生物基对二甲苯:低廉木质纤维素通往绿色聚酯的桥梁

对二甲苯(PX)是我国聚酯产业的龙头原料和化工产业的重要大宗产品,其主要用途是用于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的生产。随着我国“双碳”战略的普及,化学品制造业的原料逐渐从不可再生资源(石油、煤炭)向可再生资源转型。以木质纤维素生物质为原料生产生物基PX的工艺开发,既促进了木质纤维素这一可再生资源的综合利用,又推动了PET聚酯单体绿色低碳制造的发展。基于此,综述了多种制备生物基PX的工艺路线研究现状,对比分析了其优劣势。结合工艺流程模拟和经济性分析,指出生物基PX工艺存在生产成本高、产能较低等问题,并初步提出了解决这些问题的主要思路。

醇脱氢酶的研究进展及其催化增值生物基呋喃化合物前景展望

醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase,ADH)广泛存在于生物体内,可应用于多种有机物选择性氧化还原。近年来,随着对酶的催化机理、结构认知、分子改造和反应系统构建及强化等方面研究的逐渐深入,ADH在生物基平台化合物的高选择性催化氧化还原方面展现出巨大潜力。本文综述了ADH分子设计和定向改造的前沿技术和进展,面向常见的辅因子依赖性ADH催化过程中的辅因子高成本及稳定性差等局限,聚焦酶反应过程中的辅因子再生强化技术,梳理了适用于ADH催化系统的化学驱动、酶驱动和光电驱动辅因子再生路径,并从单酶催化体系开发、多酶协同催化系统挖掘、全细胞催化技术发展与应用等多个角度概述了ADH在催化生物基呋喃化合物方向的最新研究进展。随着对ADH应用潜力的进一步挖掘,未来ADH有望成为生物基呋喃增值工业化进程中的重要组成部分,为能源生产的绿色发展提供助力。

绿色生物制造

介绍了生物经济与绿色生物制造的概念以及二者之间的关系,分析讨论了生物制造在国际上的发展现状和趋势,结合我国国情讨论了我国经济社会发展对绿色生物制造的迫切需求,指出了绿色生物制造将在未来经济社会发展中起到重要作用,并围绕生物质高效利用制备乙醇和丁醇、油脂原料生物炼制制备燃料与增塑剂以及低值生物质资源高值化三大方面,详细介绍了其背景、发展趋势及团队成果。

生物质/污泥混合热解特性的研究

为了研究纤维素类原料与污泥的混合热解特性,将树叶和市政污泥进行混合,使用小型固定床反应器进行热解-催化2段实验。通过改变物料的混合比例,研究固体产量、液体产量、燃气产量、产气动力学以及气体产物中不同成分(H2、CO、CH4、CO2)的体积百分数随混合比例变化的规律,并且通过与产物理论产量的对比,得到了物料混合对热解产气的影响情况,同时对物料不同混合比例下的产气情况进行了评价。

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。

微波酸水解纤维素生物质制氢的研究

在5L发酵罐中对水葫芦半连续流暗发酵和光发酵耦合产氢的特性进行了研究。水葫芦在1.0%的H2SO4溶液中经过700 W微波加热10min,然后水解96h后,还原糖产率达44.6g/100g TVS。然后进行半连续流暗发酵和光发酵耦合产氢实验,产氢率分别为50.7mL H2/g TVS和285mL H2/g TVS,总产氢率达335.7 mL H2/g TVS。

电-酶偶联催化转化CO_(2) 的研究进展

实现对CO_(2)的高效资源化利用不仅可保障经济高质量发展,而且能助力实现“双碳”目标。生物催化转化CO_(2)是利用活细胞或酶作为催化剂,以CO_(2)为原料合成复杂有机分子的过程。生物酶催化剂具有选择性高、操作条件绿色温和以及易实现碳碳偶联等优点,有助于将CO_(2)转化为高附加值产品。但由于CO_(2)的高化学惰性,使得CO_(2)的活化和C O断键成为一个难题。受天然光合作用启发,研究人员提出了电酶偶联催化转化CO_(2)策略,即利用电化学体系,结合非固定化或固定化酶,利用电能驱动酶催化C O断键,并将CO_(2)转化为高附加值化合物。本文从NAD(P)H非依赖型和NAD(P)H依赖型氧化还原酶与电极之间的电子传递机制出发,重点阐述了酶与电极间的相互作用、电极的修饰方法和新型电酶耦合体系的研究进展,概述了电酶偶联用于CO_(2)催化转化所面临的主要挑战和未来发展前景。

