渗透汽化原位分离耦合拜氏梭菌丁醇发酵的研究

以筛选得到的聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)-聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)复合膜为分离用膜,开展了拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii)ZL01丁醇发酵与渗透汽化原位分离耦合的研究,结果表明:分批发酵-渗透汽化原位分离耦合与分批发酵相比,初始葡萄糖质量浓度从50 g/L提高至90 g/L;在90 g/L的初始葡萄糖质量浓度下,发酵结束时发酵液和渗透液中的丁醇总产量从13.2 g/L提高到16.9 g/L,总溶剂(丙酮(acetone)、丁醇(butanol)、乙醇(ethanol),简称ABE)产量从17.8 g/L提高到24.3 g/L,葡萄糖利用率从59.4%提高到95.7%。另外,分离过程中膜的总渗透通量平均为705 g/(m2·h),丁醇分离因子平均为19.0;经渗透汽化分离,渗透液可直接进入下一步蒸馏阶段,其中丁醇和总溶剂ABE质量浓度分别为178 g/L和292 g/L,与分批发酵工艺中发酵液直接进入蒸馏塔相比,丁醇和总溶剂ABE质量浓度分别提高了10.9倍和14.1倍,可大大降低蒸馏能耗。

高抗逆高丁比拜氏梭菌的选育及其性能考察

以抗逆突变株Clostridium beijerinckii IB4为出发菌株,通过常压室温等离子体诱变(ARTP),刃天青平板初筛,摇瓶发酵复筛,筛选出1株高抗逆高丁比的突变菌株C.beijerinckii IT111。发酵结果表明:该突变菌株利用多种C源时均展现其高丁醇比的特性,以玉米芯酸解糖液为C源时,溶剂产量达到10.5 g/L,丁醇8.0 g/L,丁醇比高达76%。抑制物抗逆性测试结果显示:糠醛和酸类对C.beijerinckii发酵影响较小,酚类物质对C.beijerinckii抑制作用较强,其中以香草醛为最。综上所述,C.beijerinckii IT111是1株极具潜力的利用木质纤维原料制备丁醇的菌株。

木糖发酵拜氏梭菌的分离及发酵特性

【目的】分离获得同步利用葡萄糖与木糖的产丁醇菌株并对其五、六碳糖代谢动力学特性进行研究.【方法】以木糖为唯一碳源培养基,富集、筛选获得利用木糖产丁醇菌株;通过显微形态特征及16SrRNA序列分析对目的菌株进行分类鉴定;采用不同配比(2∶1、1∶2与1∶1)葡萄糖与木糖混合糖培养基对菌株的五、六碳糖代谢动力学特性进行研究.【结果】获得一株产丁醇菌株,鉴定菌株S3为Clostridium beijerinckii,命名为C.beijerinckii SE-2;葡萄糖与木糖代谢速度比较发现其对葡萄糖与木糖的利用速率基本相当,混合糖发酵动力学分析进一步说明菌株对木糖的代谢不受葡萄糖的阻遏,混合糖的利用速率分别为0.56,0.56,0.53g/L/h.【结论】菌株C.beijerinckii SE-2具有很好的葡萄糖与木糖同步代谢及产丁醇能力,具有一定以木质纤维素水解液生产生物丁醇的应用前景.

高耐受性拜氏梭菌的离子束诱变选育

【目的】为了优化生物丁醇生产工艺,研究拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii)对有毒物质的耐受性。【方法】利用常温等离子诱变技术选育获得1株突变株C.beijerinckii GZ-9,并通过摇瓶发酵对比原始菌株C.beijerinckii NCIMB 8052和突变株GZ-9对有毒物质的耐受性。【结果】NCIMB 8052在酚浓度为1.5g/L的发酵液中已不能生长,而GZ-9在酚浓度2.4g/L的发酵培养基中生长良好;当可溶性总酚浓度为1.5g/L时,实验总溶剂产量和丁醇产量分别达9.2g/L和6.5g/L。【结论】突变株GZ-9对未脱毒甘蔗渣酸解糖液中毒素物质的耐受性远高于原始菌株NCIMB 8052。

