核桃内生细菌Bacillus subtilis HB1310发酵棉秆水解糖液产油工艺优化

为实现核桃内生产油细菌Bacillus subtilis HB1310发酵棉秆水解糖液高效生产微生物油脂,检测了糖液浓度、氮源浓度、发酵起始p H值以及发酵时间4个主要因素对该菌株发酵棉秆水解糖液产油率的影响。通过单因素试验确定了响应面试验中各因素的水平中心点。通过响应面试验确定了菌株发酵棉秆水解糖液产油的优化工艺参数为糖液浓度7%(w/v)、氮源浓度5 g/L、发酵起始p H值6.0、发酵时间2 d,在此优化工艺条件下进行验证试验,获得的产油率可达30.26%±1.05%(w/w),与模型的理论预测值较接近,说明建立的模型是切实可行的。

分段调控pH值对阴沟肠杆菌WL1318发酵棉秆水解糖液产氢的影响

为有效调控阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae)WL1318发酵棉秆水解糖液产氢的过程,研究了分段调控p H值对该菌株发酵棉秆水解糖液产氢过程中发酵液p H值、生物氢合成、棉秆水解糖液中葡萄糖和木糖利用、菌株生长的影响。结果表明,分段调控p H值避免了发酵液p H值的急剧下降。分段调控p H值处理的产氢潜力P均高于未调控处理的,48 h时调控p H值能使发酵72 h的日均产氢量较未调控处理的提高约1.5倍;24 h调控p H值和48 h调控p H值处理的累积产氢量相较未调控处理的分别提高约15%和30%。分段调控p H值对阴沟肠杆菌WL1318发酵棉秆水解糖液产氢过程中的菌体生长有较大影响,使其在调控时间点后达到活菌数峰值,且菌体生长OD_(600nm)值在调控时间点后均高于未调控处理的。

棉秆水解糖液发酵生产乙醇工艺优化

采用单因素试验、二次通用旋转组合设计对棉秆水解糖液乙醇发酵工艺进行优化,以期获得乙醇发酵的优化工艺参数。结果表明,酵母菌及接种比、发酵时间、糖浓度和起始pH值均能显著影响乙醇浓度,且以单因素效应为主,所得优化工艺参数为:毕赤酵母和酿酒酵母接种比为1∶1.5,发酵时间为46 h,糖浓度为4.5%(w/v),起始pH值为5.1,优化条件下的验证值可达9.72 g/L±0.24 g/L,接近理论最高值。

棉秆水解糖液发酵生产乙醇工艺优化

采用单因素试验、二次通用旋转组合设计对棉秆水解糖液乙醇发酵工艺进行优化，旨在获得乙醇发酵的优化工艺参数。结果表明，酵母菌及接种比、发酵时间、糖浓度和起始pH 值均能显著影响乙醇浓度，且以单因素效应为主，优化的工艺参数为：毕赤酵母和酿酒酵母接种比为 1:1.5，发酵时间为 46 h，糖浓度为 4.5 %（w/v），起始 pH 值为 5.1，优化条件下的验证值可达 9.72±0.24 g/L，接近理论最高值。

添加Ni^2+ 强化 Klebsiella sp.发酵棉秆水解糖液产氢性能

将不同质量浓度Ni^2+添加至棉秆水解糖液发酵产氢系统,研究了Ni^2+添加对Klebsiella sp.发酵棉秆水解糖液合成生物氢过程的影响。结果表明:在Ni^2+添加质量浓度为20 mg/L处理下,Klebsiella sp.能获得最高的累积产氢量,其发酵120 h的累积产氢量较之对照组提高约24%。该添加质量浓度下,菌株通过Gompertz方程对累积产氢量拟合的动力学参数——产氢潜力P和最大产氢速率R m值最高,分别可达2957.65 mL/L和22.10 mL/(L·h),延滞期λ最短,仅为2.32 h。该添加质量浓度下,葡萄糖和木糖消耗率、ΔOD 600均值最高,较之对照组分别提高12.5%,5%和14.7%,说明适当质量浓度Ni^2+添加至Klebsiella sp.发酵棉秆水解糖液产氢系统有利于生物氢的合成、还原糖的消耗及菌体的生长。本研究结果为Klebsiella sp.更高效产氢和棉秆水解液更有效转化利用提供了理论基础和技术参考。

