酵的影响。结果表明,固定化细胞发酵可以调节葡萄糖-6-磷酸、磷酸烯醇式丙酮酸和丙酮酸节点处的代谢通量分布,从而最终影响生物量和各种有机酸的合成。与游离发酵相比,两种固定化发酵方式戊糖磷酸途径通量都有显著提高,乙酸和乳酸通量均有减少。与植物纤维床反应器主要靠直接加强丙酸合成途径使丙酸产率提高了242.72%不同,多点式棉纤维床反应器发酵主要是通过琥珀酸合成途径的增强而使丙酸产率提高了56.80%。比较了相关关键酶的比活,酶活变化与代谢通量结果基本一致。

低成本绿色循环工艺发酵生产丙酸联产维生素B_(12)

对提取维生素B12后的费氏丙酸杆菌废菌体进行水解处理,考察以菌体水解液作为N源用于丙酸发酵的可行性。利用正交设计得到了提取维生素B12后的废菌体水解优化条件。基于此,构建利用植物纤维床反应器固定化生产丙酸联产维生素B12的低成本绿色循环工艺。结果表明:在4.5 L的发酵体系中,单批次总糖质量浓度为200 g/L,发酵进行了5批次共1 192 h,丙酸生成总量为2 328.75 g,单批次丙酸质量浓度103.50 g/L,丙酸生产效率达0.43 g/(L.h),干菌质量浓度达到19.52 g/L。将菌体注入微好氧发酵罐中发酵获得112.8 mg/L维生素B12。

不同饲料组分作为固定化细胞载体制备丁酸纳饲料添加剂的可行性研究

本研究将米糠作为固定化载体,构建了一种新型的外置式纤维床反应器,应用于固定化发酵产丁酸实验。以酪丁酸梭菌为发酵菌株,进行了游离细胞和固定化细胞发酵比较。结果表明,固定化细胞分批发酵丁酸生产率为0.48 g·L^(-1)·h^(-1),比游离分批发酵提高了55%。重复分批发酵8个批次的丁酸浓度平均值为21.05 g/L,可以稳定多批次运行。米糠对丁酸钠的吸附模拟实验表明,米糠对丁酸钠的吸附量为0.02～0.08 g/g。固定化发酵后的米糠会吸附产物丁酸钠,吸附量为0.105 g/g,这有利于将反应后的米糠直接用来生产含丁酸钠的饲料添加剂。