拜氏梭菌Clostridium beijerinckii NCIMB 8052发酵玉米皮生产丁醇

玉米皮作为玉米淀粉加工的副产物,是一种可用于生产液体燃料的潜在廉价优质的生物质资源。本文以玉米皮为原料,对拜氏梭菌发酵生产丁醇进行了研究。实验结果表明,玉米皮首先在最优的预处理温度140℃下使用0.5%硫酸水溶液以固液比1∶8处理20 min,再添加200 IU/g底物糖化酶、1.0 IU/g底物木聚糖酶进行酶解,可以使原料中的淀粉和半纤维素转化为可发酵糖,此时水解液中的总糖浓度为50.46 g/L。然后使用1.0%的活性炭对水解液进行脱毒处理以去除发酵抑制物,再进行丁醇发酵,丁醇产量为9.72 g/L,总溶剂产量可达14.09 g/L,糖醇转化率为35.1%。上述研究结果证明玉米皮作为一种粮食加工废弃物用于液体燃料丁醇的生产在技术上是完全可行的。

拜氏梭菌Clostridium beijerinckii NCIMB 8052在木薯发酵中耐高浓度丁醇的菌株筛选

研究以木薯为发酵底物在不同丁醇浓度的定向驯化过程中各时期的丁醇产量变化;设计了逐步加大丁醇浓度;一次性将丁醇浓度加大至最高浓度20 g/L的一次性驯化;及多次转接循环驯化3种驯化方法,考察驯化后的菌株对丁醇的耐受性,发酵产丁醇效果,及循环驯化次数与丁醇产量的关系。结果表明,在添加各个浓度的丁醇发酵后,各处理在180 h后仍然有丁醇产生,且添加丁醇的浓度达20 g/L时,在180 h后产生的丁醇仍有3.5 g/L。经逐步增大耐丁醇浓度驯化的菌株在发酵中具有较高的活性,不仅可以在高达20 g/L的丁醇中生长,并能抵制丁醇的抑制而产生新的丁醇,发酵180 h后丁醇为7.3 g/L。而将驯化浓度一次性添加到较高浓度驯化后的菌株出现性状衰减,导致菌株活性减弱,发酵产丁醇能力降低。表明用驯化的方法可提高菌株对丁醇的耐受性,经筛选后得到一株较高的耐丁醇菌株,在梭菌培养基中,最高的耐受丁醇浓度达到13 g/L。

诱变选育拜氏梭菌利用碱处理木糖渣水解液生产丁醇

试验以拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii)NCIMB 8052为出发菌株,采用EMS诱变,并利用含淀粉、2-脱氧-D-葡萄糖的固体培养基对诱变菌株进行多次筛选,最终获得一株诱变菌株Y-3,其在葡萄糖培养基中总溶剂产量为15.8 g/L,丁醇产量为9.4 g/L,较出发菌株分别提高了30.6%和40.3%。利用以木糖渣为底物生产的纤维素酶对经2%氢氧化钠预处理后的木糖渣进行水解,所得的水解液作为Y-3丁醇发酵培养基中的碳源,总溶剂和丁醇产量分别达到16.3 g/L和8.8 g/L。结果表明,诱变菌株Y-3可利用碱处理木糖渣水解液作为发酵底物生产丁醇,且丁醇产量较高,适合于生物质发酵,大大降低了生产成本。

He-Ne激光诱变选育产氢拜氏梭菌

采用He-Ne激光器对拜氏梭菌( Clostridium beijerinckii )进行激光诱变育种,对激光诱变参数进行优化,结果表明,随着照射剂量的变化,存活率随之变化,输出功率和辐射时间均由正突变率决定。在最佳照射条件(19 mW,16 min)下,得到稳定的阳性突变株BH4。在初始葡萄糖浓度为10 g/L的分批培养中,突变株每克葡萄糖的最终产氢量为260.7 mL,比野生菌高出28.9%。酶测定显示,诱变后氢化酶活性增加,这可能有助于提高产氢量。此外,研究了分批培养物中突变体BH4及其野生菌的动力学,其初始葡萄糖浓度为1~10 g/L。动力学参数还表明,突变菌比其野生菌具有更强的产氢能力。说明该He-Ne激光诱变育种技术可以在产氢微生物领域中应用。

