生物发酵法制备木糖醇的研究进展 *

木糖醇由于其特殊的物理,化学性质在众多领域被广泛应用,全球需求量日益增多.目前,木糖醇的工业生产方法是由纯D-木糖在高温,高压下化学催化法制得的,该方法存在原料要求高,能耗高,条件苛刻,污染重等问题.生物发酵技术可以利用菌株发酵价格低廉的农作物废弃物来制备木糖醇,由于其原料来源广,能耗低,条件温和,环境友好等优点而备受关注,是一种潜在的具有吸引力的化学过程替代品.然而,由于发酵产物木糖醇含量低,微生物发酵法制备木糖醇的路线尚未在工业上得到实践.综述了生物法制备木糖醇过程中影响木糖醇产率的因素以及可能的菌种改造技术,并给出了生物技术生产木糖醇目前面临的挑战,进一步展望了生物法制备木糖醇的研究方向.     

木糖醇大规模发酵生产策略

<正>发酵工艺是木糖醇生产的发展方向,其通过生物选择性催化,大幅度简化了原料预处理步骤和产物分离过程,有效提高从原料到产物的收率。文章对木糖醇大规模发酵生产中的主要技术环节,包括原料选择、水解方法、水解物脱毒与净化、微生物菌种选择、发酵过程与产物分离等问题进行了系统评述,并对这些关键环节的工艺策略选择提出了笔者的观点。     

混菌同步糖化固态发酵丁醇的研究

生物丁醇是一种极具发展潜力的清洁可再生能源燃料。目前工业丁醇生产仍存在能耗高、产量低以及污染严重等问题。固态发酵体系中由于固体物含量较高容易造成传质传热困难、酶解效率低等难题,难以实现丁醇混菌固态发酵。针对以上问题,从混合培养的优势以及固态发酵过程强化角度思考,以期为高效利用木质纤维素原料制备燃料丁醇提供新思路。     

生物法制备甲壳素/壳聚糖的研究进展

甲壳素是继纤维素之后又一天然生物高分子材料,因其具有重要的物理化学性质及优良的生物相容性、安全性、可生物降解性,使其在农业、医药、食品加工、环境保护及生物技术等领域有着重要的应用。由于其强烈的氢键作用,甲壳素很难溶解,这在很大程度上限制了其应用。甲壳素经脱N-乙酰基得到壳聚糖,由于乙酰基的减少,壳聚糖分子间作用力减弱,溶解性在一定程度上得到改善,同时,由于其存在大量游离的氨基,使其在药物缓释、促进伤口愈合等医药方面有着更重要的经济价值。阐述了甲壳素的传统化学制备方法 -酸碱法,该方法虽技术成熟,却仍存在能耗高、成本高、环境污染严重等诸多局限性和缺点;基于此,重点综述了绿色环保的酶法及微生物发酵法,讨论了酶法和微生物发酵方法各自的优缺点,同时归纳了甲壳素的重要衍生物-壳聚糖的生物制备方法,并分析讨论了在目前生物法制备甲壳素/壳聚糖从实验室研究到工业化过程中存在的限制性问题,进一步展望了甲壳素/壳聚糖生物制备方法的研发方向。     

最新专利文摘

生物转化玉米芯生产木糖醇的工艺方法 本发明提供了一种生物转化玉米芯生产木糖醇的工艺方法,属于功能糖生产技术领域。其工艺方法包括如下步骤：玉米芯的预处理、玉米芯的酶解、液体菌种的制备、木糖醇的发酵生产、发酵液的分离与提纯。采用生物转化玉米芯的工艺生产木糖醇,工序简单、无环境污染,符合环保要求;工艺过程条件温和,常压下操作,易于安全生产;生产收率高,降低了运行成本,提高了产品的市场竞争力,促进了行业的可持续发展。     

