响应面法优化嗜热厌氧杆菌X514产乙醇合成培养基

嗜热厌氧杆菌X514(Thermoanaerobactersp.X514)能同时发酵五碳糖、六碳糖并产出乙醇,是纤维素乙醇生产中最具潜力的菌株之一。单因子试验证明,酵母提取物中对X514乙醇发酵起决定性影响的组分为B族维生素,并进一步确定了B族维生素中对乙醇发酵有影响作用的6种维生素。结合培养基中的其他影响因子,应用Plackett-Burman试验设计方法,筛选出X514乙醇发酵的极大影响因子为NH4Cl、烟酸及硫胺素。随后用最陡爬坡试验确定了影响因子最佳取值区域,并利用响应面方法优化合成培养基。优化结果显示,当以5 g/L葡萄糖为底物时,在NH4Cl、烟酸及硫胺素的浓度分别为1.05 g/L、6.4 mg/L及7.0 mg/L的条件下,X514的乙醇产出浓度达到最优理论值34.46 mmol/L。试验验证该条件下乙醇产出浓度为33.78 mmol/L。试验值与理论值接近,原始矿物质培养基中乙醇产出浓度的5.1倍,并与添加5 g/L的酵母提取物培养基的乙醇产出浓度(34.67 mmol/L)相当。     

一株厌氧嗜热杆菌生长及发酵特性的初步研究

论文对筛选并鉴定为Thermoanaerobacterium saccharolyticum菌株的生长、底物利用情况、产物生成以及酒精耐受性进行了研究。结果表明,该菌在以甘露糖、葡萄糖和木糖为碳源时生长较好,同时能够较好的利用木聚糖和木薯淀粉;最适底物浓度为15g/L;不同的葡萄糖:木糖比例对其生长无显著影响;能耐受的培养基最高初始酒精浓度为3%(V/V)。在5g/L的木聚糖、木糖和木薯淀粉培养基中发酵60h后,产物主要有乙醇、乳酸和乙酸,乙醇产量分别为0.824、0.867和0.916g/L。     

树干毕赤酵母NLP31发酵产乙醇的研究

研究了树干毕赤酵母NLP31在木糖质量浓度为45 g/L的3种发酵培养基Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ上发酵3轮的发酵性能以及在45 g/L木糖或混合糖(葡萄糖30 g/L,木糖15 g/L)的发酵培养基Ⅲ上的代谢历程。结果表明:树干毕赤酵母NLP31在发酵培养基Ⅲ上,乙醇浓度和乙醇得率均达到最高,分别为(17.29±0.15)g/L和(84.65±0.58)%。在45 g/L木糖或混合糖(葡萄糖30 g/L,木糖15 g/L)的发酵培养基Ⅲ上的代谢历程表明:混合糖发酵达到最大乙醇得率的时间仅为12 h,要比单一木糖发酵缩短了8 h。树干毕赤酵母NLP31在以廉价的无机N源为发酵培养基上的乙醇发酵性能高,能够降低燃料乙醇的生产成本。     

丙酮酸发酵过程中光滑球拟酵母过程功能的强化

对不同葡萄糖浓度下光滑球拟酵母分批发酵生产丙酮酸的动力学模型分析发现, 葡萄糖浓度是影响光滑球拟酵母发酵生产丙酮酸过程功能的关键因素。在发酵初始阶段, 低浓度葡萄糖可维持较高的菌体比生长速率; 对数生长中前期, 葡萄糖快速进料使菌体浓度接近最大值, 并实现碳流从菌体生长转向丙酮酸积累; 对数生长后期葡萄糖浓度控制在33.4 g/L以维持高丙酮酸对葡萄糖产率系数 (0.71 g/g)。采用奇异控制的葡萄糖流加方式, 在7 L发酵罐上控制不同发酵阶段葡萄糖浓度处于最佳水平以强化光滑球拟酵母过程功能, 丙酮酸产量 (83.1 g/L)、产率 (0.621 g/g)、生产强度[1.00 g/(L·h)]与分批发酵对比, 分别提高了21.3%、21.6%和29.9%。     

氮源NH4Cl浓度对粪产碱杆菌发酵生产热凝胶的影响

研究了利用粪产碱杆菌(Alcaligenes faecalis)发酵生产热凝胶的发酵条件,氮源是菌体生长的限制性底物,单纯地提高初始底物(氮源)浓度并不一定能促进细菌的生长和产物的合成.在分批发酵过程中,底物消耗导致培养环境pH的改变也是影响细菌进一步生长和产物合成的重要因素.通过增加培养基中初始氯化铵的浓度并同时控制发酵过程的pH条件,得到了较高的菌体浓度,热凝胶的合成水平也得到了显提高.当培养基中NH4Cl浓度提高到3.6g/L时,菌体浓度达到7.2g/L,热凝胶合成的产量可达30.5g/L,比原来NH4Cl浓度为1.1g/L时提高了51.7%.提高菌体浓度意味着需要提高溶氧水平来满足细菌的生长和代谢.初始氮源NH4Cl浓度的增加虽然能使菌体浓度得到提高,但发酵过程对溶氧的需求也相应增加,需要提高搅拌转速和通风以增加供氧水平.但高搅拌速率产生的高剪切力对热凝胶的凝胶性能将产生破坏作用,因此在发酵过程中需要综合考虑细菌培养密度对合成热凝胶产量和质量的影响.     

