克雷伯氏菌微氧发酵生产1,3-丙二醇的研究

对克雷伯氏菌在厌氧和通 1 .2L/min空气的条件下间歇连续发酵生产 1 ,3 丙二醇进行了研究 ,在两种条件下 1 ,3 丙二醇的转化率接近。在通空气的条件下细胞能够正常代谢 ,并获得较高菌体密度 ,但有氧发酵的生产强度高于厌氧发酵 ;甘油处于限制状态、稀释率为 0 .1h- 1 的连续发酵中 ,有氧发酵 1 ,3 丙二醇的转化率和生产强度均高于厌氧发酵。

丙酮酸对肺炎克雷伯氏菌微氧发酵甘油产1,3-丙二醇的影响

微氧条件下,考察肺炎克雷伯氏菌发酵生产1,3-丙二醇过程中柠檬酸和丙酮酸对发酵过程的影响。摇瓶实验结果表明:添加柠檬酸能抑制菌体生长和1,3-丙二醇合成;丙酮酸对菌体生长和1,3-丙二醇合成有一定的促进作用。5 L发酵罐批式发酵表明:补料培养基中加入8 g/L丙酮酸,1,3-丙二醇的产量提高了约10.8%,转化率提高了约4.4%,比生长速率提高了约10.8%。上述结果初步表明,强化能量的产生能够有效促进1,3-丙二醇的合成,可以利用分子生物学手段强化丙酮酸的产生以促进1,3-丙二醇的合成。

沼气微氧发酵过程硫转化及微生物群落

以水稻秸秆与猪粪为原料,探究微氧发酵过程中S元素的转化与微生物群落特征以及通氧量的影响。结果表明,厌氧发酵过程中原料的S元素约有65.7%转化为H2S进入沼气,19.0%进入发酵后的沼液,15.3%残留在沼渣中。微氧条件下,沼液中S2-的浓度(100 mg/L)远低于厌氧条件的250 mg/L,约71.8%的S元素转化为H2S然后被氧化成为S单质和少量SO42-。H2S去除效率随通氧量的增大而增大,当通氧量为11.85 L/m3沼气时,约96%的H2S被氧化脱除。根据高通量测序结果,与厌氧发酵相比,在微氧条件下,沼液中微生物多样性仅有轻微变化,比较稳定;硫氧化菌明显增多,而产甲烷菌无明显变化。较高浓度硫氧化菌的存在,有利于沼气中H2S的及时转化,可减轻H2S对产甲烷菌活性的抑制,从而促进厌氧发酵的进行。

微氧条件下玉米秸秆的发酵产氢

以玉米秸秆为原料,通过小试实验研究了不同的预处理方式和通氧量对微氧条件下发酵产氢的影响,放大实验对比了微氧发酵和厌氧发酵过程中产气、产氢、pH、碱度、挥发性脂肪酸(VFA)以及微生物种群的变化。小试实验表明,经过稀酸预处理的玉米秸秆产氢效果最好,最佳通氧量确定为280mL/(kg·d)。放大实验表明,微氧发酵的最大产气量、最大产氢量、累计产气量和累计产氢量均高于厌氧发酵,并且产气和产氢时间延长了6h。引起pH和碱度变化的原因主要是VFA的积累,特别是乙酸和丁酸。能够鉴定到科及以下的微氧发酵产氢优势种有肠球菌属(Enterococcus sp.)、拟杆菌属(Bacteroides oleiciplenus)、柠檬酸杆菌属(Citrobacter sp.)、消化链球菌科(Peptoclostridium difficile)、肠杆菌属(Escherichia sp.)、乳杆菌属(Lactobacillus mucosae)、梭状芽孢杆菌科(Clostridia)、梭菌属(Clostridium baratii)、双歧杆菌属(Bifidobacterium animalis)。

