丙酮丁醇梭菌XY16丁醇发酵特性

以诱变选育的1株突变菌株丙酮丁醇梭菌XY16为对象,对影响该菌发酵特性的相关因素(N源、生长因子、热激)进行研究。结果显示:无机N源乙酸铵比其他N源更有利于丙酮丁醇的发酵,玉米浆或玉米蛋白可以直接替代生长因子进行丙酮丁醇发酵,热激可以提高总溶剂产量,最高可以达到21.28 g/L。该菌还可以同时利用葡萄糖和木糖,当葡萄糖利用完后,木糖才能被有效利用。     

生物基分子介导纳米金属材料的制备及其应用

纳米金属材料具有纳米晶强化效应、光吸收率大、较高的表面能和单磁畴性能等优点,因其在医药、化学催化、抗菌抑毒等方面发挥着越来越重要的作用而受到人们广泛关注。近年来,随着全球石化资源消耗与日俱增,环境污染加剧,基于可再生资源的生物基分子介导纳米材料的制备研究方兴未艾。生物基分子是指直接或间接来源于生物质的小分子或大分子物质,它们多数具有生物相容性好、低毒、可降解、来源广泛、价格低廉等优点。且由于生物基分子多数具有独特的理化性质,如具有生理活性的旋光性、酸碱两性、亲水亲油性以及易与金属离子络合等,其介导合成的纳米材料还兼具其独特功能性,比如消炎、抗癌、抗氧化、抗病毒以及降血糖血脂等,进一步拓宽了纳米金属材料的应用领域。文中对近年来基于生物基分子介导纳米金属材料的制备及应用进行全面综述,为开展相关研究提供参考。     

中欧组织间合作研究项目MIX-UP助力实现“碳中和”

随着全球塑料循环体系的变革升级,提高塑料的回收利用不仅可以减少塑料在生命周期中的碳排放,还可以解决废塑料潜在的生态环境危害。文中介绍了2019年国家自然科学基金组织间国际 (地区) 合作研究项目“废塑料资源高效生物降解转化的关键科学问题与技术 (MIXed plastics biodegradation and UPcycling using microbial communities,MIX-UP)”。该项目聚焦“塑料污染”这一全球化的问题,围绕中欧双方确定的“塑料生物降解菌群”研究领域,联合中欧双方14家优势科研单位,开展实质性的重大前沿合作研究。针对废塑料生物降解中存在的解聚与重塑两个难题,项目以难降解石油基塑料 (PP、PE、PUR、PET和PS) 以及生物可降解塑料 (PLA和PHA) 的混合废塑料作为研究对象,从塑料微生物降解途径解析及关键元件的挖掘与改造、塑料高效降解混菌/多酶体系的构建与功能调控、塑料降解物的高值化炼制途径设计与利用策略3个方面展开研究。本项目将突破废塑料生物降解转化中高效降解元件挖掘、塑料降解物高值化利用的关键科学问题与技术,探索一条废塑料资源化、高值化、循环化、低碳化的新塑料循环路线,建立以“降塑再造”为核心理念的废塑料生物炼制体系,丰富我国固废资源化生物技术利用平台。项目的实施不仅有助于提升我国塑料 (生物) 循环经济的理论基础和关键技术水平,还可以推动我国与国际科研院所的多边交流与合作,促进我国在生物技术领域的创新发展,助力我国碳中和目标的实现。     

烟酸转磷酸核糖激酶和丙酮酸羧化酶共表达对大肠杆菌BA002产丁二酸的影响

大肠杆菌BA002是敲除了乳酸脱氢酶的编码基因 (ldhA) 和丙酮酸-甲酸裂解酶的编码基因 (pflB) 的工程菌。厌氧条件下NADH不能及时再生为NAD+,引起胞内辅酶NAD(H)的不平衡,最终导致厌氧条件下菌株不能利用葡萄糖生长代谢。pncB是烟酸转磷酸核糖激酶 (NAPRTase) 的编码基因,通过过量表达pncB基因能够提高NAD(H)总量与维持合适的NADH/NAD+,从而恢复了厌氧条件下重组菌E. coli BA014 (BA002/pTrc99a-pncB) 的生长和产丁二酸的性能。然而,BA014在厌氧发酵过程中有大量丙酮酸积累,为进一步提高菌株的丁二酸生产能力,减少副产物丙酮酸的生成,共表达NAPRTase和来自于乳酸乳球菌 NZ9000中丙酮酸羧化酶 (PYC) 的编码基因pyc,构建了重组菌E. coli BA016 (BA002/pTrc99a-pncB-pyc)。3 L发酵罐结果表明,BA016发酵112 h后,共消耗了35.00 g/L的葡萄糖。发酵结束时,菌体OD600为4.64,产生了25.09 g/L丁二酸。通过共表达pncB和pyc基因,使BA016的丙酮酸积累进一步降低,丁二酸产量进一步提高。     

