生物基材料产业化进展

在全球石油资源供给日趋紧张,环保问题日益突出,对低碳经济发展需求日益迫切的情势下,以可再生资源为基础的生物基材料迅速发展成为必然趋势。综述了目前国内外生物基材料产业化的最新进展,系统介绍和总结了乳酸、1,3-丙二醇、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚羟基脂肪酸酯、透明质酸、大豆蛋白、聚天冬氨酸、木塑复合材料等几种生物基材料产业化最新结果。对比了美国、日本和欧洲等国家生物基材料产业状况,分析了生物基材料产业化的发展趋势及前景。

代谢过程中相关氨基酸对高密度发酵生产腺苷蛋氨酸的影响

对清酒酵母高密度发酵生产S-腺苷-L-蛋氨酸(SAM)代谢过程中的相关氨基酸进行了考察。分别考察了十二种氨基酸对生物量和SAM产量的影响。实验发现L-胱氨酸、L-半胱氨酸、L-赖氨酸、L-组氨酸和L-蛋氨酸对SAM的积累有利,其中L-赖氨酸和L-组氨酸可以提高生物量,进而提高SAM的产量;L-胱氨酸、L-半胱氨酸和L-蛋氨酸可以提高SAM的含量,但是会抑制生物量的增长。通过3种补加方式的比较,得到最优的补加方式为:L-赖氨酸和L-组氨酸在培养基中加入,L-胱氨酸,L-半胱氨酸和L-蛋氨酸采取在发酵过程前24 h流加。通过正交实验确定补加量为:L-赖氨酸为1 g/L,L-组氨酸为1 g/L,L-胱氨酸为1.5 g/L,L-半胱氨酸为1 g/L,L-蛋氨酸为1 g/L。将此结果应用于5 L发酵罐培养,SAM最高产量为5.53 g/L,生物量为128 g/L。

金属盐助催化超低酸水解纤维素的实验和机理

以纤维素模化物(定量滤纸)为原料,考察金属离子对超低酸水解纤维素的助催化作用,并对助催化机理进行探讨。实验中对K2SO4、MgSO4、Na2SO4、Al2(SO4)3、CuSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3在3种浓度(0.01%、0.05%、0.10%)下的助催化效果进行对比。结果表明:浓度为0.05%的K2SO4、MgSO4、Na2SO4的催化效果较好,重复实验得出K2SO4的效果更稳定。在实验基础上结合仪器分析,选择K2SO4初步探讨金属盐助催化纤维素的水解机理,为后续的研究工作做理论铺垫。

生物降解木质素的研究进展

随着石化资源日益枯竭和我国国情实际情况,第二代生物质能源研发十分迫切。清洁高效降解自然界中第二大丰富的木质素资源亟待解决。相比物理和化学方法,生物降解木质素因专一性强和环境友好等特点最具发展优势。本文简单综述了真菌和细菌微生物降解木质素的几种途径,指出多组学(如蛋白组学、转录组学和代谢组学)技术是剖析微生物降解木质素分子机制的有力手段,为生物降解木质素及其高效利用提供借鉴和参考。

粘红酵母和钝顶螺旋藻混合培养生产微生物油脂培养基优化

通过单因素实验和正交实验对粘红酵母和钝顶螺旋藻混合培养的培养基进行了优化,得到的优化培养基于5 L发酵罐中实验,葡萄糖质量浓度低于10.0 g/L时,开始流加600 g/L葡萄糖,控制葡萄糖质量浓度在(20±5)g/L,最终得到的油脂产量达到16.0 g/L。

脂肪酶发酵过程中的油脂利用

对假丝酵母Candida sp.99-125发酵生产脂肪酶的过程中油脂代谢情况进行了研究。分析了发酵过程中甘油酯、油酸、棕榈酸等物质浓度随发酵时间的变化趋势,以及它们与菌体生长和产酶之间相互影响关系,结果发现油酸的消耗能够显著地促进脂肪酶的合成(油酸质量浓度从30 g/L降低到10 g/L),并且细胞对油酸和棕榈酸的利用没有选择性,最终发酵脂肪酶活力可达8 000 U/mL。

填充床反应器中酶法合成生物蜡酯

研究了填充床式反应器酶法合成生物蜡酯的生产工艺。以大豆油、十六醇为原料,在石油醚体系中,使用实验室自制的固定化Candidasp.99-125为催化剂。对操作参数,如填充高度、进料速度、固定化酶用量、底物摩尔比进行了研究。结果表明,固定化酶质量为47g,填充高度40cm(内径3.5cm),油醇摩尔比1:2.4,以4mL/min速度进料保留时间4h,产率可达83%。固定化酶在使用16批时,产率仍保持在70%以上。同时,对于填充床的填充方式作了初步探索。

