膜反应器固定化米根霉发酵产富马酸的工艺研究

以膜反应器固定化米根霉发酵产富马酸为研究对象,以Na2CO3为中和剂,考察固定化米根霉在5L搅拌式发酵罐中的发酵特征,采用智能可视化软件(IVOS)优化发酵工艺条件。结果表明,在80g/L初始糖浓及最优工艺下,富马酸产量、生产速率及转化率分别为21.1g/L、0.25g/(L·h)和28%;采用40g/L初始糖浓及连续批次发酵工艺时,富马酸产量、生产速率及转化率最高分别为10.8 g/L、0.36g/(L·h)和27%。搅拌式反应器中,固定化米根霉的膜反应器比表面积有限,以及菌膜的空间阻隔效应对传质传氧的限制作用,显著影响了富马酸的生产强度和转化率。因此,亟需发掘新的固定化方法及反应器形式,达到既解决米根霉形态控制问题,又有助于生产性状提升的目标。     

化学改性甘蔗渣对固定化细胞发酵产丁醇的影响

旨在研究化学改性的甘蔗渣作为固定化载体对丙酮丁醇梭菌Clostridium acetobutylicum XY16发酵制备生物丁醇的影响。首先利用不同浓度的聚乙烯亚胺(PEI)和1 g/L戊二醛(GA)对甘蔗渣表面进行化学改性,增强甘蔗渣对Clostridium acetobutylicum XY16的附载能力。经4 g/L聚乙烯亚胺和1 g/L戊二醛改性的甘蔗渣(添加量10 g/L)应用到固定化批次发酵中,发酵36 h后丁醇和总溶剂浓度最高,分别达到了12.24 g/L和21.67 g/L,同时溶剂的生产速率达到0.60 g/(L·h),生产速率比游离细胞和未改性甘蔗渣固定化细胞分批发酵分别提高了130.8%和66.7%。在此基础上对改性甘蔗渣固定化的细胞进行6次重复批次发酵,丁醇和总溶剂的产量稳定,溶剂生产速率逐渐提高至0.83 g/(L·h),同时转化率也提高至0.42 g/g。     

固定化诺卡氏菌细胞生产L(+)酒石酸的研究

用明胶包埋酒石酸诺卡氏菌(Nocardia tartaricans SWl3—57)得到顺式环氧琥珀酸开环水解酶活力较高的固定化细胞。固定化细胞的最适温度为30～45℃,而游离细胞的最适温度为35～45℃。两者的最适pH均为8．0～9．0,固定化细胞的表观米氏常数Km为0．256mol／L,而游离细胞有底物抑制作用,在底物浓度小于0．45mol／L时Km为0．246mol／L。用固定化细胞装柱(y=100ml),pH8．S,温度37℃,稀释速率D=0．25h^-1,以0．5mol／L浓度顺式环氧琥珀酸钠溶液为底物,连续运转53d,平均产L(+)酒石酸66．95g／L,克分子转化率为92．09％,反应器生产能力达到16．58g／L·h。     

氧对膜生物反应器短程硝化的影响

为了研究膜生物反应器的短程硝化性能以及氧对短程硝化的影响,通过对比耗氧率和供氧率,提出了膜生物反应器短程硝化的控制优化建议。在膜生物反应器硝化过程中,DO小于1 mg/L开始出现亚硝氮积累;DO降到0.5 mg/L,出水氨氮浓度与亚硝氮浓度之比接近1∶1;DO调控在0.5-1 mg/L范围内,有利于前置硝化反应器与后续厌氧氨氧化反应器衔接。膜生物反应器中污泥浓度可达20 g/L,耗氧能力可达19.86 mg O2/(L·s),但最大供氧能力仅为0.369 mg O2/(L·s),供氧成为反应器运行的制约瓶颈,"低DO高流量"曝气是继续提高短程硝化效能的控制策略。     