葛渣水解残渣为拜氏梭菌ART25吸附载体发酵生产丁醇的研究

【目的】探究固定化吸附环境对以葛渣水解液为原料进行丙酮丁醇发酵的影响。【方法】以经预处理的葛渣水解残渣为固定化吸附载体,研究不同载体添加量对以葛渣水解液为原料发酵生产丁醇的影响,同时从吸附环境下细胞活性、氧化还原电位及丁醇代谢途径关键酶活等角度探究添加固定化吸附载体(葛渣水解残渣)提高溶剂产量的内在机理。【结果】当载体添加量为10.0 g/L时,丁醇和总溶剂的产量最高,具体分别达到(9.92±0.05)g/L和(15.79±0.12)g/L,与对照组相比分别提高了13.29%和25.96%。在探究吸附环境影响丁醇合成的生理机制时发现,最佳吸附环境下的乙酸激酶、丁酸激酶、乙醇脱氢酶和丁醇脱氢酶的活性与对照组相比分别提高了33.90%、27.40%、14.53%和38.53%,表明吸附环境可提高丁醇代谢途径中关键酶酶活,从而提高溶剂产量。【结论】葛渣水解残渣可作为丁醇发酵过程固定化吸附载体,吸附环境可为细胞提供适宜生长环境及增强丁醇代谢途径中关键酶酶活,从而提高溶剂产量。

拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii)NRRL-B593在三种不同培养基中乙醇脱氢酶活力的测定

拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii〗)NRRL-B593在葡萄糖基质中可以代谢产生丁醇、乙醇、异丙醇。乙醇脱氢酶(ADH)是产生醇类的关键酶,比较了拜氏梭菌(C.beijerinckii)NRRL-B593在葡萄糖基质与氨基酸基质中ADH活性,为进一步研究该菌株的代谢及表达调控提供理论基础。首先通过监测C.beijerinckii NRRL-B593在不同培养基中D_(600)值,绘制生长曲线,后在8000 r/min,10min下收集对数期与稳定期的细胞,利用厌氧型细胞破碎仪French Press获得无细胞抽提物(CFE),最后通过Bradford法测量蛋白质含量,在厌氧条件下利用丙酮为底物,NADPH依赖型的氧化反应测其酶活力。结果显示,稳定期的ADH酶活力远远高于对数期酶活力高,氨基酸培养基中的ADH酶活力高于葡萄糖培养基。

拜氏梭菌细胞固定化技术的研究

该文以海藻酸钠和聚乙烯醇(PVA)为载体,以戊二醛为交联剂,对拜氏梭菌进行了固定化技术的研究。通过单因素实验和正交实验,以总溶剂和丁醇产量及固定化小球的完整性为考核指标,确定了影响拜氏梭菌固定化技术的主要工艺参数:海藻酸钠浓度为2%,PVA浓度7%,戊二醛添加量为2%,交联时间4 h,交联温度37℃,丁醇产量最高可达11.72 g/L,总溶剂产量最高可达21.51 g/L。

拜氏梭菌13-2发酵甘蔗渣水解液生产丁醇的研究

目的:蔗渣是一种重要的可再生生物质资源,蔗渣原料生产丁醇将大大降低丁醇的成本。方法:实验利用0.25～3.0%不同浓度稀H2SO4对蔗渣进行121℃的高温作用1h,以水解液为碳源,进行丁醇的发酵实验。结果:相对于8052菌株,13-2菌株对甘蔗渣水解液具有更高的发酵效率,在0.5%硫酸用量条件下,13-2菌株的丁醇发酵量最高,达到4.5g/L。而8052只有2.3g/L的丁醇发酵量。结论:在同等条件下,拜氏梭菌菌株13-2比模式菌株8052具有更高的溶剂产量和抑制物耐受能力,最佳的蔗渣水解条件为1.5%硫酸用量,丁醇发酵量和总溶剂分别为4.57g/L和5.41g/L。

