可再生生物柴油副产物合成生物材料PHA研究现状

随着生物柴油产业的快速发展,大量的生物柴油副产物必将给生态环境及经济发展带来严重影响。如何利用新思路、新工艺、新技术加工处理副产物,将成为制约生物柴油产业发展的主要因素。聚羟基饱和脂肪酸酯（PHA）是当今生物材料领域最为活跃的研究热点,具有广泛的应用前景,但其生产成本高,选择便宜的合成原料一直是从事PHA研究的科学家们考虑的主要问题之一。将生物柴油副产物用于PHA生产研究,有助于解决副产物过度积累和PHA合成原料成本过高的问题,有利于生物柴油产业的稳定、可持续发展。本文综述了近年来生物柴油副产物用于PHA合成的最新进展。     

剩余活性污泥完全资源化利用微生物集成技术

剩余活性污泥完全资源化利用微生物集成技术包括: 使用土著PHA合成菌回注法驯化并发酵活性污泥, 生产生物降解材料聚羟基脂肪酸酯(PHA); 采用土著嗜酸性氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌进行生物淋滤, 去除重金属; 以解磷菌和解钾菌为菌种, 进行固态发酵, 生产生物菌肥。结果表明, 500 L中试PHA占挥发性悬浮固体的20%以上; 重金属含量达到国家排放要求; 生物菌肥中活菌数大于1×108 个/g以上。实现了剩余活性污泥的近零排放。     

聚羟基脂肪酸酯合成菌种的筛选

目的:聚羟基脂肪酸酯(PHA)是一种微生物合成的可生物降解的高分子材料,具有良好的生物相容性、光学活性、压电性、气体阻隔性等性质,可以在医疗、电子、制药等高附加值领域得以应用。筛选获得高产的PHA菌株能够有效降低发酵和提取的成本,这对于PHA材料进入实际的应用领域具有重要的意义。结果:以兴庆公园湖底的污泥和西安市第七污水厂氧化沟污泥作为筛选菌种来源,通过尼尔兰染色和苏丹黑染色的方法对分离得到的菌体进行初筛,通过气相色谱鉴定初筛菌株中PHA的合成种类和积累量。结论:WJR-18号菌株是一株较有前景的PHA高产菌株,经过鉴定,WJR-18号菌株与蜡状芽孢杆菌B4264(Bacillus cereus B4264)同源性高。     

超声波在生物发酵工程中的应用

一定强度的超声波作用于发酵过程中缩短发酵时间,改善生物反应条件,提高生物产品的质量和产量,微弱超声可用于在线检测某些发酵过程参数,本简要介绍了超声波作用于生物发酵过程的基本原理,并详细讨论了超声波在遗传育种 ,改善发酵工艺有发酵产物的提取与分离,发酵产物浓度的在线检测等方面的主要应用。     

茁霉多糖发酵及提取工艺条件研究

目的：茁霉多糖是一种新型多功能生物材料,该文拟对出芽短梗霉发酵茁霉多糖及其提取条件进行初步探索。方法：通过摇瓶培养确定了该菌株的发酵优化条件,在此条件下,获得了较高的多糖产量,同时通过醇提的方法对茁霉多糖的提取进也行了研究。结果：初步确定了茁霉多糖最佳发酵与提取条件。结论：摇瓶转速和发酵初始pH值是多糖发酵的重要影响因素,它们与多糖的合成密切相关。     

遗传工程改良植物

利用作物生产生物可降解塑料 多羟基链烷酸酯(PHA)是一类可制造部分或整体可生物降解的塑料制品的化合物,存在于各种细菌中。曾通过细菌发酵进行过商品化生产。通过改变发酵过程中所用的碳源和细菌菌株可生产具有各种特性的PHA聚合物。但人们认为,细菌PHA的生产成本比合成塑料高,由此限制了它在消费产品中的应用程度。如果编码PHA生产的基因能够转移并在作物中表达,则可以百万吨的规模低价合成,与之相比,细菌发酵才以千吨规模生产PHA。 为了探讨在植物中合成PHA的可行性,华盛顿Carnegie研究院的研究人员将两个细菌基因(编码合成100%可降解PHA多羟基丁酸(PHB)的酶)转移到拟南芥中。结果发现,转基因植株液泡、核和胞质中含有少量的PHB,但质体或线粒体中却不含PHB。同时,转基因植株生长缓慢、产籽量降低。但若     

我国生物基材料的发展和应用状况

近年来，随着石油市场的价格高位波动，国内外加大了对环境和生物技术的投入。环境友好的材料——生物材料．特别是来源于可再生资源的材料得到快速的发展。2006年美国Metabolix公司通过其聚羟基脂肪酸酯（PHA）项目的成功上市以及上市后的良好表现，激发了许多风险投资公司对生物材料项目的积极投入。用工业生物技术，尤其是工业微生物技术可以方便的获得高分子材料，如PHA，或者是用于聚合成高分子材料的单体，如乳酸或丁二酸等。国家科技部重大科技项目“863”、“973”和国家自然科学基金委员会以及国家发展和改革委员会等在2007年都立项对生物基材料进行了支持。     