生物油热解条件对生物沥青性能影响的研究

生物质作为一种可再生资源在全球范围内储量丰富,但长期以来利用率较低。通过简单的热裂解技术制备了生物油,并考察了不同裂解条件下产物成分的变化。此外对制得的生物沥青的物理性能进行测试,结果表明生物质在600℃下快速裂解1 s,生物沥青的针入度可达到7 mm,延度36 cm,浸水稳定度4.1 kN,冻融劈裂强度0.025 MPa,软化点下降到40℃。以上结果表明提高热裂解温度和延长裂解时间有助于改善产物的物理性能。

光催化-微生物耦合固碳研究进展

CO_(2)作为主要的温室气体之一,它的大量排放是引起全球变暖等环境问题的主要因素。同时,CO_(2)也是大气中储量丰富、可再生的碳源,可以用于含碳燃料及化工产品的生产。因此,实现CO_(2)的捕集及转化是缓解全球环境和能源危机的重要途径。受自然界光合作用的启发,国内外研究者将半导体材料的高光电转换效率和微生物全细胞代谢途径的高选择性有机结合,构建光催化微生物耦合固碳体系,在高效固碳的同时合成生化产品。本文首先简述了光催化的基本原理以及现有的天然固碳途径,并分析了二者结合的可行性;其次,系统介绍了近年来光催化微生物耦合固碳体系的研究进展;最后,分析了现有光催化微生物耦合固碳体系所面临的挑战,并提出了未来的发展展望。

聚乙烯废弃塑料生物解聚与高值化转化

聚乙烯废弃塑料在环境中日益积累不仅导致视觉污染,也形成潜在的生态污染问题,开发回收和高值化转化聚乙烯废弃塑料的新方法是大势所趋。近年来,废弃塑料生物处理技术因其绿色可持续等优点,成为国内外研究热点,有望成为未来废弃塑料回收管理的重要手段。本文重点综述了聚乙烯废弃塑料生物解聚技术的研究进展,并对聚乙烯废弃塑料化学高值化和生物高值化产品的差异进行分析,在此基础上,总结和展望了目前聚乙烯废弃塑料生物解聚与生物高值化中的挑战以及相应的解决方案,期望联合多学科交叉技术协同生物技术实现聚乙烯废弃塑料的升级循环。

大孔吸附树脂吸附乳酸及乳酸与谷氨酸的分离

通过筛选,得到大孔吸附树脂NKA-II,并用其对乳酸进行分离.测定了该树脂对乳酸与谷氨酸的吸附选择系数,得到了乳酸在NKA-II上的吸附等温线,并对其吸附动力学和动态吸附进行了研究.结果表明,NKA-II对乳酸和谷氨酸的吸附选择系数KGL=16.19.该树脂对乳酸的吸附等温线符合Freundlich方程,在26和48℃下的相关系数R2均大于0.99,方程的特征参数n>1,属'优惠吸附'.吸附动力学研究表明,粒内扩散是吸附过程的主要控制步骤,符合Kannan-Sundaram粒内扩散模型,相关系数R2=0.9906,粒内扩散速率常数kp=6.0129mg·min0.5/g.动态吸附实验结果表明,乳酸的穿透体积比谷氨酸大110.6mL,故该树脂可以成功地应用于乳酸与谷氨酸的分离.

耐高温酵母菌的筛选及特性

筛选得到1株在41℃可以良好生长的耐高温酵母菌,并对其特性及发酵性能进行研究。结果表明:该菌的最适生长pH为5.0,转速180 r/min,最高生长温度45℃。在41℃和初糖质量浓度为93.0 g/L的条件下发酵24h后,乙醇质量浓度达到44.0 g/L,乙醇得率为93.0%。

微波法提取陈皮中橙皮苷

利用微波法提取技术(MAE)从陈皮中提取主要有效成分橙皮苷。考察了影响提取率的因素,包括提取溶剂浓度、微波加热温度、微波辐照时间、微波输出功率、液固比等。确定了最佳工艺:70%(v/v)甲醇为提取溶剂,微波输出功率550W,65℃,辐照14 m in,按25∶1(m l/g)的液固比,提取三次,橙皮苷提取率可达到2.40%。此外,将微波法提取橙皮苷与其它方法进行了比较,表明微波法提取工艺具有缩短提取时间且节省生产成本的优点。

大孔载体固定化脂肪酶

用自制大孔载体固定化脂肪酶,对固定化条件进行了优化,比较了固定化酶与游离酶的酶学参数.结果表明,酶粉与载体质量比为1:1、固定化温度在20～25℃之间、固定化时间1.5h的条件下,所得固定化酶的酶活最高.固定化酶的最适pH为8.5,最适温度为40℃,其热稳定性、操作稳定性都比游离酶高,4℃下保存7d后,酶活仍剩余94%.

