膜生物反应器研究与工程应用进展

膜生物反应器作为一种污水处理新技术,其研究和应用受到了广泛关注。简要介绍了膜生物反应器的类型及其特点,并系统综述了近年来国内外膜生物反应器的研究成果,以及膜生物反应器的工业化情况,展望了未来膜生物技术面临的挑战及其发展方向。

产丁二酸工程菌的构建及其厌氧发酵

为了考察过量表达苹果酸酶对于E.coli NZN111(IdhA::Kan pfl::Cam)厌氧发酵产丁二酸的影响,将连接有苹果酸酶基因sfcA的表达载体pTrc99a-sfcA转化进NZN111中,构建了重组NZN111(pTrc99a-sfcA)。0.5 mmol/LIPTG诱导8 h后,测定的苹果酸酶比酶活为30.67 u/mg,比受体菌提高了140倍。采用两阶段发酵模式,结果表明:过量表达的苹果酸酶在NZN111体内催化了从丙酮酸到苹果酸的逆向反应,丁二酸是发酵过程中积累的主要有机酸,且当加入0.7 mmol/L IPTG诱导,初始葡萄糖糖浓度为18.5 g/L时,选择对数生长期后期的菌种以10%的接种量转入厌氧发酵,发酵结束时发酵液中丁二酸的浓度为12.84 g/L,对葡萄糖的收率为69.43%,乙酸为0.58 g/L,二者浓度比为22:1,没有检测到甲酸和乳酸。构建的菌种具有高产丁二酸和副产物极少的优点,在同类菌种中处于先进水平。

γ-聚谷氨酸的合成、化学修饰及其应用进展

γ-聚谷氨酸是一种水溶性、可生物降解、可食用的对人和环境无毒的生物大分子,已广泛用于农业、水处理、化妆品、食品、医药等领域,其酯化物可以成膜、成纤维。介绍了γ-聚谷氨酸的合成方法、化学修饰及相关应用。

球磨处理玉米秸秆纤维素原料的工艺参数优化

研究了玉米秸秆水解过程中球磨预处理工艺的优化,采用Plackett-Burman(PB)试验设计和均匀试验设计法,用数据处理软件对试验结果进行分析,筛选出了球磨预处理过程中的主要影响因素,得到了具有较好拟合度的回归方程;通过分析原料粒径(mm),转速(r/min),原料填装量(g),研磨介质,交替时间(min)等球磨条件对酶解效率的影响,得出行星式球磨机粉碎玉米秸秆的最佳工艺参数为:原料粒径0.5mm,转速340r/min,原料填装量3.4g,装球量15个(Ф=10.0mm),交替运行时间5min。

玉米籽皮稀酸水解液脱毒发酵制备丁二酸的可行性

丁二酸是一种重要的碳四平台化合物,利用非粮生物质替代淀粉制备丁二酸可保证粮食安全并降低原料成本。玉米籽皮是一种廉价的非粮生物质,该文采用稀酸水解玉米籽皮制备混合糖液,并对玉米籽皮稀酸水解液的脱毒条件进行了优化,优化结果为:活性炭用量1%(m/V)、pH4.0、作用温度30℃、作用时间30 min。在此工艺条件下,水解液的脱色率为92.27%,糠醛脱除率75%,5-羟甲基糠醛脱除率53%,多酚类化合物脱除率98%,总糖损失低于5%。经过脱毒处理后,产琥珀酸放线杆菌NJ113均能利用水解液中的葡萄糖、木糖、阿拉伯糖,培养基总糖浓度为50 g/L时,丁二酸分批发酵的质量收率可达0.68 g/g,浓度可达34.2 g/L,生产强度达0.83 g/(L·h),总糖浓度为68.2 g/L时,丁二酸质量收率仍可达0.62 g/g,浓度42.3 g/L,生产强度0.98 g/(L·h)。发酵试验表明脱毒的玉米籽皮稀酸水解液作为碳源厌氧发酵制备丁二酸具有可行性。