响应面法优化拜氏梭菌产丁醇培养基

目的:对拜氏梭菌发酵糖蜜生产丁醇培养基进行优化。方法:通过Plackett-Burman试验设计筛选出拜氏梭菌发酵糖蜜生产丁醇发酵培养基中8因素分别对丁醇产量的影响并进行评价。结果:主要影响因子为糖蜜、酵母粉和碳酸钙。根据实验结果对主要影响因子的大致范围进行估计,选定合适的浓度,采用最陡爬坡试验和Box-Behnken试验进行优化,Design-Expert8.0软件二次回归分析,所得主要因素的最佳浓度为:糖蜜121.6 g/L,酵母粉12.4 g/L,碳酸钙3.43 g/L。结论:经过优化拜氏梭菌发酵糖蜜生产丁醇产量可达到12.83 g/L,比优化前的10.04 g/L提高了27.79%。

一株产丁酸羊源拜氏梭菌的筛选及其培养条件优化

【背景】人类和动物消化道内栖息着极其复杂和多样化的微生物群落,这些微生物群落分布在肠道的不同位置并执行着特定的功能。近年来,产丁酸菌逐渐成为微生物领域的研究热点,产丁酸菌主要为产芽孢革兰氏阳性厌氧菌,对肠道健康有重要意义。【目的】从反刍动物瘤胃中筛选出产丁酸菌株并研究其生长特性,进一步优化其培养条件,从而提高产丁酸菌的丁酸产量。【方法】以绵羊瘤胃内容物为样品,运用稀释涂布法进行产丁酸菌的筛选,通过形态学观察和16S rRNA基因序列分析等方法对菌株进行鉴定。通过单因素试验与Box-Behnken design试验相结合,对培养条件进行优化,确定筛选菌株在梭菌增殖培养基(reinforced clostridium medium,RCM)中的最佳产酸培养条件。【结果】经过筛选鉴定得到的菌株为梭菌属的拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii,CB),命名为拜氏梭菌R8(CB.R8)。对拜氏梭菌R8的培养条件进行优化,得出该菌株在接种量为1.22%、温度为38.45°C、pH 6.08和培养时间为64.67 h的条件下丁酸产量为2.48 g/L。【结论】筛选到1株拜氏梭菌R8,该菌能够在RCM培养基中生长并代谢产生丁酸,具备较高的应用价值。

高产生物丁醇新菌株的筛选、鉴定及发酵研究

丁醇是具有巨大应用潜力的可再生能源。为了获得高效生产丁醇的菌株,通过玉米培养基富集、丁醇耐受筛选的方法,从自然环境(牛粪、沼气池和土壤)来源的60份样品中分离获得1株丁醇发酵比率高的新菌株,菌株命名为gxzp-13-2。经梯度浓度葡萄糖发酵试验表明,5%葡萄糖发酵丁醇产量较高,最高可达10.05 g/L,总溶剂达到13.95 g/L,丁醇比约为72.1%,转化率为31.8%。对此菌株进行了分子鉴定,经16S rDNA基因序列同源性分析表明,gxzp-13-2与拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii)的同源性最高,相似性高达98%。gxzp-13-2在厌氧固体培养基上生长,菌落呈紫色。该菌株为下一步的菌种基因改造工作提供了研究基础,也为丁醇发酵提供了宝贵的菌种资源。