用吸附法固定化培养紫草细胞

采用生物活性载体 ,通过吸附固定化方式 ,结合液体石蜡原位萃取技术 ,培养紫草细胞。测定了细胞生长、底物消耗和产物合成的动力学 ,紫草宁产率为 0 .916 g/g干重细胞和 0 .95 3g/g干重接种细胞 ,分别为悬浮培养的 12 .7倍和 6 .3倍。同时 ,对吸附与包埋固定化方法进行了综合比较 ,探讨了吸附固定化方法的应用前景。     

循环利用重组大肠杆菌细胞转化合成丁二酸

研究了回收丁二酸发酵液中的大肠杆菌进行细胞转化的可行性,以转化率和生产效率为指标,考察了不同菌体浓度、底物浓度、pH调节剂对细胞转化的影响。发酵结果表明大肠杆菌可以在仅含有葡萄糖和pH调节剂的水环境中转化生产丁二酸,并确定了最佳的转化条件为:细胞浓度(OD600)50,底物浓度40g/L,缓冲盐为MgCO3。基于优化好的条件,在7L发酵罐中进行重复批次转化,第1次转化的转化率和生产效率分别达到91%和3.22g/(L·h),第2次转化的生产效率和转化率达到了86%和2.04g/(L·h),第3次转化的转化率和生产效率分别达到了83%和1.82g/(L·h)。     

高分子膜载体固定化酵母催化2-辛酮不对称还原

以戊二醛交联尼龙6膜载体固定化面包酵母DX213,采用固定化酵母细胞催化2-辛酮不对称还原得到(R)-2-辛醇。系统考察了有机溶剂、反应时间、pH、底物、辅助底物和热处理等因素对反应的产率和光学选择性的影响。结果表明,上述因素对酵母细胞催化不对称合成(R)-2-辛醇反应均有显著影响。二氯甲烷为该反应最适有机溶剂,在固定化细胞57 g/L(50℃预热50 min),水相与有机溶剂相体积比4/1,pH 7.0,初始2-辛酮浓度为60 mmoL/L(分别在反应0,10,17 h等分添加),蔗糖5.7 g/L和28℃条件下反应48 h,(R)-2-辛醇的产率和e.e.值分别达到89.3%和96.8%。     

D301树脂固定化假丝酵母脂肪酶

本研究选择7种吸附和离子交换树脂进行了假丝酵母脂肪酶(Candida sp.lipase)的固定化试验,通过测定固定化后各脂肪酶的酶活,筛选出固定化效果较好的弱碱性阴离子交换树脂D301;并通过扫描电镜将D301与脂肪酶Novozym 435的表面形貌做比较,进一步选定D301树脂作为载体,并对其采用戊二醛交联固定化,研究并优化了其固定化条件。结果表明,5%戊二醛溶液的加入量为8mL,处理时间为5h,酶液浓度为1.0g/L,磷酸缓冲盐溶液pH6.0,固定化处理10h效果最好,获得的固定化酶活力可达35U/mg,酶的固定化效率约为3.5U/(mg·h)。     

固定化脱氮细菌协同除氨氮废水及生物膜观察

联合利用本实验室分离得到的亚硝酸菌Ochrobactrum anthropi CZ和好氧反硝化菌Alcaligenes faecalis CZ处理模拟氨氮废水.O. anthropi CZ在7d内将50mg/L的初始氨氮氧化成亚硝氮,平均速率为0.28mg/L·h.A. faecalis CZ在有氧条件下,于2d内将200mg/L的初始硝态氮完全降解,平均降解速率为4.17mg/L·h.分别将两种菌用海藻酸钙(CA)包埋固定化、聚氨酯泡沫(PUF)固定化、海藻酸钙吸附生物膜和游离法处理模拟氨氮废水.结果发现,各种固定化细胞的降解能力明显比游离细胞强.其中CA包埋细胞法效果最好,可以在24h内将23mg/L初始氨氮完全降解.表面吸附生物膜方法也显示了良好的除氮能力,通过核酸染料染色,在荧光显微镜下进行了两种细菌在CA表面的生物膜表征方法的探索.     