微生物发酵生产虾青素

对微生物发酵法生产虾青素的微生物菌种、生物合成代谢途径、发酵工艺条件优化和提取分离检测方法等方面的研究现状进行了综述 ,并展望了微生物发酵法生产虾青素的前景。     

废油脂生物合成聚羟基脂肪酸酯的研究进展

聚羟基脂肪酸酯(PHA)是微生物细胞内合成的高分子生物聚酯,当培养基中生长所必需的营养物质含量有限,而碳源物质过多时,会促进PHA的积累。众多PHA产品均具有生物可降解性以及优异的物理化学特性,有望替代传统塑料从而减少"白色塑料垃圾"的产生。但是较高的生产成本限制了PHA进一步的产业化和大规模应用。利用廉价易得的原材料作为微生物的碳源制备PHA是降低生产成本的有效途径之一。废弃油脂作为碳氢化合物,具有良好的微生物利用潜力。目前,以废油脂为原料、通过微生物合成可生物降解塑料已成为研究热点。该方法不但可以降低PHA的生产成本,解决废油脂的处理和高值化利用问题,还可以替代部分传统塑料的使用,符合我国绿色循环可持续发展的战略。文章系统总结了PHA的种类和应用,利用废弃油脂微生物合成PHA的最新进展以及微生物胞内PHA的提取方法,并对其合成PHA的有效实现和发展前景进行了展望。     

微生物发酵生产虾青素

对微生物发酵法生产虾青素的微生物菌种、生物合成代谢途径、发酵工艺条件优化和提取分离检测方法等方面的研究现状进行了综述,并展望了微生物发酵法生产虾青素的前景。     

启动子优化提高重组大肠杆菌PHA产量

聚羟基脂肪酸酯(PHA)是一类由微生物合成的高分子聚酯的统称,具有生物可降解性、生物可再生性和良好的生物相容性,应用前景广阔。PHA具有类似塑料的材料学性能,倍受到科学界和工业界的关注,但是生产成本较高等原因极大地限制了其大规模应用。本研究通过筛选优化在微氧条件下能够高效调控基因表达的启动子,能有效提高生产菌株在微氧条件下积累PHA的能力,减少生产能耗,降低成本。首先,在大肠杆菌基因表达库中筛选出5个在微氧条件下高效调控基因表达的启动子,与编码红色荧光蛋白的RFP报告基因相连,通过酶标仪检测RFP的荧光信号值,对5个不同的微氧启动子的表达强度进行评估,比较得到其中最高效的启动子Pslp。为进一步提高生产PHA的效率,将2个Pslp序列采用串联的方式构建得到一个新启动子P2slp,利用其调控PHA代谢合成途径中3个关键基因phbC、phbA和phbB的表达。通过发酵扩大生产,在启动子P2slp的调控下,重组大肠杆菌的细胞干重由22 g/L提高至29 g/L,PHA的产量由49.1%提高至81.3%。本研究通过筛选优化启动子提高了重组大肠杆菌生产PHA的产量,为PHA的产业化应用提供了一种有效的提高PHA产量的方法,具有实际价值。     

中国科学院微生物研究所发酵工程部简介

微生物研究所发酵工程部是一个为研究扩试、中间放大试验,使研究阶段成果投入工业规模生产提供可行性研究,完成工艺工程技术参数的中间试验基地,是科学研究和工业规模生产的中间接口.同时它也是一个具有较强的开发和适度生产规模的生产试验场.多年来,发酵工程部为科研服务显示了相当的优势和良好的服务质量.近几年完成的中间试验有黄单胞菌多糖发酵和后提取制备工艺;临床诊断用胆固醇氧化酶发酵及提取工艺;葡萄糖氧化酶发酵及提取工艺;胆固醇酯酶的发酵及提取制备工艺;葡萄糖酸钠的微生物发酵生产工艺;新多氧霉素的发酵及提取工艺;十五碳二元酸的发酵及提取工艺;医用灵芝及香菇的发酵工艺等.中试结果大大超过了实验水平,如十五碳二元酸产酸率已达到世界领先水平.     

中国科学院微生物研究所发酵工程部简介

微生物研究所发酵工程部是一个为研究扩试、中间放大试验,使研究阶段成果投入工业规模生产提供可行性研究,完成工艺工程技术参数的中间试验基地,是科学研究和工业规模生产的中间接口.同时它也是一个具有较强的开发和适度生产规模的生产试验场.多年来,发酵工程部为科研服务显示了相当的优势和良好的服务质量.近几年完成的中间试验有黄单胞菌多糖发酵和后提取制备工艺;临床诊断用胆固醇氧化酶发酵及提取工艺;葡萄糖氧化酶发酵及提取工艺;胆固醇酯酶的发酵及提取制备工艺;葡萄糖酸钠的微生物发酵生产工艺;新多氧霉素的发酵及提取工艺;十五碳二元酸的发酵及提取工艺;医用灵芝及香菇的发酵工艺等.中试结果大大超过了实验水平,如十五碳二元酸产酸率已达到世界领先水平.     