基于不同底物的微氧沼气发酵原位脱硫及其影响研究

以小麦或水稻秸秆为原料,在30 L发酵罐中55℃下微氧发酵,探究了不同底物发酵的沼气产气规律、CH_4产量、沼气组分、H_2S脱除效果以及挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFAs)浓度的影响。结果表明,小麦或水稻秸秆具有极相似的产气规律,微量O_2能够分别提升CH_4产量10.5%和8.5%,但不改变沼气总产量及产气规律;通氧量为理论需氧量2倍时,小麦和水稻秸秆发酵稳定期的沼气产量分别达到106.9、132.9 L/L,CH_4体积分数分别达到(63.9±3.1)%、(66.1±3.6)%;水稻秸秆沼气H_2S的脱除效率达到98%,略高于小麦秸秆;而小麦秸秆发酵液中VFAs浓度及降解速率均远低于水稻秸秆。2倍通氧量较为适宜,此时甲烷体积分数达到最高,H_2S脱除率较高。研究结果对秸秆的资源化和沼气的脱硫与利用具有指导意义。

连续微氧导入沼气发酵过程H2S原位脱除研究

建立微氧连续通入沼气厌氧发酵中试装置,实现H2S原位脱除的目的。以水稻秸秆为原料进行高温(55℃)发酵,探究沼气微氧发酵过程中通氧量对H2S原位脱除及微生物群落特征的影响。结果表明,微量O2的通入使得发酵平稳期沼气产气量、甲烷产量及甲烷体积分数明显增加,但与O2通入量不成正比;通氧量以150 mL·L^-1·d^-1为宜,此时沼气产气量高出对照组约23%,甲烷产量也最大,并高出对照组约27%。H2S的去除率随通氧量的增加而提高,通氧量为150 mL·L^-1·d^-1时,H2S脱除效率达98.0%,且沼气中残留的O2体积分数可控制在0.5%以下;微量O2的通入可明显促进挥发性脂肪酸的降解,pH可维持在7.0~8.5,有效提高了沼液中化学需氧量及总固体的降解率。微氧条件下发酵液中微生物多样性仅有轻微变化,古菌和细菌的群落结构也未受明显影响。

以污泥微氧水解发酵液为碳源处理低C/N城市污水

采用污泥微氧水解发酵液为碳源用于厌氧/好氧/缺氧模式运行的SBR工艺处理低C/N城市污水,考察了不同C/N下系统的脱氮除磷能力。结果表明:随着C/N的提高,SBR工艺的脱氮除磷效果逐渐强化,当C/N在7、8时,系统内出现了反硝化除磷现象,并在C/N=8时实现了高效同步脱氮除磷,对COD、NH4+-N、TN、TP的去除率分别为93.7%、98.9%、84.3%、96.1%,出水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。

预处理对菌接种餐厨垃圾发酵产乙酸的影响

探究了餐厨垃圾微氧发酵产挥发性脂肪酸(VFAs)的强化条件,即5种预处理方式(酸、碱、超声、热及热碱预处理)对餐厨垃圾接种酵母菌和醋酸菌后水解及产酸效果的影响.结果表明,预处理均有效提高了餐厨垃圾微氧发酵产VFAs及乙酸的性能,且产物组成并未发生改变.VFAs中乙酸、丙酸及丁酸分别约占81.81%~92.35%、0.00%~7.48%及6.69%~17.36%.其中,热碱预处理效果最好,在微氧发酵7d后,其发酵液中溶解性化学需氧量、VFAs产量、乙酸产量分别达到22.04、30.08和27.78g/L,较空白实验提高了46.54%、54.34%及77.06%,极大地加快了微氧发酵过程.