固定化酵母细胞生产1,6-二磷酸果糖研究

本文研究了固定化酵母细胞制备果糖1,6二磷酸(FDP)的方法及其生产。用卡拉胶包埋方法固定化酿酒酵母(Sacchromyces cerevisae),对含葡萄糖1.0M,磷酸盐0.8M的糖磷液,pH6.5,在37℃下进行磷酸化反应。反复分批转化20天以上,可达到平均产FDPH_427.58mg/ml,最高为59.94mg/ml。用100ml固定化细胞生物反应器连续运转309h,稀释速率D=0.097h~(-1),平均产FDPH_4 21.51mg/ml。20L反应器连续运转,生产能力达到1.7g/h.L。用层析方法制备FDPNa_3结晶粉,提取收率为72.08％,制备质量达到或超过了国内外同类产品的质量要求。     

常压甘油自催化预处理麦草浓醪发酵纤维素乙醇

目前纤维素乙醇成本偏高的根本原因在于没有达到淀粉质乙醇发酵水平的"三高"(高浓度、高转化率和高效率)指标,提高水解糖液浓度和避免发酵抑制物来实现浓醪发酵,是解决问题的关键。文中以常压甘油自催化预处理麦草为底物,尝试采用不同发酵策略,探讨其浓醪发酵产纤维素乙醇的可行性。在优化培养条件(15%底物浓度,加酶量30 FPU/g干底物,温度37℃,接种量10%)下同步糖化发酵72 h,纤维素乙醇产量为31.2 g/L,转化率为73%,发酵效率0.43 g/(L·h);采用半同步(预酶解24 h)糖化发酵72 h,纤维素乙醇浓度达到33.7 g/L,转化率为79%,发酵效率为0.47 g/(L·h),其中(半)同步糖化发酵中90%以上纤维素已被糖化水解用于发酵;采用分批补料式半同步糖化发酵,补料到基质浓度相当于30%,发酵72 h时纤维素乙醇产量达到51.2 g/L,转化率为62%,发酵效率为0.71 g/(L·h)。在所有浓醪发酵中乙酸不足3 g/L,无糠醛和羟甲基糠醛等发酵抑制物。以上结果表明,常压甘油自催化预处理木质纤维素基质适用于纤维素乙醇发酵;分批补料式半同步糖化发酵策略可用来进行浓醪纤维素乙醇发酵;未来工作中提高基质纯度和强化酶解产糖是浓醪纤维素乙醇达到"三高"指标的关键。     

生物脱硫中氧化亚铁硫杆菌固定化技术的研究

在生物脱硫过程中,以焦碳为填料作为固定化载体,进行了氧化亚硫杆菌的固定化技术研究。在初始pH2、温度为30℃左右、通气量0.5m3/h、喷淋量1.0L/h条件下,挂膜后只需12h,Fe2 氧化率可达95.28%,其Fe2 平均氧化速率是游离细胞时的8倍。氧化亚铁硫杆菌固定化细胞经长期低pH值驯化后,仍能保持对Fe2 具有较高的氧化活性;只需20hFe2 氧化率就达95.05%,Fe2 平均氧化速率达0.38g/(L/h)。     

重组大肠杆菌发酵生产谷胱甘肽的氨基酸添加策略优化

对表达双功能谷胱甘肽合成酶的重组大肠杆菌发酵生产谷胱甘肽(Glutathione,GSH)进行氨基酸添加策略优化,结果表明:基本培养基中未添加氨基酸时GSH产量为0.81 g/L;诱导2 h后添加17 mmol/L半胱氨酸GSH产量为1.16 g/L,比不加氨基酸提高43%;添加17 mmol/L的3种前体氨基酸,GSH产量达到3.86 g/L,比只添加半胱氨酸提高2.33倍;进一步提高3种氨基酸添加量至25 mmol/L,GSH产量可达4.64 g/L,比不添加氨基酸提高4.73倍,总生产强度高达317.8 mg/(L·h),半胱氨酸转化为谷胱甘肽达到0.60 mol/mol;考察氨基酸添加模式发现一次性添加25 mmol/L氨基酸较恒速流加模式生产速率提高了29.8%。后续在50 L罐放大生产GSH,产量为4.31 g/L,总生产强度达到310.1 mg/(L·h),为工业化放大生产GSH奠定了基础。     