固定化脂肪酶合成维生素A棕榈酸酯

研究了有机溶剂中脂肪酶催化维生素A棕榈酸酯的合成工艺。采用维生素A醋酸酯和棕榈酸乙酯作为反应底物,对催化合成维生素A棕榈酸酯反应介质进行了比较,同时对影响合成维生素A棕榈酸酯反应的因素(温度、初始水含量、底物摩尔比、反应时间和酶量等)进行了探讨,优化了反应条件:在10mL的石油醚中,体系初始含水量0.2%(体积比V/V),0.100g维生素A醋酸酯和0.433g棕榈酸乙酯在酶量为1.1g的固定化酶催化下,在30°C、190r/min下反应12h,转化率可以达到83%,固定化酶可连续使用5次以上。

耐高COD淀粉废水的高产油脂粘红酵母的驯化和筛选

为减轻高COD淀粉废水对产油菌株粘红酵母生长的抑制,提高油脂产量,本文利用淀粉废水对该菌株进行了耐高COD梯度驯化,并采用流式细胞仪对经尼罗红染色的粘红酵母细胞进行了高油脂含量菌株的筛选。结果表明:经多次驯化后,粘红酵母耐受淀粉废水COD高达75000 mg/L;流式细胞仪筛选得到一株油脂含量为25.7%(质量分数)的粘红酵母,比原始菌株油脂提高了140%。400 L发酵罐实验表明,在初始COD 75000 mg/L,葡萄糖质量浓度为36 g/L,pH4.8及30℃条件下,培养33 h后,粘红酵母生物量达25.3 g/L,菌体油脂含量为29.5%,COD降至5600 mg/L,降解率为92.5%。

3种方法提取的雨声红球藻多糖的理化性质及抗氧化活性比较

以雨声红球藻(Haematococcus pluvialis)为原料,研究超声辅助酸提取、超声辅助碱提取、超声辅助水提取3种不同提取工艺对雨声红球藻多糖提取效率和产品理化特性的影响,在此基础上对3种多糖抗氧化活性进行比较分析。结果表明,3种提取方法所得多糖提取率大小依次为:超声辅助碱提法(9.52%)>超声辅助酸提法(1.50%)>超声辅助水提法(1.29%)。傅里叶红外变换光谱分析结果表明,3种多糖的组成单糖中均包含吡喃糖,成苷的半缩醛羟基主要为α构型,其中以酸提多糖的吸收峰最强。扫描电子显微镜证实了超声辅助碱提法对雨声红球藻细胞壁的破坏程度最大,胞内多糖溶出最多。通过对还原力、1,1-二苯基-2-苦基肼自由基清除能力和·OH清除能力等抗氧化活性的测定,表明3种多糖均具有一定的抗氧化能力,其中以碱提多糖的综合抗氧化能力最优。由此可见,超声辅助碱提法是一种提取藻多糖较好的方法。

微波法提取葡萄籽中原花青素的工艺研究

目的采用微波提取技术从葡萄籽中提取原花青素。方法考察微波提取工艺中5个影响收率的因素:提取温度、微波输出功率、溶剂体积分数、微波加热时间、固液比例。结果最佳生产工艺条件:使用80%乙醇,在微波输出功率600W,温度80℃条件下,持续加热3min,固液比例为1∶8。原花青素收率可达到22.73%。结论本研究建立了适合于工业化生产的微波提取葡萄籽中原花青素的工艺条件。

粘红酵母和酿酒酵母联合处理味精废水

为了解决味精废水中高NH4+浓度抑制油脂微生物的生长和油脂积累问题,采用粘红酵母和酿酒酵母联合处理味精废水的方法:首先利用酿酒酵母降解味精废水(MSG)中NH4+,然后将处理后的废水进一步发酵培养合成油脂。研究结果表明:用经酿酒酵母预处理过的味精废水作为粘红酵母的培养基发酵时,粘红酵母的生物量为33.3 g/L,油脂产率为18.16%,COD降解率为50.6%,NH4+的降解率为93.9%。比粘红酵母单独处理味精废水,NH4+的降解率提高了6.14倍,生物量、油脂产率和COD降解率分别提高了8.1%、30.06%和9.58%。