脱细胞生物材料样品的细胞毒控制技术研究

细胞毒控制是脱细胞生物材料制备过程中的关键工艺,该工艺不稳定是造成脱细胞材料细胞毒性高、生物相容性差的重要原因之一。脱细胞后,采用酒精振荡清洗的方法优化制备工艺,可有效降低脱细胞样品的残余细胞毒性,提高细胞毒等级。试验结果证明, 30%的酒精振荡清洗至少12 h以上可以将脱细胞样品的细胞毒稳定在Ⅰ级水平。这对于降低脱细胞生物材料制备过程的废品率,提高脱细胞生物材料样品的生物相容性和临床应用安全性具有积极意义。     

生物丁醇发酵研究进展

随着化石燃料的枯竭及环境污染的日趋严重,生物燃料等清洁可再生能源已成为世界各国研究开发的热点。生物丁醇以其燃烧值高,能量密度大,污染轻,以及可与汽油以任意比例互溶等特点,成为新一代可再生资源研究开发的重点。尽管生物丁醇目前前景广阔,但传统丙酮-丁醇-乙醇(Acetone-butanol-ethanol,ABE)发酵途径生产成本高且产率低限制了其商业化生产。为了有效降低原材料成本,实现廉价生物材料的工业转换,基于生物质资源的经济型发酵工艺成为研究热点;通过外源添加的技术手段,快速揭示发酵体系下菌株表型及发酵性能变化对于系统阐述菌株代谢水平与基因水平交叉作用规律具有一定理论意义。此外,随着全基因组测序及相关组学工程技术手段的发展,围绕代谢网络结构改造,阻断非丁醇代谢合成通路,明确胁迫调控机制,解除相关代谢调控等方面内容,对产丁醇梭菌进行内源改造,以期提高丁醇代谢合成能力及丁醇耐受性的研究也逐步深入。基于丁醇发酵生物质资源开发,代谢宏观调控策略及菌种选育等方面研究进展,讨论了生物丁醇生产代谢过程中的瓶颈问题,并对生物丁醇发展前景进行展望,旨为工程菌的构建和基于过程工程技术的代谢调控提供理论依据。     

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。     

聚羟基脂肪酸酯合成酶的改造和代谢途径构建的研究进展

聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoates,PHA)是许多细菌在非平衡生长条件下在胞内积累的以颗粒状态存在的碳源和能源储藏物质。PHA因其具有生物可降解性、生物相容性等许多良好的材料性质、可以作为化学合成塑料未来的替代品而引起广泛关注。但由短链脂肪酸或单一脂肪酸单体合成的PHA的材料性质具有局限性,需要利用多种单体合成满足实际需求的PHA材料。PHA合成酶的底物特异性和PHA合成代谢途径决定着PHA的单体组成情况,进而影响着PHA的理化特性和材料性能。因此需要对PHA合成酶进行改造,扩展其对底物的特异性。另一方面需要构建新的PHA合成代谢途径,能合成出一些不常见的且性能优良的PHA材料。综述了近些年对PHA合成酶改造的研究及PHA代谢途径构建的研究进展。     

维生素C发酵研究进展

生物发酵法是生产维生素C的主要途径。目前具有工业应用前景的维生素C发酵途径主要有葡萄糖发酵工艺和山梨醇发酵工艺。我们分别从这2条产生维生素C重要前体2-酮基-L-古龙酸反应路线的代谢机制、反应酶系及工程菌构建等方面出发,综述了维生素C生物发酵的研究现状和最新进展,并对维生素C生物发酵应用前景做了展望。     

微生物发酵琥珀酸的研究进展

琥珀酸是一种重要的C_4平台化合物,生物基琥珀酸可作为合成大宗化学品的起始原料,在食品、医药、表面活性剂、洗涤剂、绿色溶剂、生物可降解塑料和动植物生长刺激物剂领域有广泛的应用前景。从可再生原料出发,发酵过程固定CO_2,使得微生物发酵生产琥珀酸具有良好的环境优势,成为近年研究的热点。围绕微生物发酵法生产琥珀酸迫切需要解决的主要问题,综述了国内外对琥珀酸生产菌的选育、其代谢机理与产酸条件、发酵过程工艺、产品提取等方面的研究现状。     

聚羟基脂肪酸酯 (PHA) 及其共混纤维研究进展

聚羟基脂肪酸酯(PHA)是代表性的生物基可降解高分子,其种类超过150种,性能多样、可调。文中综述了PHA的研究概况及潜在应用,介绍了四代商业化PHA的性质及其与其他生物基可降解材料形成共混纤维的研究进展。