用固定化弗劳地柠檬酸杆菌XP05从溶液中回收铂

比较了5种固定弗劳地柠檬酸杆菌XP05菌体的方法,其中明胶海藻酸钠包埋法为固定菌体的最佳方法。扫描电子显微镜观察表明,XP05菌体较均匀地分布于包埋基质中。固定化XP05菌体吸附Pt^4＋受吸附时间、固定化菌体浓度、溶液的pH值和Pt^4＋起始浓度的影响。吸附作用是一个快速的过程;吸附Pt^4＋的最适pH值为1.5;在50～250 mg P^4＋/L范围内,吸附量与Pt^4＋起始浓度成线性关系,吸附过程符合Langmuir和Freundlich吸附等温模型。在Pt^4＋起始浓度250 mg/L、固定化菌体2.0 g/L、pH 1.5和30℃条件下,振荡吸附60 min, 吸附量为35.3 mg/g。0.5 mol/L HCl能使吸附在固定化菌体上的Pt解吸98.7%。从废铂催化剂处理液回收铂的结果表明,在Pt^4＋起始浓度111.8 mg/L、固定化菌体4.0 g/L、pH 1.5和30℃条件下,振荡吸附60 min, 吸附量为20.9 mg/g。在填充床反应器中,在Pt^4＋起始浓度50 mg/L、流速1.2 ml/min、固定化菌体1.86 g的条件下,饱和吸附量达24.7 mg/g; 固定化XP05菌体经4次吸附解吸循环后吸附率仍达78％。     

低成本绿色循环工艺发酵生产丙酸联产维生素B12

对提取维生素B12后的费氏丙酸杆菌废菌体进行水解处理,考察以菌体水解液作为N源用于丙酸发酵的可行性.利用正交设计得到了提取维生素B12后的废菌体水解优化条件.基于此,构建利用植物纤维床反应器固定化生产丙酸联产维生素B12的低成本绿色循环工艺.结果表明:在4.5L的发酵体系中,单批次总糖质量浓度为200 g/L,发酵进行了5批次共1192h,丙酸生成总量为2 328.75 g,单批次丙酸质量浓度103.50 g/L,丙酸生产效率达0.43 g/(L·h),干菌质量浓度达到19.52 g/L.将菌体注入微好氧发酵罐中发酵获得112.8 mg/L维生素B12.     

光径及氮浓度对缺刻缘绿藻生长、油脂和花生四烯酸积累的影响

以缺刻缘绿藻(Parietochloris incisa)为实验材料, 采用BG-11培养基, 分别在2种氮浓度和3种不同光径(LP)的柱状和平板光生物反应器中进行培养, 并探究其生长、油脂和花生四烯酸(AA)的积累规律。结果显示: 在两种光生物反应器中, 光径越小, 越有利于缺刻缘绿藻的生长。其中, 最大生物量均在17.6 mmol/L氮浓度时获得, 分别为5.09 g/L(2.5 cm-柱状)和2.98 g/L(3.0 cm-平板); 而最高油脂和AA绝对含量则均在1.0 mmol/L氮浓度和最大光径处获得, 分别为39.23%、13.21%(6.0 cm-柱状)和40.74%、11.33%(5.0 cm-平板); 另外, 两种光生物反应器中的最大油脂单位体积产率分别可以达到216.39 mg/(L·d)(17.6 mmol/L; 2.5 cm-柱状)和135.93 mg/(L·d)(1.0 mmol/L; 1.5 cm-平板); 而最高的AA单位体积产率均在1.0 mmol/L低氮条件, 最大光径处达到最大, 分别为21.65 mg/(L·d)(6.0 cm-柱状)和19.42 mg/(L·d)(5.0 cm-平板)。因此, 根据实际生产需要, 在1.0 mmol/L低氮条件下, 选择6.0 cm光径的柱状光生物反应器或5.0 cm光径的平板光生物反应器, 培养缺刻缘绿藻生产AA, 能有效降低生产成本。     