高效液相色谱法在测定丁二酸厌氧发酵体系中有机酸的应用

建立了一种利用高效液相色谱法定量分析丁二酸厌氧发酵体系中多种有机酸的方法。利用Alltech反相Prevail有机酸色谱柱,以25 mmol.L-1KH2PO4(pH2.5)作为流动相,流速1 mL.min-1,采用紫外检测器,于215 nm处检测,能将丁二酸厌氧发酵体系中多种有机酸完全分离并准确定量。有机酸的回收率均在99%~103%之间。本方法能够快速、精确测定丁二酸厌氧发酵体系中多种有机酸含量,并初步应用于该发酵体系培养基成分优化方面,对于指导厌氧代谢调控生产丁二酸具有重要意义。     

一株丁二酸高产菌株的筛选和鉴定

从瘤胃中筛选到一株高产丁二酸生产菌株,为革兰氏阴性菌,短杆状,无芽孢,不运动,兼性厌氧.经形态学、生理生化鉴定和基于16S rRNA序列的系统发育分析,该菌株为巴斯德菌科的产琥珀酸放线杆菌,是产琥珀酸放线杆菌CCUG 43843的变种,二者的序列相似性为99.93%,命名为产琥珀酸放线杆菌A3.5L发酵罐分批发酵实验表明,当发酵培养基中葡萄糖浓度为50g/L时,产琥珀酸放线杆菌A3可以产25.8g/L丁二酸,具有较好的丁二酸生产潜力.     

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(ldhA::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/L IPTG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。     

环境因素对琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogenes CGMCC 1593发酵生产丁二酸的影响

琥珀酸放线杆菌是发酵生产有应用前景的生物基原料-丁二酸的微生物。本研究室从牛瘤胃中筛选获得一株琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogenes CGMCC 1593, 分析了环境气体、pH、氧化还原电位(ORP)环境因素对琥珀酸放线杆菌A. succinogenes CGMCC 1593发酵生产丁二酸的影响。结果表明: CO2不仅提供了A. succinogenes CGMCC 1593发酵生产丁二酸的最佳气体环境, 也是发酵生产丁二酸的底物之一; MgCO3是A. succinogenes CGMCC 1593发酵过程较好的pH调节剂, 发酵过程维持pH7.1~6.2, 可满足菌体生长与产酸的要求; 发酵液初始ORP过低, 不利于菌体生长, ORP在-270 mV时对丁二酸产生有利。在菌体对数生长期结束时, 通过Na2S·9H2O降低发酵液ORP到-270 mV, 发酵48 h时可产丁二酸37 g/L, 摩尔产率达到129%。这对深入研究A. succinogenes CGMCC 1593发酵生产丁二酸具有参考价值。     

不同pH调节剂对产琥珀酸放线杆菌NJ113发酵产丁二酸的影响

在3L发酵罐中分别采用不同的碱性物质作为pH调节剂,考察其对产琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogenes NJ113厌氧发酵制备丁二酸的影响。结果表明:Ca2+、NH4+调节剂对菌体生长代谢有较大阻碍作用,丁二酸产量较低;采用含Na+调节剂,在发酵中后期菌体出现絮凝现象严重,且产丁二酸能力骤降;采用含Mg2+调节剂,整个发酵过程菌体代谢旺盛,发酵效果较佳。根据各碱性物质的调节能力以及对菌体生长代谢的影响,选择NaOH、Mg(OH)2和Na2CO3、Mg(OH)2分别作为混合碱组分调节pH,并对两组混合碱中各物质的质量比例进行优化。结果表明,以NaOH、Mg(OH)2混合,两者质量比为1:1时,发酵效果最好,丁二酸质量浓度高达到69.8g/L,质量收率74.5%。该种混合碱配比可有效替代碱式MgCO3调节pH,既达到高产丁二酸的目的,又可降低生物制备丁二酸的成本。     

稀酸水解玉米芯制备丁二酸

利用正交设计得到稀H2SO4水解玉米芯制备混合糖液的优化工艺:玉米芯料液比1∶5(质量体积比),物料粒径250~380μm、H2SO4用量3%(体积分数)、水解温度126℃、反应时间2.5 h。此工艺条件下的总糖收率达90%,总糖质量浓度为60 g/L,发酵抑制物糠醛含量为0.87 g/L,5-羟甲基糠醛含量为0.68 g/L。在此基础上利用活性炭吸附和Ca(OH)2中和对玉米芯混合糖液进行脱毒及脱盐处理,SO42-脱除率达96%,色素脱除率为96%,糠醛、5-羟甲基糠醛及多酚类物质脱除率均高于50%。处理后的玉米芯多组分糖液作为产琥珀酸放线杆菌(Actinobacillus succino-genes)NJ113的发酵C源,当培养基中初始总糖质量浓度为50 g/L时,丁二酸收率为61.68%,丁二酸质量浓度为30.8 g/L;初始总糖质量浓度为70 g/L时,丁二酸收率仍可达50%以上,丁二酸质量浓度为35.2 g/L。发酵实验表明,将经过脱毒脱盐处理的玉米芯多组分糖液替代葡萄糖作为C源发酵制备丁二酸具有可行性。