固定化酵母高浓度乙醇多级连续发酵控制策略研究

为了解决高浓度乙醇连续发酵过程中酵母受抑制严重,系统稳定运行周期短的难题,研究了罐体轮换和二氧化碳气提两种策略在固定化细胞高浓度乙醇多级连续发酵中的应用。实验结果表明,气提可以带出第4级和第5级罐体中5.5%~10%的乙醇,降低了乙醇对酵母细胞的毒害作用,提高了固定化细胞的存活率,体系的稳定运行周期从21d延长至35d。同时,乙醇生成速率从单一罐体轮换控制时的1.98g/(L·h)提高至罐体轮换结合气提控制时的2.46g/(L·h)~2.62g/(L·h)。

6种乳酸菌发酵液对皮肤抗氧化及美白功能的评价

考察并比较了6种乳酸菌发酵上清液中多肽和胞外多糖含量,发现Lactobacillus plantarum N2发酵上清液中多肽含量最高可达1.7 g/L,Lactobacillus plantarum N4发酵上清液中胞外多糖含量最高可达5.0 g/L。通过ABTS+自由基清除能力、ROS自由基清除能力和对SOD酶活性、CAT酶活性的影响来评价乳酸菌抗氧化能力,通过对酪氨酸酶的抑制率和对细胞内黑色素含量的影响来评价种乳酸菌的美白能力。实验结果表明,乳酸菌发酵上清液具有一定的抗氧化能力和美白能力,其中N2和N4的自由基清除活性皆高于Vc组,N2和N4对酪氨酸酶的抑制率分别可达到71%和68%。N2和N4具有较好的抗氧化和美白能力。

D201树脂吸附富马酸的工艺条件优化

离子交换树脂因具有吸附率高、选择性高等优点常被用于有机酸的原位分离。本文首先筛选了对富马酸具有较高吸附能力的D201树脂作为吸附树脂,然后进一步探究了pH和温度的影响。结果发现:D201树脂对富马酸离子形式的吸附能力从大到小顺序为HFA^(-)、FA^(2-)、H_(2)FA;且HFA^(-)吸附到树脂上仅占据一个吸附位点,FA^(2-)可能占据两个吸附位点,吸附位点利用率降低;分子形式的H_(2)FA通过疏水相互作用被吸附到树脂骨架上;吸附过程属于吸热反应(ΔH>0),升温有助于吸附。对解吸条件进行了优化,最佳的解吸条件是NaCl为解吸剂,解吸浓度1 mol/L,解吸体积10 mL,解吸时间20 min,此条件下解吸率达到89.6%。通过重复实验证明了D201树脂具有较高的重复利用率。最终证明了D201树脂可以被用于富马酸的分离,为进一步的原位回收奠定了基础。

高产油脂菌株的筛选及其利用柠檬酸废水发酵的工艺优化

文中采用了高效的常压室温等离子体(ARTP)诱变技术,结合流式细胞仪对经过尼罗红染色后的细胞进行了高通量筛选,获得了一株高产油脂的粘红酵母菌株,油脂含量较出发菌株提高了69.4%。将分选得到的菌株利用柠檬酸废水进行微生物油脂的生产。研究了废水稀释比例、初始pH值、初始补糖浓度对粘红酵母生长、油脂积累和COD降解率的影响。结果表明,最适的发酵条件为使用废水原液,pH值为5.5,初始补糖浓度为20g/L。此时,粘红酵母的生物量、油脂含量、油脂产量和COD降解率分别达到9.18g/L、37.66%、3.27g/L和63.3%。并且利用气相色谱-质谱分析了脂肪酸的组成。所产菌体的油脂成分中,不含和脂肪酸的含量较基础培养基提高了10.5%,可达88.32%,主要成分是油酸和亚油酸。表明柠檬酸废水适于粘红酵母进行微生物油脂的生产,并进一步用于生物柴油的制备。

环保增塑剂柠檬酸三丁酯的生产工艺、应用进展、市场现状和行业政策综述

本文总结分析了柠檬酸三丁酯的物化性质、增塑性能、生产工艺、催化剂选择、应用领域、国内外市场现状、相关政策法规、行业现状和发展趋势,并对我国柠檬酸酯类绿色环保增塑剂行业的发展提出了合理化建议。