Lactobacillus kefiranofaciens流加发酵法生产开菲尔多糖

研究了开菲尔基质乳杆菌(Lactobacillus kefiranofaciens)在不同初始蔗糖浓度下的开菲尔多糖(Kefiran)分批发酵过程.结果表明,分批发酵过程不能实现Kefiran高产量、高底物转化率和高生产强度的相对统一.在此基础上,进一步考察分批补料、恒速流加和指数速率流加等不同培养方式对Kefiran发酵的影响.这几种培养方式都可以实现乳酸菌细胞和Kefiran的高产.综合比较,4g/(L·h)的蔗糖恒速流加为Kefiran生产较适宜的流加方式,细胞干质量浓度为63.6 g/L,Kefiran产量达到4.95 g/L.     

聚乙烯亚胺/戊二醛交联法固定化重组酯酶大肠杆菌细胞

利用聚乙烯亚胺/戊二醛交联法对重组酯酶大肠杆菌E.coli BL21细胞进行固定化研究,并对交联工艺条件进行优化。结果表明:在大肠杆菌细胞质量浓度200 g/L、硅藻土质量浓度2 g/L、聚乙烯亚胺(PEI)体积分数3%、交联时间1.5 h、戊二醛(GA)体积分数0.5%以及交联时间0.5 h时,固定化细胞的酯酶活力最高。固定化细胞的最适反应温度和pH分别为45℃和8.0,且温度稳定性和pH稳定性均高于游离细胞。当底物浓度为300mmol/L时,固定化细胞重复使用15批次后,其相对酶活仍能保留在80%以上。因此,该固定化细胞具有良好的操作稳定性。     

金属螯合载体固定重组腈水解酶

以琼脂粉为基质制备金属螯合载体,并用于固定重组腈水解酶。研究发现:制备金属螯合载体最合适的金属离子为Zn2+。当Zn2+离子浓度0.3 mol/L、给酶量15.6 mg/g、固定化pH 8.0、固定化温度40℃时,制得的固定化酶活性最高。固定化酶最适反应温度为50℃、最适反应pH为7.0。当扁桃腈浓度为10 mmol/L、反应1 h时,固定化酶最大产率为0.041 mmol/(g·h);在反应12 h时,产物e.e.值可达到99%以上。固定化酶重复使用8次以后,酶活力仍保持在45%。     

实验室模拟高负荷SPAC厌氧反应器运行

采用模拟废水, 对新型高负荷螺旋式自循环(Spiral automatic circulation, SPAC)厌氧反应器的运行性能进行了实验室模拟研究。结果表明: 在30oC, 水力停留时间(HRT)为12 h, 进水COD浓度从8000 mg/L升至20 000 mg/L的条件下, 反应器的COD去除率为91.1%~95.7%, 平均去除率为93.6％。在进水浓度为20 000 mg/L, HRT由5.95 h缩短至1.57 h的工况下, COD去除率从96.0%降低至78.7%, 反应器达到最高容积负荷率306 g COD/(L·d), 最大容积COD去除率240 g/(L·d), 最高容积产气率131 L/(L·d)。该反应器对基质浓度的连续提升具有良好的适应能力。进水COD浓度由8000 mg/L提升至20 000 mg/L时, 出水COD浓度一直处在较低水平(平均为852?mg/L), 容积COD去除率和容积产气率分别提高162%和119%。该反应器对HRT的连续缩短也有良好的适应能力。HRT由5.95 h缩短至1.57 h时,反应器容积COD去除率和容积产气率分别升高191%和195%。