纤维素水解液厌氧发酵产丁二酸发酵液中有机酸和混合单糖的测定

对于以纤维素类原料(玉米皮)水解糖液作碳源厌氧发酵制备丁二酸的发酵液,利用Aminex(HPX-87H(300mm×7.8mmi.d.,5μm)离子排斥色谱柱及折光示差检测器检测,以0.005mol/LH2SO4溶液(pH2.0)作流动相,在流速为0.6mL/min,柱温为55℃时对发酵液进行检测,16min内能将发酵液中甲酸、乙酸、丁二酸、葡萄糖、木糖、阿拉伯糖完全分离定量。6种物质线性相关系数均大于0.999,方法的回收率为99.3%～102.1%;RSD为0.6%～1.6%。本方法能够简便、快速测定丁二酸发酵体系中有机酸及单糖的含量。

苯酚生产工艺的研究进展

综述了苯酚传统生产工艺的改进及新工艺开发方面的研究进展。异丙苯法是目前世界上最主要的苯酚生产方法,近年来不断地得到改进和完善;甲苯-苯甲酸法由于原料甲苯来源广泛,生产工艺流程较为简单,可根据市场需求调整产品结构,是继异丙苯法之后较为成熟的生产工艺;以N2O,H2O2,O2为氧化剂的苯一步氧化法作为绿色的苯酚合成工艺,其开发应受到重视;以分子筛为催化剂的仲丁基苯法可有效利用C4资源,适合我国国情,应加大开发力度。

重组大肠杆菌产琥珀酸研究进展

琥珀酸作为一种优秀的C4平台化合物,广泛用于生物高分子、食品与医药等行业,市场潜在需求量巨大。采用微生物发酵法生产琥珀酸,可利用廉价的可再生资源,实现石油的原料替代,而且过程污染小,环境友好,且在发酵过程中可吸收固定温室气体CO2,开辟了其利用的新途径,近年来引起了广泛关注。在丁二酸生产菌株中,大肠杆菌由于其遗传背景清楚,易操作易调控,培养基要求简单,生长迅速等优点,近年来被广泛用于研究以获得产琥珀酸优秀生产菌株。本工作系统综述了产琥珀酸大肠杆菌构建中所采用的基因工程策略及代谢工程技术,并探讨了今后研究的方向。

利用玉米秸秆水解液厌氧发酵产丁二酸的研究

对玉米秸秆水解液发酵产丁二酸进行了研究。玉米秸秆水解液中含有对菌体生长不利的物质,通过不同的脱毒方法处理玉米秸秆水解液,考察了脱毒前后抑制物以及总糖含量的变化,结果表明,活性炭和Ca(OH)2同时使用的脱毒效果最好;抑制物糠醛及羟甲基糠醛(HMF)的去除率分别为91.11%、89.83%,而总糖损失率仅为5.57%。用脱毒后的玉米秸秆水解液作为碳源发酵产丁二酸,其产量可达到66.23g/L,收率为67.28%,分别比未经脱毒时提高24.81g/L,25.30%。

氧化还原电位调控对Actinobacillus succinogenes厌氧发酵产丁二酸的影响

对氧化还原电位调控在产琥珀酸放线杆菌厌氧发酵产丁二酸过程中的代谢产物分布的作用进行了研究。在血清瓶发酵培养过程中,筛选出对发酵过程无抑制作用的氧化剂铁氰化钾和还原剂二硫苏糖醇作为发酵体系的氧化还原电位调节剂。在3L发酵罐上利用铁氰化钾和二硫苏糖醇调节发酵体系氧化还原电位值在-100～-450mV,结果表明-350mV为菌体生长和产丁二酸的最佳电位,丁二酸生产速率由0.75g/(L·h)提高到1.18g/(L·h),产物丁二酸与副产物乙酸的质量浓度比由2.5提高到3.9。