克雷伯氏菌发酵棉秆水解糖液产丁二酸的代谢特性

为研究7株克雷伯氏菌发酵棉秆水解糖液产丁二酸的关键途径及其竞争支路的代谢流分布,实现对菌株高效发酵棉秆水解糖液产丁二酸过程的有效调控。采用7株克雷伯氏菌发酵棉秆水解糖液,监测了各菌株在6、12、18、24、30和36 h的丁二酸含量、葡萄糖和木糖含量、琥珀酸脱氢酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性及胞内外丙酮酸和乳酸浓度,阐明了这些菌株发酵产丁二酸的代谢特性。结果表明,7株克雷伯氏菌在6~36 h内均能有效发酵棉秆水解糖液产丁二酸,且其发酵产丁二酸的时间集中于6~12 h,菌株WL1309和WL1312在发酵6 h即获得了较高的丁二酸产量(>42 g/L),其余5株细菌在发酵12 h的丁二酸含量均达峰值。至发酵结束(36 h),这7株菌的葡萄糖利用率均高于85%,木糖利用率均高于90%。各菌株琥珀酸脱氢酶活性均较低,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶主要在发酵6~12 h及24~36 h对丁二酸合成的影响较强。丙酮酸节点可能在发酵中后期(24~36 h)加速了丁二酸的转化,引起丁二酸合成支路代谢流分布的降低,而乳酸对其代谢流分布的影响较弱。因此,这7株克雷伯氏菌都具有高效发酵棉秆水解糖液产丁二酸的潜力,在其发酵过程中,对其关键酶和主要节点代谢物进行调控可在一定程度上实现丁二酸的高产。

Klebsiella sp.分批发酵棉秆水解糖液产氢动力学研究

采用Klebsiella sp.WL1316分批发酵棉秆水解糖液生产生物氢,研究了菌株产氢过程中的菌体生长、生物氢合成和还原糖消耗动力学。结果表明,Logistic方程较好地拟合了Klebsiella sp.WL1316的菌体生长动力学,计算得X_(max)和μ_(max)分别为16.400 0和0.004 0,模型拟合的相关系数为0.946 8。以Leudeking-Piret方程为基础建立的菌株生物氢合成动力学模型,其拟合的相关系数达0.972 9,表明该模型拟合情况良好。棉秆水解糖液中葡萄糖和木糖消耗动力学模型拟合结果表明,菌体生长及生物氢合成两者与底物消耗相关系数K_(X/S)分别为0.004 1和0.013 1,且拟合的相关系数均高于0.900 0,说明建立的动力学方程是可靠的。

添加Fe^2+对克雷伯氏菌发酵产氢特性的影响

在克雷伯氏菌发酵棉秆水解糖液产氢体系中添加Fe 2+,探究不同Fe 2+添加浓度对菌株产氢及其动力学、还原糖利用、生长OD值及其糖利用耦合的产氢和菌体生长效率的影响。结果表明,Fe 2+添加浓度为20 mg/L处理的累积产氢量最高,达2200 mL/L以上,较之0 mg/L处理的提高约20%,Gompertz模型拟合的参数P、R m值最高,分别可达2550.63 mL/L、25.08 mL/(L·h)。该添加浓度下,菌株获得的葡萄糖、木糖利用率和ΔOD 600值最高,较之0 mg/L处理的分别提高12%,4.3%和6.5%,基于还原糖利用的产氢效率Y(H 2/S)亦提高7.9%。