谷氨酸棒杆菌生产L-赖氨酸的培养优化和产酸特性研究

在5L发酵罐中利用优化培养基进行了谷氨酸棒杆菌连续培养生产L-赖氨酸的研究。相同发酵条件下,优化培养基和原始培养基中的菌种生物量分别达到8.0g/L和9.3g/L,最快生长速率分别为0.53g/L/h和0.72g/L/h。发酵48h后,优化培养基中的L-赖氨酸浓度、产酸总量和糖酸转化率分别为20.8g/100mL、588.2g和0.713g酸/g糖,和原始培养基相比分别提高了6.1%、2.3%和12.2%。优化培养基显著降低了L-赖氨酸生产的原料消耗,提高了生产效率。

含钛三元复合催化剂经熔融缩聚催化乳酸合成高分子量聚乳酸

构建了一种由四异丙氧基钛(TPT)、对甲基苯磺酸(TSA)和2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)组成的三元复合催化体系。利用DMPA结构中双羟基和羧基与TPT有效作用,调节钛的催化活性。TPT/TSA/DMPA构成的复合催化体系在乳酸聚合过程中,TSA瞬时占据中心钛原子空轨道,有效防止了副反应发生。TPT/TSA/DMPA在最优摩尔比情况下,乳酸经熔融聚合可得数均相对分子质量10万、重均相对分子质量在20万以上的聚乳酸。通过核磁氢谱、碳谱、质谱等方法分析了三元复合催化体系可能存在的络合结构和催化乳酸聚合的反应中间阶段。此三元复合催化体系方便易得,其合成操作简单,催化乳酸聚合所得聚乳酸相对分子质量较高,具有较好的发展前景。

响应面分析法和氮源改进优化L-赖氨酸发酵工艺

为提高赖氨酸发酵的产酸浓度、糖酸转化率等发酵指标,通过Plackett-Burman实验设计筛选出培养基中对赖氨酸发酵影响最大的成分为蛋氨酸、糖蜜和谷氨酸,再通过响应面设计实验对这3种成分进行优化,得到最适含量为蛋氨酸0.195g/L,糖蜜15.70mL/L,谷氨酸0.215g/L,赖氨酸浓度从1.90g/100mL提高至2.25g/100mL。发酵培养基中加入10g/L的(NH4)2SO4作为改进氮源,赖氨酸浓度可进一步提高至2.41g/100mL,发酵周期由30h缩短至25h。通过优化培养基和改进氮源,可以显著降低赖氨酸的生产成本,提高产品收益。

多酶催化剂的制备及其应用

在生物催化中,很多的复杂反应都需要2个或者多个酶的级联反应催化得到,近几年多酶生物催化开始逐渐取代单酶和细胞发酵,成为酶工程发展的一个热点研究方向。本文对多酶催化剂的制备形式和原理及超分子酶在级联催化中的应用进行了综述。其中超分子酶的制备技术主要包括非定向的固定化技术和定向的基因融合技术、纤维小体支架技术和DNA支架技术等。

絮凝沉淀法和气浮法收集粘红酵母的比较

为比较粘红酵母发酵液絮凝后的收集工艺,本文首先考察了发酵液组分对聚丙烯酰胺絮凝粘红酵母的影响,确定了菌体分离过程中絮凝沉淀法和絮凝气浮法的最佳复合絮凝剂种类及用量,然后以分离成本为比较对象,分析了两种方法的优劣。结果表明发酵液组分对粘红酵母的分离收集有一定影响作用,两种分离方法的最佳复合絮凝剂均为聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺。沉淀法最佳复合絮凝剂用量分别为聚合硫酸铁500 mg/L和聚丙烯酰胺40mg/L,菌体沉淀去除率可达95%。气浮法最佳复合絮凝剂用量分别为聚合硫酸铁500 mg/L和聚丙烯酰胺60 mg/L,气浮率可达90%。

糠醛对粘红酵母生长与油脂积累的影响

为了探究纤维素水解液中常见的发酵抑制物糠醛对粘红酵母Rhodotorula glutinis生长与油脂积累的影响,对比了不同的糠醛浓度(0.1、0.4、0.6、1.5 g/L)下粘红酵母的生物量和油脂积累情况,并探究了1.0 g/L的糠醛对粘红酵母不同碳源(葡萄糖和木糖)利用的影响。研究表明,当糠醛浓度达1.5 g/L时,粘红酵母的延迟期延长至96 h,残糖高达17.7 g/L,生物量最高6.6 g/L,仅为正常积累量的47%,油脂含量也减少了约50%;以木糖为碳源时,糠醛对粘红酵母的抑制程度小于葡萄糖为碳源时的情况;在糠醛存在的逆境中,粘红酵母倾向于生成更多的18碳脂肪酸或18碳不饱和脂肪酸。