超高浓度培养基条件下酵母细胞生长及酒精生成的准稳态动力学研究

在1．5L搅拌式发酵罐中,使用葡萄糖质量浓度分别为120、200、280g／L的培养基进行酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae连续发酵生成酒精的动力学研究。研究发现,当培养基中葡萄糖浓度为200和280g／L时,发酵液中残糖浓度、酒精浓度以及菌体生物量从小幅度波动的准稳态发展到大幅度波动的振荡状态。提出了伴有周期性振荡现象准稳态过程的概念,并针对该过程,建立了兼有底物和产物抑制的酵母细胞生长和产物酒精生成动力学模型。     

氮源NH4Cl浓度对粪产碱杆菌发酵生产热凝胶的影响

研究了利用粪产碱杆菌 (Alcaligenesfaecalis)发酵生产热凝胶的发酵条件 ,氮源是菌体生长的限制性底物 ,单纯地提高初始底物 (氮源 )浓度并不一定能促进细菌的生长和产物的合成。在分批发酵过程中 ,底物消耗导致培养环境pH的改变也是影响细菌进一步生长和产物合成的重要因素。通过增加培养基中初始氯化铵的浓度并同时控制发酵过程的pH条件 ,得到了较高的菌体浓度 ,热凝胶的合成水平也得到了显著提高。当培养基中NH₄Cl浓度提高到3.6g/L时 ,菌体浓度达到72g/L ,热凝胶合成的产量可达 30.5g L ,比原来NH₄Cl浓度为11g L时提高了51.7%。提高菌体浓度意味着需要提高溶氧水平来满足细菌的生长和代谢。初始氮源NH₄Cl浓度的增加虽然能使菌体浓度得到提高 ,但发酵过程对溶氧的需求也相应增加 ,需要提高搅拌转速和通风以增加供氧水平。但高搅拌速率产生的高剪切力对热凝胶的凝胶性能将产生破坏作用 ,因此在发酵过程中需要综合考虑细菌培养密度对合成热凝胶产量和质量的影响。     

毕赤酵母高密度发酵产Ⅲ型类人胶原蛋白及其胃粘膜修复功能

为提高重组毕赤酵母Pichia pastoris发酵重组人Ⅲ型胶原蛋白产量,采用响应面对其生长阶段的BMGY培养基(Buffered minimal glycerol-complex medium)组成进行优化。通过Placket-Burman试验,得出酵母提取物、蛋白胨、甘油对胶原蛋白产量有显著影响,通过Box-Behnken中心组合实验以及Design-Expert分析软件建立了以胶原蛋白产量为响应值的响应方程,得到最适浓度分别为酵母提取物1.13%,蛋白胨1.61%,甘油0.86%。经实验验证,在最优BMGY培养基条件下培养12 h后,所得到毕赤酵母干重为4.41 g/L,生长阶段的菌重量增加了26%。在22 L发酵罐中通过高密度发酵,产量达到4.71 g/L。该重组胶原蛋白对大鼠乙酸灼伤胃粘膜有明显修复作用,为生物医用材料的应用制备奠定了基础。     

一株中型假丝酵母发酵木糖产乙醇的特性研究

本研究对自然界中筛选得到的1株可以发酵木糖产乙醇的中型假丝酵母(Candida intermedia)的特性进行了研究.该菌株在28℃、120 r/min、72 h条件下,发酵3%木糖的乙醇产率最高,达到理论值的43.70%,发酵7%木糖得到的乙醇产量最高,为6.480 g/L.发酵时间延长到156 h,可以利用8%木糖产乙醇21.225 g/L,产率为理论值的72.87%.该菌株还可以在同样条件下,发酵13%葡萄糖得到乙醇50.965 g/L,达到理论值的76.90%.以3% 2% 3%分批补加糖,比一次性发酵8%木糖的乙醇产量提高9.91%.在葡萄糖和木糖的混合培养基中,优先利用葡萄糖,同时还表现出葡萄糖对木糖发酵的促进作用,当2%的木糖与6%葡萄糖混合时,乙醇产量比两者单独发酵的加和提高了25%.     

外加肌醇对嗜鞣管囊酵母发酵的酒精产量及其耐酒精能力的影响

嗜鞣管囊酵母(Pachysolen tannophilus)是可以同时发酵葡萄糖和木糖为酒精的菌种,在其生长和发酵培养基中分别添加不同浓度((0～200mg/L)的肌醇以及不同起始浓度的酒精,以考察外加肌醇对嗜鞣管囊酵母生长、产酒精能力和耐酒精能力的影响.结果 表明,添加肌醇前后,嗜鞣管囊酵母的生物量及发酵的酒精产量均有所增加.外加肌醇对嗜鞣管囊酵母生长有轻微的刺激作用,酵母生长最适肌醇浓度为150mg/L;而对酵母生长的耐酒精能力却有明显的影响, 并且,菌种在YEPD培养基中的耐酒精能力高于在YEPX培养基中的耐酒精能力.经实验测定,肌醇对嗜鞣管囊酵母产酒精能力及发酵的耐酒精能力均有显著的影响.发酵培养基中未添加起始浓度的酒精时,菌种发酵的最适肌醇浓度为100mg/L,此时生成的酒精产量为45.20g/L.当分别添加起始酒精浓度为10%和12%时,随着肌醇浓度的增加,菌种发酵生成的酒精浓度均呈上升趋势;肌醇浓度为200mg/L时,两种起始酒精浓度下,酒精的净生成量均达到最大,分别为17.18g/L和16.68g/L.