代谢改造热带假丝酵母发酵木糖母液生产木糖醇

木糖醇是一种在食品、医药、轻工等领域具有广泛用途的多元醇,目前主要通过酸水解木聚糖获得木糖并进一步化学催化加氢方法制备。提取木糖过程中会产生大量的木糖母液副产物,其中含有一定浓度的葡萄糖、木糖、阿拉伯糖等碳源,以及少量的糠醛、四氢呋喃等物质。研究微生物转化木糖母液生产高附加值化学品不仅能够提高木糖母液的利用价值,而且能够减少环境污染。热带假丝酵母不仅能够利用葡萄糖,也具有高效的木糖代谢途径。首先利用代谢工程技术删除了热带假丝酵母菌株的木糖醇脱氢酶基因,获得能够转化木糖积累木糖醇的突变株。在此基础上,评价了突变株在木糖母液培养基中的发酵性能。通过单因素优化实验确定了突变株发酵生产木糖醇较优的发酵工艺:培养基组成为木糖母液300g/L,玉米浆5g/L;最佳发酵条件为:发酵温度35℃,初始p H为5.0,接种量15%,200r/min摇床培养140h。利用优化后的发酵工艺,木糖醇产量达到83.01g/L。初步建立了转化木糖母液生产木糖醇的工艺,为进一步利用木糖母液奠定了基础。     

生物强化技术在生物质沼气制备过程中的应用及研究进展

生物强化技术通过为特定的生物过程"设计"微生物,进而作为一种提升反应系统活力和性能的手段被应用于生物质沼气制备过程,以便加快发酵系统启动时间、增加原料利用率、缩短酸败系统的恢复时间、降低高有机负荷的抑制作用等。本文针对以木质纤维素为原料的沼气制备中的生物强化技术,从生物强化菌剂的构建及标准、生物强化作用的影响因素、生物强化作用机制的探究等几个方面来阐述目前国内外生物强化技术在生物质沼气制备过程中的应用与研究进展,以及存在的问题和解决方案。     

超临界流体技术制备生物柴油进展及前景

超临界流体技术制备生物柴油不使用催化剂,生产过程清洁环保,是极具发展潜力的绿色可再生能源生产技术。本文首先简述超临界流体的特点及其用于生物柴油制备的物理、化学基础;其次详细分析超临界流体技术制备生物柴油的过程中反应温度、反应压力、醇油摩尔比、低碳醇种类、水、脂肪酸、反应器及反应形式等工艺控制条件对反应的影响和原因,并介绍超临界流体制备生物柴油中的过程强化方法和技术经济性。尽管超临界流体制备生物柴油具有原料适应性好、投资和运行成本低、生产过程清洁等优点,但存在反应条件苛刻、甲醇用量高等问题,从工业化角度指出使用廉价废弃油脂原料降成本、调节原料酸值降低反应苛刻度、连续化和大型化是超临界流体制备生物柴油技术的重点提升方向。     

半纤维素水解物生物转化生产木糖醇

木糖醇在食品、医药及化工行业中有着广泛的用途而深受关注。但是,传统的化学法生产木糖醇需要一系列复杂的分离纯化步骤,过高的生产成本限制了木糖醇的使用范围。发酵工艺生产木糖醇无需木糖的纯化步骤,是取代化学合成法的一条可行工艺路线。本文着重介绍产木糖醇的微生物,酵母对木糖的同化途径,半纤维素水解物的脱毒方法,影响木糖醇发酵的工艺条件等。     

发酵木糖产生木糖醇的酵母菌的筛选

木糖醇是天然产生的五碳多元醇,作为功能性的甜味剂,其甜度和能量均与蔗糖相当。木糖醇的代谢不需要胰岛素的促进,因而与一般糖类的代谢途径不同。木糖醇是糖尿病患者的理想的糖代用品,并能明显降低转氨酶,有助于治疗糖尿病、护肝和防龋齿的作用。木糖醇的国内外市场十分广阔,目前世界上生产木糖醇的原料主要是木糖,用化学还原或生物转化菌可生产木糖醇,但化学法生产工艺复杂、成本较高,而已对环保液有影响。用微生物发酵法生产木糖醇是发展的必然方向。我们进行了发酵木糖产生木糖醇的酵母菌种的筛选研究。本研究对分离收集到的４…     

一种经济高效温和的生物质预处理新方法--动态挤压法

目前阻碍木质纤维原料生化转化为能源、材料或高附加值化学品的关键瓶颈问题是缺乏经济高效的生物质预处理及组分分离技术.本研究利用自行设计的动态挤压设备协同廉价化学药剂共作用处理玉米秸秆,通过挤压机对秸秆纤维的剪切、撕裂作用及化学脱木质素行为,解决传统单一物理或化学预处理方法能耗高、效率低及组分分离困难等问题,提高了纤维质生物转化的活性,降低预处理及组分分离过程的成本.与传统预处理工艺相比,整个过程用水量少、条件温和、能耗低,对后续生物转化过程有抑制作用的副产物生成量少,设备简单、易维护、易放大,具有良好的工业化前景.     

