二氧化碳生物转化制甲烷技术研究进展

二氧化碳减量化与转化是当前业界关注及着手解决的重要问题,将二氧化碳作为资源转化为甲烷,有利于环境与社会的可持续发展。本文在分析二氧化碳转化为甲烷技术的基础上,重点介绍了国内外二氧化碳生物转化的研究与进展;总结了二氧化碳生物转化途径及其影响因素,分析了氢营养型、甲基营养型生物转化甲烷机理和生物转化能量来源;探讨了不同产甲烷菌微生物电合成产甲烷和氢气研究进展,总结了微生物电合成法、光合作用法和厌氧消化法等二氧化碳生物转化技术在反应器设计、电极材料选择、工艺条件优化及试验结果评估等方面取得的进展及存在的问题。重点就微生物电合成法的未来研究提出了增强微生物活性、提升氢气利用率、加快高效电极开发、提高能量效率、加强工业废气试验研究和强化光能转化等研究重点和发展方向,同时加强计算机模拟等交叉学科协同创新是促进二氧化碳生物转化技术进步的新方向。     

基于宏微观结合的甾体微生物羟化反应中菌体形态的表征

为考察生长调节剂对甾体微生物转化过程中菌体生长状况的影响,利用沉降密度宏观定量表征菌体的形态和扫描电镜微观观测菌体形态相结合的方法,描述了生长过程中菌体形态的变化。结果表明:与未加调节剂的空白体系对照,加调节剂体系菌体在各个生长时期均呈现出较小的沉降密度。通过SEM图像可以明显看出加调节剂体系菌体表面光滑,长势丰满、挺拔,生长状况优良。两种方法均表明调节剂的加入明显促进了菌体的生长。     

包埋法固定微生物细胞技术的新进展

自六十年代固定化酶技术问世以来,固定化细胞技术随之迅速发展。到了七十年代,作为酶源的微生物菌体本身的固定化又引起人们极大兴趣,其研究和应用已涉及食品、化工、医药、环境保护等领域。目前,工业化生产上采用的固定化方法主要有两大类:吸附法和包埋法。微生物菌体的固定化一般采用包埋法。其优点是:(1)微生物菌体包埋在聚合物中不易漏出;(2)操作条件温和、对外界环境的缓冲作用大;(3)可防止微生物菌体的机械损伤,易于再生,产物分离提取容易。 载体的性能影响固定化细胞的机械强度、细胞活性、工作稳定性,因此,载体的选择及其制备方法一直     

超临界二氧化碳提取种子油

过去,生产植物脂肪和油一般是先挤压种子油,然后用有机溶剂提取。最近,人们开始用超临界二氧化碳代替乙烷提取种子油。有人认为:在室温下用二氧化碳提取种子油会使油饼中蛋白质的变性程度比用热的有机溶剂时低。然而,这对于从油籽饼中回收可溶性蛋白分离物是有利的。但是,后面不能再用热处理方法消除抗营养因素。     

含油污泥微生物处理技术研究

针对胜利油田现河采油厂和滨南采油厂联合站罐底污泥的含油污泥进行了微生物处理技术研究工作。主要是利用微生物分离含油污泥的油、泥和降解污泥中的污染物的性能,达到油泥分离和污染物降解的目的。经过了微生物的分离、筛选和诱导培养,选育到了合适的菌株,利用该菌株对含油污泥经厌氧处理后再进行好氧脱油实验,对污泥中脱出原油进行回收。结果表明：所选菌株可以使含油23000mg/kg的含油污泥在4h内脱油到。10100mg/kg,脱油率达到53．4％;微生物降解实验中,随着时间的延长,油去除率越高,降解效果越明显,当处理时间为60d处理后的污泥达到排放标准。     

过滤型生物反应器

利用全纤维或陶瓷滤器进行分离代谢产物和培养微生物菌体的过滤型生物反应器研制成功。西泽等把全纤维用于菌体分离,并可反复生产乙醇。经过反复使用10次后菌体浓度达到36g/l,可反复使用25次,生产乙醇约100g/l。另据报道,长栋等采用外膜式陶瓷多孔质管和插入培养槽内的分离型反应器,松本等制作的陶瓷双重管生物反应器,分别在维持高浓度状态下生产乙醇。     