混料试验设计在纤维素酶复配中的应用研究

通过对三个不同来源的纤维素酶进行复配以提高纤维素酶的水解效率,以玉米秸秆酶水解液中还原糖浓度为评价指标,采用混料试验设计优选纤维素酶的复配条件并建立数学拟合方程。结果表明:最佳的酶复配条件为泽生纤维素酶与杰能科纤维素酶体积比1:1时纤维素水解效率最高,比使用单一纤维素酶效率提高了39.5%。利用混料试验设计可以对纤维素酶复配条件进行优化。

离子排斥色谱法同时测定2,3-丁二醇发酵液中的葡萄糖和木糖及各种代谢产物

针对2,3-丁二醇发酵体系,以高交联度磺化苯乙烯-二乙烯基苯共聚物多孔微球为固定相的AminexHPX-87H离子色谱柱为分析柱,利用示差折光检测器对该体系中的6种代谢产物(2,3-丁二醇、3-羟基丁酮、乙醇、乙酸、甲酸和乳酸)以及2种残留底物葡萄糖和木糖进行了分离。在65℃柱温下,以5 mmol/L H2SO4作为流动相,发酵液样品中底物葡萄糖和木糖及2,3-丁二醇等各种代谢产物的线性相关系数均在0.9990～0.9999之间,回收率为98.8%～103.2%,精密度为0.3%～2.1%。在最佳色谱条件下,能够同时测定2,3-丁二醇发酵体系中的残留底物和各种代谢产物的含量,适合于实时定量监测2,3-丁二醇发酵过程。

gTME构建共发酵木糖和葡萄糖的重组酿酒酵母

利用全转录工程(gTME)方法将全局转录因子spt15随机突变并克隆表达,构建突变库。将突变基因连接到表达载体pYX212上,醋酸锂法转化入不利用木糖的酿酒酵母YPH499中,经特定的培养基初筛获得高效利用木糖并共发酵木糖和葡萄糖的酿酒酵母重组菌株。对获得的重组菌株进行了初步研究,该菌株能够很好的利用木糖并共发酵木糖和葡萄糖。在30oC,200r/min,发酵96h时,50g/L木糖和葡萄糖的利用率为94.0%和98.9%,乙醇产率为32.4%和31.6%,原始菌株乙醇产率为44.3%;当木糖和葡萄糖以质量比1:1混合发酵时,木糖和葡萄糖利用率分别为91.7%和85.9%,乙醇产率为26%。木糖醇的含量极低。

5-羟甲基糠醛制备及应用的研究进展

综述了利用可再生资源制备羟甲基糠醛的方法及研究进展,讨论了其重要衍生物及其应用:2,5-呋喃二甲醛可用于合成许多新化合物;呋喃二甲酸可以作为合成聚酯类材料的初始原料,还可应用于药理学的研究;乙酰丙酸制取各种产品,包括树脂、医药、香料、溶剂、涂料和油墨、橡胶和塑料助剂、润滑油添加剂、表面活性剂等,还可以作为农药、染料的中间体。分析了目前利用生物质制备羟甲基糠醛研究中存在的问题,对其今后的研究发展提出了建议。

放线菌酮对米根霉积累L-苹果酸代谢途径的调控作用

实验考察了富马酸酶活抑制剂放线菌酮对米根霉发酵产L-苹果酸和富马酸的影响.结果表明,发酵16h加入浓度15mg/L的放线菌酮使米根霉富马酸酶胞质同功酶比活力峰值降低48.7%,而苹果酸脱氢酶胞质同功酶活力却未有明显改变,生成的富马酸比对照样减少37.1%,而L-苹果酸积累量提高54.6%,达到21.7g/L.表明通过对米根霉富马酸酶胞质同功酶的抑制作用能减弱米根霉积累富马酸代谢途径中由L-苹果酸向富马酸的转化,从而促进米根霉积累L-苹果酸.