高产丁醇菌株诱变选育及发酵研究

菌株是丁醇发酵生产的重要因素,优良丁醇菌株的选育及发酵条件优化是提高丁醇产量的有效途径。本研究选取工业上重要的产丁醇菌株——拜氏梭菌Clostridium beijerinckii ATCC 55025为对象,进行紫外诱变,获得了一株丁醇产量高、耐受性强和稳定性好的优良突变株Clostridium beijerinckii U-57,由中国典型培养物保藏中心保存,注册号为CCTCC M 2013208。该突变株发酵产丁醇和总溶剂(丙酮、丁醇、乙醇)分别为6.44g/L、10.57 g/L,较原始菌株分别提高了7.15%、6.98%。采用Plackett-Burman设计以及Box-Behnken响应面设计,对突变株U-57的最佳培养基组分进行了筛选。进一步通过正交实验对突变株U-57的最佳发酵条件进行了优化,发酵得丁醇和总溶剂产量分别为7.85 g/L、12.28 g/L,比优化前分别提高了21.9%、15.3%。研究结果为进一步工业化应用提供了基础。

丙酮丁醇产生菌的筛选及玉米芯水解液发酵丁醇研究

对从自然界筛选的丙酮丁醇产生菌发酵玉米芯水磨酶水解液进行了研究。结果表明:从133份森林土样中筛选到的205株丙酮丁醇产生菌中,G-23菌株能够有效地利用葡萄糖、木糖以及葡萄糖和木糖的混合糖进行丙酮丁醇(acetone-butanol-ethanol,ABE)发酵。利用水磨的方法对玉米芯进行预处理,该方法能够有效提高玉米芯的酶水解效率,得到的水解液能直接进行丙酮丁醇发酵。利用G-23菌株对水磨预处理后的酶水解液进行ABE发酵,得到了较高产量的丁醇和总溶剂,分别为7.6g/L和12.8 g/L。

利用糖蜜发酵生产丁醇菌株的分离筛选及鉴定

高效利用糖蜜产生丁醇的菌株是低成本生产丁醇的基础。本研究从自然环境(牛粪、沼气池、土壤)中筛选具有利用糖蜜产生丁醇能力强的菌株。采样通过玉米培养基富集初筛分离获得12株生产丁醇能力较强的菌株。用8度糖蜜发酵复筛,有2株菌株丁醇产量较高,分别为8.57 g/L和8.45 g/L,丁醇比高达75%。将菌株分别命名为gxzp-5和gxzp-9,经过16S rDNA基因序列同源性分析初步鉴定,2株菌株都为拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii)。

离子束诱变与连续驯化选育耐毒性产丁醇菌株

利用离子束注入的方法对丁醇发酵菌株拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii)NCIMB 8052进行诱变,筛选得到了突变株拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii)CN18,相对于出发菌株,该突变株的丁醇产量从9.9 g/L增加至12.8 g/L,提高了29.3%;总溶剂产量从13.4 g/L增加至18.2 g/L,提高了35.8%。该突变菌株连续传代20次,溶剂产量稳定,菌株无明显退化。使用含木质素降解产物的培养基对该菌株进行连续培养驯化,最终获得一株耐木质素降解产物的高产突变株,命名为拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii)CN88,其耐受木质素降解产物的质量浓度提高至1.0 g/L。在0.6 g/L、0.8 g/L、1.0 g/L的抑制物质量浓度下发酵,可分别产总溶剂15.2 g/L、14.4 g/L、12.7 g/L。

丙酮丁醇产生菌的筛选、鉴定及其产丁醇性能优化

由于丁醇对生产菌的抑制甚至毒害作用导致丙酮丁醇发酵过程中出现低产物浓度、低产率现象是目前生物法获取丁醇过程中亟待解决的一个关键科学问题。为获得高丁醇耐受性及高丁醇产量生产的菌株,该文采用自行设计的"三明治"筛选方法,从土壤中筛选出4株高丁醇耐受性菌株,其中菌株a914的发酵性能最佳,经P2培养基和木薯粉培养基发酵后其丁醇的产量分别为5.44和3.02 g/L。菌株a914经16S r DNA鉴定其与拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii)的同源性高达99%,以及结合菌株a914的生理生化特性最终确定菌株a914为拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii)。同时还对菌株a914的发酵性能进行了初步研究,试验结果表明,其最适的木薯粉浓度为80.0 g/L、酵母浸粉浓度为3.0 g/L、碳酸钙添加量为3.0 g/L,在此条件下丁醇和总溶剂产量分别达到6.73和9.83 g/L。