微生物转化连翘苷制备连翘脂素的研究

本文旨在开发一种微生物转化工艺,将连翘苷转化为活性更高的连翘脂素.结果从土壤中分离筛选到一株桔青霉(Penicillium citrinum)LB菌株,转化连翘苷为连翘脂素的专一性较高.经培养基主要组成和转化条件优化,得出较佳的产酶培养组成为:蔗糖7 g/L,(NH4)2 SO45 g/L,NaCl 5 g/L,KH2 PO45 g/L,MgSO41 g/L,MnSO40.5 g/L,pH 6.0.LB菌株经产酶培养后,过滤收集菌体悬浮于2倍发酵液体积的磷酸盐缓冲液中,加入2 g/L的底物连翘苷,于30℃、200 r/min转化20 h,连翘脂素的转化得率可达94.1%.利用微生物将连翘苷转化为连翘脂素,具有方法简单、转化得率高、产物容易纯化和副产物少等优点,有潜在的工业化应用价值.     

获取有机物厌氧降解产甲烷过程中关键功能类群——互营细菌培养物

互营代谢是微生物之间的重要种间互作关系之一,参与互营代谢的微生物广泛存在于土壤、淡水和海水沉积物、厌氧消化反应器、动物肠道和极端环境中(如地下油藏),在有机物厌氧降解转化为二氧化碳和甲烷的过程中发挥着关键性的作用。研究互营细菌的物质代谢和能量传递的分子机制,对认识缺氧环境中的元素生物地球化学循环具有重要意义,也为解决全球能源危机、缓解气候变暖提供理论指导。但是,互营细菌生长缓慢、对氧气敏感,其分离培养的难度大。本文主要回顾了互营细菌的分离策略及其生理生化特征,展望了互营细菌分离培养的发展趋势,并指出以高通量筛选与定向分离相结合的方法,获得具有特定生理生态学功能的互营细菌,是互营微生物资源和分类学研究的发展方向。     

三菱油化学公司开发了充分利用菌体代谢能力而抑制其增殖的新方法

日本三菱油化学公司开发了只抑制菌体的增殖反应充分利用微生物代谢能力的新的微生物变换法。这种技术所完成的微生物变换反应,是将存在辅酶等的多酶反应在不受原料制约的条件下,在工业化水平上,以酶反应的高产率简便地进行的过程。它和过去的静止菌体法不同。因为后者只到酶合成,把微生物当作装酶的口袋;又和用物理方法抑制增殖体自身的固定化增殖微生物法也不同。该公司将此法命名为活细胞反应(Living Cell Reaction,LCR)。详情将在4月初召开的日本农艺化学会上发表(并请参阅本刊1988年     

聚合物驱后油藏内源微生物驱油研究与试验

我国大多数陆上主力油田已进入"双高"(高含水、高采出程度)开采阶段。为进一步提高聚合物驱后油藏的石油采收率,本研究发现了一种促进油藏内源微生物生长代谢的高效激活剂,且该激活剂已通过室内产气和物理模拟驱油实验及岩心电镜观察和454(Pyrosequencing)焦磷酸测序方法的评价。结果表明激活剂在高压容器中静置培养60 d后产气增压达到2 MPa,用量0.35 PV,浓度为1.8%(W/W)的激活剂溶液在聚合物驱后的天然岩心上石油采收率可再提高3%,并在电镜观察到岩心内部激活的内源微生物菌体及其代谢产物。现场于2011年12月在萨南南二区东块的1注4采井组开展了试验,监测到4口有效生产井的甲烷和二氧化碳气体δ13C(PDB)含量产生明显变化,与萨南南二区东块对照试验区产油量增幅35.9%,含水稳定在94%,在3年半期间阶段累计增油5 957 t,为同类油藏进一步提高石油采收率提供了一条有效途径。     