基于Desirability函数法对米根霉发酵制备富马酸的多目标优化

以富马酸产量和生产速率为目标,通过正交实验考察了种龄、接种量、葡萄糖和尿素浓度对两者的影响,进一步利用基于响应曲面方法的Desirability函数确定了葡萄糖和尿素的最佳浓度。结果表明,最佳的种龄和接种量分别为36h和15%(v/v),葡萄糖和尿素的优化浓度为132.73和0.0586g/L,此时模型预测的富马酸产量和生产速率达到71.42g/L和0.804g/(l.h),Desirability的函数值高达0.966。该条件下在5L发酵罐水平上进行验证试验,经过88h的发酵最终生成富马酸66.5g/L,生产速率达到0.755g/(l.h),与未优化前相比,产量和生产速率分别提高了13.9%和15.8%,取得了理想的效果,实现了产量和生产速率的同时优化,为发酵法制备富马酸的工业化放大奠定了基础。

产琥珀酸放线杆菌固定CO_2制备丁二酸

在富含CO2的厌氧环境下,产琥珀酸放线杆菌NJ113固定CO2合成丁二酸作为主要代谢终产物。在5 L发酵罐探讨了培养条件对产琥珀酸放线杆菌NJ113固定CO2制备丁二酸的影响。考察了CO2供体形式、通气量、搅拌转速、培养温度和pH值对产琥珀酸放线杆菌NJ113厌氧发酵过程中CO2固定速率以及丁二酸产率的影响。结果表明,选择CO2气体作为CO2供体,CO2通气量为0.75 L/min,搅拌转速达到200 r/min,培养温度为37℃,NaOH调节pH值为6.6,可增加细胞内可利用的CO2。在此优化条件下培养,CO2固定速率达到0.6 g/(L.h),丁二酸产率达到1.61 g/(L.h)。

柱前衍生化HPLC法测定发酵液中L-瓜氨酸和L-鸟氨酸含量

建立一种应用异硫氰酸苯酯将，L-瓜氨酸和L-鸟氨酸柱前衍生后进行定量分析的高效液相色谱法．实验结果表明，瓜氨酸在0．2～2．0mg／mL范围内线性回归显著（R^2=0．9998），平均回收率99．87％；鸟氨酸在0．2-2．0mg／mL范围内线性回归显著（R^2=0．9997），平均回收率100．92％．应用该方法对发酵液中L-瓜氨酸和L-鸟氨酸含量进行测定取得了满意的结果，能有效指导谷氨酸棒杆菌L-瓜氨酸的发酵生产．

陶瓷膜超滤在丁二酸发酵液纯化中的应用

对陶瓷膜过滤丁二酸发酵液的条件进行研究.考察在不同压差下,发酵液的pH以及浓缩倍数对膜通量的影响,并对膜清洗条件进行选择.结果表明在0.3 MPa压差下,发酵液调节pH至4.5,可获得最大膜通量,浓缩到7倍最佳.菌体截留率达到98.37%,蛋白质去除率为89.67%,总有机碳下降约40%.而膜污染后先后用1%次氯酸钠,1%氢氧化钠+0.5%EDTA清洗,可以恢复膜通量.实验表明,可以将陶瓷膜用于分离丁二酸发酵液,有利于简化操作步骤,提高生产效率.

利用聚乙烯醇-海藻酸钙固定化Propionibacterium freudenreichii NX-4制备丙酸

以Propionibacterium freudenreichii NX-4为研究对象,采用聚乙烯醇(PVA)和海藻酸钠互配作为固定化载体,考察了其制备丙酸的最佳固定化条件:ρ(PVA)为10.7 g/L,ρ(海藻酸钠)为1.4 g/L,包埋量16%(质量分数),ρ(硼酸)为50 g/L,固定化时间18 h.经15批次的发酵验证,产量稳定,丙酸平均产量为19.64 g/L(葡萄糖40 g/L).以80 g/L的葡萄糖为C源固定化制备丙酸192 h,丙酸产量达35.4 g/L.