燃料乙醇发酵技术研究进展

在分析木质纤维素类生物质制备燃料乙醇原理基础上,重点对燃料乙醇转化过程的发酵工艺进行了论述。目前乙醇发酵工艺主要包括直接发酵、分步糖化发酵、同步糖化发酵、同步糖化共发酵和联合生物加工技术等,对这几种技术的研究现状进行了分析并对其发展趋势进行了展望,通过基因工程构建高效发酵菌种的联合生物加工技术将是未来高效发酵工艺的发展趋势,旨在为有效提高发酵菌株的底物代谢能力,获得高的乙醇产量提供重要参考。     

最新专利文摘

CN101108975:耦合制备蓖麻油生物柴油的方法本发明公开了一种“浸出+反应”耦合法制备蓖麻油生物柴油的方法。以蓖麻籽为原料,在超声条件下或无物理场作用条件下,蓖麻油浸出与酯交换反应耦合制备生物柴油。浸出与酯交换反应一步完成,极大地简化工艺流程,节约生产成本;甲醇既为浸出溶剂又为酯交换剂,有利于循环和节约原料,也有利于后期物料的分离。解决了现有的生物柴油制备方法对油脂的质量要求较高,工艺路线较长,各种原料、试剂及设备消耗较大,试剂污染也比较严重,生产成本比较高的问题。CN101108976:一种生物柴油及其制备方法本发明涉及一种生物柴油及其制备方法。生物柴油在制备过程中,将原料油和预处理剂按一定比例在预处理装置中,加热搅拌反应后,过滤,进入预脂化装置中再添加酸性催化剂和粗甘油,加热、搅拌,循环后进入脂化装置中,加甲醇和碱性催化剂或酸性催化剂,加热,加速循环反应后,回收甲醇,放出甘油和分离出皂化物,得到的生物柴油水洗后蒸馏即可完成。所得的生物柴油产品满足现行德国、美国和我国新实行的《GB/T20802~2007》标准。不仅节约了能源,且甲醇、催化剂等消耗量少,能耗低,适用于各种原料油,经济性价比高,工艺简单...     

膜技术在绿色生物制造中的应用

生物制造是我国战略性新兴产业发展的重点领域,但生物制造过程中普遍存在着产物抑制、产物浓度低且成分复杂、废水排放量大等问题。膜分离技术应用于生物制造过程,可有效解决生物制造过程中所面临的上述问题。重点介绍了笔者研究团队将膜技术应用于绿色生物制造领域所取得的研究进展,包括高性能渗透汽化优先透醇分离膜的研制与规模化制备技术,高效旋转膜生物反应器的研制,分别实现了乙醇/丁醇发酵-渗透汽化分离耦合和乳酸发酵-旋转膜分离耦合,有效降低了产物抑制,大幅提高了发酵效率;开发了周期性换向-脉冲冲刷膜污染控制技术,成功应用于酱油等调味品的传统发酵行业,显著提高了产品品质,大幅降低了能耗和水耗。以上成果充分显示膜分离技术在绿色生物制造中有着广阔的应用前景。     

生物法合成丙烯酸的研究进展

丙烯酸是一种重要的化工原料,被广泛应用于涂料、超吸附材料等领域。目前丙烯酸的获得主要通过丙烯氧化,但由于石油资源日渐枯竭以及生产过程造成的环境问题,利用生物质资源生产丙烯酸已成为研究热点。介绍了丙烯酸的性质及其在工业上的应用,并详细综述了生物法制备丙烯酸的研究进展。根据丙烯酸生产中是否应用传统的化工过程,将其分为半生物合成和全生物合成。半生物法主要包括乳酸化学法脱水以及丙烯腈、丙烯酰胺的生物转化;全生物法主要包括乳酸生物法脱水、3-羟基丙酸途径、糖直接发酵法以及DMSP(二甲基巯基丙酸内盐)途径。由于乳酸发酵的工艺成熟、原料易得,因此对乳酸脱水进行了重点介绍,其中生物法脱水符合可持续发展的要求,对其进行了详细介绍。同时还分析了各种方法的优缺点,探讨了利用生物质资源生产丙烯酸的研究趋势。     

