融合株SPSC发酵生产酒精的工艺研究——自絮凝细胞颗粒粒径分布、细胞生长和产物酒精生成动力学

在测定了融合株SPSC自絮凝颗粒分布的基础上,研究了其培养过程细胞颗粒生长和连续发酵过程产物酒精生成的动力学规律,建立了如下的动力学模型： μ= 0.134S 19.23+S υ=0.747S 10.871+S［(1-SXp126 3SX 2.593］     

生物能源专刊序言

发展生物能源是减轻经济和社会发展对不可再生矿物质能源依赖程度,实现CO2减排的有效措施。本期专刊包括综述报告和研究论文两部分,涉及燃料乙醇、生物柴油、生物燃气、生物氢能、微生物燃料电池和微生物电解池等主要生物能源产品和系统,比较全面地分析其基础研究、关键技术开发和产业发展现状,讨论了存在的问题和挑战,展望了发展的前景。     

系统生物学和合成生物学研究在生物燃料生产菌株改造中的应用

基于生物质资源生产环境友好的生物燃料,对经济和社会的可持续发展具有重要意义,但其生产成本高的问题十分突出,而高效生产菌株的获得是解决这一问题的根本出路。以下综述了利用系统生物学研究所获得的信息进行菌种改造的过程,重点论述了生产菌株胁迫耐受性方面的研究进展,并讨论了系统生物学、合成生物学和代谢工程技术在改造生物燃料生产菌株中的应用,展望了合成生物学在构建高效生物能源生产菌株方面应用的前景。     

自絮凝酵母SPSC01在组合反应器系统中酒精连续发酵的研究

建立了一套由四级磁力搅拌发酵罐串联组成、总有效容积4000mL的小型组合生物反应器系统 ,其中一级罐作为种子培养罐。以脱胚脱皮玉米粉双酶法制备的糖化液为种子培养基和发酵底物 ,进行了自絮凝颗粒酵母酒精连续发酵的研究。种子罐培养基还原糖浓度为100g L ,添加 (NH₄)₂HPO₄ 和KH₂PO₄ 各 20g L ,以0.017h^-1 的恒定稀释速率流加 ,并溢流至后续酒精发酵系统。发酵底物初始还原糖浓度 220g/L ,添加 (NH₄)₂HPO₄ 15g/L和KH₂PO₄2 5g/L ,流加至第一级发酵罐 ,稀释速率分别为 0.017、0.025、0.033、0.040和0.05 0h^-1。实验数据表明 ,自絮凝颗粒酵母在各发酵罐中呈部分固定化状态 ,在稀释速率0.040h^-1 条件下 ,发酵系统呈一定的振荡行为 ,其他四个稀释速率实验组均能够达拟稳态。当稀释速率不超过 0 0 33h^-1 ,流出末级发酵罐的发酵液中酒精浓度可以达到 12 % (V/V)以上 ,残还原糖和残总糖分别在 0 11%和 0 35 % h^-1,流出末级发酵罐的发酵液中酒精浓度可以达到12%（V/V）以上,残还原糖和残总糖分别在0.11%和0.35%（W/V）以下。在稀释速率为0.033h^-1时,计算发酵系统酒精的设备生产强度指标为3.32（g·L^-1·h^-1）,与游离酵母细胞传统酒精发酵工艺相比,增加约1倍。     

自絮凝颗粒酵母乙醇连续发酵耦合废液全循环工艺的研究

在以CO2为驱动力的单级悬浮床生物反应器中,进行了自絮凝颗粒酵母乙醇连续发酵耦合废液全循环实验研究。以双酶法制备的玉米粉糖化液为底物,系统连续运行了28 d,每隔5 d将收集到的发酵液集中精馏处理,得到的废糟液直接用于玉米粉调浆制糖。实验数据表明,在稀释率为0.05 h-1条件下,发酵液中乙醇、残还原糖、残总糖质量浓度基本稳定,其平均值为82.97,30.02和40.87 g.L-1。对废液循环工艺过程中,发酵液中的8种高沸点有机酸进行了定量分析,发现发酵液中仅丙酮酸有明显积累,并最终在0.1~0.3 mol.L-1范围内波动。实验结果表明:系统中存在的高沸点副产物不对乙醇发酵产生明显抑制作用,乙醇连续发酵能够在废液全循环条件下良好运行。     

细胞膜磷脂脂肪酸组成对自絮凝酵母质膜ATP酶响应酒精刺激的影响及其与菌体耐酒精的关系

研究揭示细胞膜磷脂脂肪酸组成与质膜ATP酶在酵母菌耐酒精中的一种新颖关系。实验表明 ,细胞膜磷脂脂肪酸组成特点对生长于未添加酒精条件下的自絮凝颗粒酵母质膜ATP酶活性没有影响 ,但却明显影响生长于添加酒精 (1 %～ 10 % ,V/V)条件下的菌体质膜ATP酶对酒精激活的敏感性 :预培养于添加 0.6mmol L棕榈酸、亚油酸、或亚麻酸条件下的菌体的质膜ATP酶的最大激活水平分别为各自酶的基态水平 (未激活 )的 3.6、1.5和 1.2倍 ,而对照组 (预培养于未添加脂肪酸条件下的菌体 )的相应值为2.3倍 ,酶产生上述最大激活水平时的酒精浓度分别为 7%、6 %、6 %、和 7% (V/V)。酶激活后米氏常数K_m 、最适pH和对钒酸钠 (质膜ATP酶特异性抑制剂 )的敏感性等性质不变 ,但最大反应速度v_max明显增加。实验表明 ,细胞膜磷脂脂肪酸组成特点对提高菌体的耐酒精能力越有利 ,则其质膜ATP酶被酒精激活的幅度越大 ,说明菌体耐酒精能力的提高与其质膜ATP酶对酒精激活的敏感性的增加密切相关。细胞膜磷脂脂肪酸组成会影响酵母菌质膜ATP酶对酒精激活的敏感性是观察到的新的实验现象.     

三种选育高乙醇耐受性工业酿酒酵母方法的比较

由于乙醇耐性受多基因控制,因此需要从全基因组水平进行改造以期得到高乙醇耐受的突变体。文中分别使用紫外诱变、等离子体诱变及人工转录因子3种方法对工业酿酒酵母Sc4126进行改造,获得了乙醇耐性提高的突变体,并比较了3种方法的正突变率。人工转录因子文库转化的方法获得了最多数量的乙醇耐性突变体,高出紫外诱变和等离子体诱变方法1~2个数量级,且遗传稳定。研究结果表明,人工转录因子技术可以用于对工业酿酒酵母快速进行基因组工程改造。     

多种通气策略下的高浓度乙醇生产

氧气在环境胁迫强的高浓度乙醇发酵中具有重要作用.考察了自絮凝酿酒酵母在多种通气策略下的乙醇发酵及絮凝状况.使用氧化还原电位(ORP)检测发酵液中氧浓度并划分了厌氧、微氧和好氧状态.厌氧条件下的终点乙醇浓度最低(119±1.5 g/L);微氧条件下使用ORP精密控制氧气供给取得较高的乙醇浓度(131±1.8和125±1.7 g/L);在通气量0.2 vvm的好氧条件下,生物量、甘油量和乙醇损失皆最大,与最优收率相比较乙醇收率降低了12.2％.高通气量增强了细胞的絮凝能力,增大了絮凝体粒径.绘制雷达图进行综合评价,恒定通气0.05 vvm的过程在乙醇生产和絮凝各方面表现均突出.