光合细菌发酵产类胡萝卜素的中试研究

本文论述了在黑暗微好氧条件下利用光合细菌发酵产胡萝卜素的中试结果。中试生物反应器容积５００Ｌ，中试研究中设计了合适的工艺流程，优化出较佳的发酵条件，获得了较高的发酵水平：经４８ｈ分批发酵，获得类胡萝卜素２９５ｍｇ／Ｌ，菌体干重７．２ｇ／Ｌ。

若干因素对发酵法生产1,3-丙二醇的调控作用

利用一株新筛选的克雷伯氏肺炎杆菌(Klebsiella pneumoniae ZJU 5205)对发酵法生产1,3-丙二醇进行了研究,考察了 pH、溶氧及添加辅助底物葡萄糖对发酵过程的调控作用。实验结果表明,相比于未调控 pH 发酵,恒定 pH 值发酵得到的菌体浓度明显增高,甘油消耗加快,1,3-丙二醇的最终浓度以及甘油到丙二醇的转化率(Y_(P/S))明显提高,分别达16.39g/L和0.51mol/mol;厌氧发酵时的菌体浓度和甘油消耗速率均高于微氧发酵,但1,3-丙二醇最终浓度和转化率低于微氧发酵;添加葡萄糖为辅助底物能够有效促进菌体生长,但1,3-丙二醇最终浓度和转化率却低于以甘油为单一底物时的发酵结果。

共生菌系TSH06连续发酵生产丁醇

传统的产丁醇生产菌均为严格厌氧,本实验室分离出一株兼性厌氧共生菌系TSH06,可在微氧条件下发酵生产丁醇。本文研究了共生菌系TSH06微氧条件下的丁醇连续发酵,考察了稀释率对TSH06细胞生长及丁醇合成的影响。结果表明,低稀释率有利于丁醇的生成,高稀释率有利于酸的积累,丁醇浓度随着稀释率的增大而减小,而生产强度随稀释率的增大而增大。当稀释率大于0.2h^(–1)时,生产强度呈下降趋势。最优化的稀释率为0.2h^(–1),丁醇生产强度可达1.06g/(L·h)。研究结果可为微氧条件下丁醇连续发酵的进一步优化提供理论依据。

高温微好氧发酵策略强化重组大肠杆菌D-乳酸合成途径

D-乳酸作为一种重要的手性中间体和聚乳酸合成的原料,其生产已越来越受到人们的重视。Escherichia coli CICIM B0013-070是一株能同型发酵合成D-乳酸的基因重组菌。比较该菌株不同温度、不同供氧强度下的生长情况及发酵产酸性能。结果显示,采用微好氧发酵,在37、40℃温度下菌体量仍在增长;当发酵温度高于42℃后,菌体生长受到一定抑制,菌体量保持稳定,而乳酸的比合成速率和乳酸得率均有所提高。另外,对比微好氧发酵和限氧发酵的乳酸比合成速率发现,前者为后者的1.5～2倍;且微好氧条件下,葡萄糖到乳酸的得率随温度的提高逐渐增加,较高温度下接近甚至超过了限氧条件相同发酵温度下的得率。上述结果表明,在非严格限氧的条件下,可以通过发酵温度的提高,实现发酵阶段菌体生长和D-乳酸合成的代谢流微调,维持D-乳酸高生产强度的同时提高D-乳酸得率。

来源于枯草芽孢杆菌的漆酶cotA基因克隆与表达及其酶学性质研究

漆酶作为一种含铜离子的多酚氧化酶,在环境保护、生物能源、食品工业和纸浆漂白等工业中有重要的应用价值。从枯草芽孢杆菌168菌株中克隆漆酶cot A基因,全长1 542 bp,编码513个氨基酸,外加一个终止密码子。将该基因在大肠杆菌Transetta(DE3)菌株中通过微好氧发酵法进行异源表达和纯化,获得的重组酶蛋白Cot A的最适反应温度为60℃,最适p H为4.5。该酶在60℃具有较好的热稳定性,保温90 min后仍有71.70%的剩余酶活。最适反应条件下,重组酶对ABTS的Km为63.9±5μmol/L,kcat为39.1±1/s,最大反应速率为0.005μmol/L·min·mg,且在最适反应条件下,微好氧发酵法获得的重组酶蛋白Cot A的比活(557.8 U/mg)是低温诱导法(0.2 U/mg)的2 655.4倍。因此,通过微好氧发酵法可以显著提高重组漆酶Cot A的比活力。