恶臭假单胞菌NA-1菌体培养转化和静息细胞转化联合工艺生产6-羟基烟酸研究

现有微生物羟基化烟酸采用的是静息细胞转化工艺。但研究揭示,恶臭假单胞菌NA-1(Pseudomonas putidaNA-1)在培养过程中不降解发酵液中由诱导剂烟酸转化形成的6-羟基烟酸,这是由于烟酸的存在抑制了羟基烟酸降解酶的作用,而不是因为细胞停止生长不利用羟基烟酸的缘故。因而尝试利用菌体诱导培养过程进行烟酸转化生产,建立了一种新的生产工艺,即菌体培养转化和静息细胞转化联合工艺。该工艺在恶臭假单胞菌NA-1培养过程中持续补充烟酸以维持1%(W/V)浓度,使烟酸被生长细胞转化为羟基化烟酸并在发酵液中线性积累,而不被进一步降解;培养转化结束后,发酵液中的静息细胞依然拥有很高的羟基化酶活力,能够再次用于转化反应。该联合转化工艺与传统的静息细胞转化工艺相比,不仅节约了诱导剂烟酸,而且6-羟基烟酸的产量提高了65%。     

两相体系中菌体转化法制备2-苯乙醇的研究

目的:利用酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae CICIMY008 6)菌体在油酸-水两 相体系中转化L-苯丙氨酸生成2-苯乙醇,以期解除产物抑制的同时降低萃取相油酸对转化的 不利影响,提高2-苯乙醇产量.方法:对2-苯乙醇的生成与菌体生长的关系进行考察,以确 定菌体转化法的可行性;通过单因素试验和正交设计试验获得转化培养基最佳配方;对菌体 转化条件进行优化.结果:向装液量为25mL/250mL转化培养基中加入0.6g 酵母湿菌体,30℃ 、100r/min条件下转化,9h加入等体积油酸,催化27h,产物浓度达4.55g/L.结 论:2-苯乙醇的制备可以使用菌体转化法,该法可在一定程度上克服两相转化体系中油酸的毒性影响.     

一株转化大豆苷元为S-雌马酚菌株的筛选和鉴定

【目的】筛选一株可转化大豆苷元为S-雌马酚的微生物菌株,并对该菌株进行鉴定。【方法】在厌氧条件下采用抗生素抑制非目标菌生长并结合稀释涂平板法进行菌株分离,分离可转化大豆苷元生成S-雌马酚的肠道细菌,并对产物进行结构鉴定。之后通过16S rDNA序列分析,构建该菌系统进化树,结合菌体形态及菌落特征,确立该菌系统发育学地位。【结果】从大鼠肠道内筛选分离到一株可以将大豆苷元转化为S-雌马酚的革兰氏阴性兼性厌氧菌株LH-52(JN861767),16S rDNA序列测序结果 BLAST比对表明该菌株与奇异变形杆菌(Proteus mirabilis)相似度达到了99%,结合形态特征和生理生化实验结果鉴定该菌为奇异变形杆菌。根据HPLC保留时间、质谱、核磁共振等波谱数据分析确定产物为S-雌马酚。【结论】菌株P.mirabilis LH-52为首次筛选到的可转化大豆苷元为S-雌马酚的兼性厌氧菌,相对于文献报道的严格厌氧菌更适合于工业化生产。     

科技信息

CO2既是温室气体之一，又是巨大的可再生资源。微生物固定（或利用）CO2有巨大潜力。CO2作为一种资源为微生物有效利用起着重要作用。据统计，全世界仅化石燃料一项就产生CO2 57亿t／a，其中自养微生物在固定CO2的同时，可以将其转化为菌体细胞所需及许多代谢产物如有机酸、多糖、甲烷、维生素、氨基酸等等；同样某些异养微生物也可利用CO2作为基物（碳源）生产所需要产物，蛋白质是其中之一，     

以乙酸为碳源生长菌体的两阶段培养生产L-半胱氨酸合成酶

假单胞菌F12能够将DL-2-氨基-△~2-噻唑啉4-羧酸(DL-2-amino-△~2-thiazoline-4-carboxylic acid,DL-ATC)转化为L-半胱氨酸。将该微生物转化过程分为以乙酸和氨为碳源和氮源的菌体生长阶段和利用DL-ATC诱导L-半胱氨酸合成酶产生阶段。考察了乙酸对菌体生长的影响以及菌体比生长速率对L-半胱氨酸合成酶诱导的影响。结果表明,当乙酸浓度大于4 g/L时对菌体生长有显著抑制作用,乙酸的存在对L-半胱氨酸合成酶的诱导有抑制作用,菌体比生长速率较高时更有利于酶系的产生。在5 L罐中进行的两阶段培养,最高体积酶活达到283 U/mL,比优化前提高了150%,比分批培养提高了130%。     