可同化阿拉伯糖的木糖还原酿酒酵母菌株构建

[目的] 以秸秆等木质纤维素类生物质为原料生产液体生物燃料乙醇,目前生产成本高,大规模工业化生产尚有较大难度。构建能同化阿拉伯糖进行木糖还原生产木糖醇的重组酿酒酵母菌株,以实现原料中全糖利用、生产高附加值产品,实现产品多元化。[方法] 首先,利用CRISPR/Cas9基因编辑技术依次向出发菌株中导入阿拉伯糖代谢途径和木糖还原酶基因,使菌株获得代谢阿拉伯糖和将木糖转化为木糖醇的能力;其次,通过适应性驯化的进化工程手段,提高重组菌株对阿拉伯糖的利用效率;最后,通过混合糖发酵验证重组菌株利用阿拉伯糖和还原木糖产木糖醇的能力。[结果] 通过导入植物乳杆菌的阿拉伯糖代谢途径,酿酒酵母菌株获得了较好的利用阿拉伯糖生长繁殖的能力;进一步导入假丝酵母的木糖还原酶基因后,重组菌株在葡萄糖作为辅助碳源条件下可高效还原木糖产木糖醇,但阿拉伯糖的利用能力下降。利用以阿拉伯糖为唯一碳源的培养基进行反复批次驯化,阿拉伯糖的利用能力得以恢复和提升,得到表型较好的重组菌株KAX3-2。该菌株在木糖（50 g/L）和阿拉伯糖（20 g/L）混合糖发酵条件下发酵72 h时,对阿拉伯糖和木糖利用率分别达到42.1%和65.9%,木糖醇的收率为64%。[结论] 本研究成功构建了一株能有效利用阿拉伯糖并能将木糖转化为木糖醇的重组酿酒酵母菌株KAX3-2,为后续构建、获得阿拉伯糖代谢能力更强、木糖醇积累效率更高菌株的工作奠定了基础。     

提高衣康酸产量的代谢工程育种研究进展

衣康酸(itaconic acid,IA)是一种白色结晶状的不饱和二元羧酸,它是化学和制药工业中许多相关化合物的前体,被广泛应用于树脂、塑料、胶乳和超吸附剂等的工业生产中。与化学法生产衣康酸相比,生物法具有原料来源广泛,生产过程能耗低,不污染环境等优点。介绍了衣康酸合成的生物代谢途径,以及在野生型宿主和异源宿主中生产衣康酸和提高衣康酸产量的生物技术,为今后开展利用生物技术生产衣康酸的研究提供参考。     

糖基化学品的生物制造

正目前,糖基化学品的合成主要通过提取法、化学合成法来生产,然而这些合成法存在严重的弊端。化学合成法会带来严重的环境污染且生物活性低;提取法收率较低,原料有限。代谢工程作为一种重要糖基化学品合成工具,已经成为替代原有化学合成方法的有效策略。综述了N-乙酰氨基葡萄糖、木糖醇、海藻糖、甘草酸等几种应用广泛的精细糖基化学品的生物制造与应用,并讨论了生物制造糖基化学品的前景和挑战。     

原位分离耦合技术制备生物丁醇的研究进展

笔者对吸附法、液液萃取法、气提法、渗透汽化法等提取技术原位分离耦合丁醇进行了综述,并对其分离特性与效果进行了比较。针对目前原位分离耦合发酵制备生物丁醇的应用现状和面临的挑战,并结合本课题组已取得的成果,对原位分离耦合发酵制备生物丁醇的前景进行了展望。     

技术转让

银耳多糖饮料及其制备方法以土豆汁为主要原料,采用生物发酵工程技术,用液体深层发酵法接种特殊培育的银耳孢子进行发酵。发酵液可直接提取孢子粉,配制系列产品,也可直接配制成饮料。该项技术已申报两项发明专利。本技术工艺成熟,原料来源广,生产成本低,周期短,利润高,效益明显。银耳多糖饮料味正爽口,具有较高的