超低渗油藏微生物吞吐技术的矿场试验

【目的】通过对渭北低渗油藏内源微生物的研究,考察分离纯化的内源解烃菌产生表面活性剂和降解原油的能力、岩心驱替增油效率,同时验证其在超低渗油田单井吞吐矿场实验的应用效果,探讨微生物采油技术在超低渗油田提高采收率的工艺和可行性。【方法】采集超低渗油藏的油水样,应用油平板进行产表面活性剂解烃菌的分离,通过生理生化特性和16S r RNA基因序列分析对菌株进行种属鉴定,评价其油藏环境适应性,利用内源-外源功能微生物复配体系进行原油降解,在填砂管和岩心物模上进行驱油实验,将优化好的微生物复配体系应用于现场实施单井吞吐工艺的实验。【结果】从渭北某区块超低渗油藏的原油样品中分离得到一株铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa),命名为WB-001。该菌株可使发酵液的表面张力降至29.04 m N/m,使渭北原油蜡质含量降至8.48%。填砂管实验表明WB-001与外源枯草芽胞杆菌OPUS-HOB-001(Bacillus subtilis)复配后,驱油效率较单纯水驱提高了9.72%;岩心驱替实验较水驱提高12.54%。微生物单井吞吐措施后,平均日产油由措施前的0.42 t增加到0.89 t,累计增油44.47 t;原油降粘率为11.70%,降凝率为9.41%,采出水表面张力降低幅度为18.93%。【结论】通过详细的室内评估和成功的矿场实验,证明微生物采油技术在超低渗油藏有一定的应用可行性,并为后续规模化应用提供了理论基础和物质基础,为超低渗油田的高效精细开发探索一条新的途径。     

高渗提高凝结芽孢杆菌P4-102B菌株的电击转化效率

【目的】凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)是一种非常有工业应用前景的微生物,但遗传转化的困难是限制对其进行代谢工程改造的关键因素。本研究主要考察生长培养基、电击缓冲液、复苏培养基中添加高渗剂如山梨醇、甘露醇等对凝结芽孢杆菌转化效率稳定性的影响,并对凝结芽孢杆菌电击转化条件进行优化。【方法】用穿梭质粒p NW33N电转化凝结芽孢杆菌P4-102B,系统地考察高渗条件下细胞生长阶段、感受态菌体浓度、电击缓冲液组分和复苏培养基组成等因素对转化效率的影响。【结果】同一电场压力下高渗体系转化效率较低渗体系明显提高且稳定性较好,菌体在含有0.5 mol/L山梨醇的LB培养基中生长到OD600为0.8时收集,用SMG[0.5 mol/L山梨醇,0.5 mol/L甘露醇,10%(质量体积比)甘油]电击缓冲液洗涤菌体4次制备感受态,在固定电场强度14 k V/cm、脉冲时间5 ms、1 mm规格的电转杯进行电击转化,电转化后立即加入含有0.5 mol/L山梨醇和0.38 mol/L甘露醇的LB复苏培养基培养,能够获得最佳的转化效率2.7×102 CFU/μg DNA。【结论】使用高渗电击转化法能够提高电击转化的稳定性和重复性,并且可以获得较高的转化效率。     

微生物法脱除煤炭中黄铁矿硫

用微生物法脱除四川松藻煤矿煤样中黄铁矿硫的初步试验已经完成。氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)在煤炭脱硫过程中起着重要作用。根据pH值、接种量、煤浆浓度、摇床转速、营养成分以及培养对间对微生物煤炭脱硫的影响,确定了微生物煤炭脱硫的最佳条件。氧化亚铁硫杆菌在8天时间内,可脱除70％左右的黄铁矿硫,使煤的总含硫量从2．4 5％降到1,12％,低于国家规定标准(燃煤含硫量1.50％以下)。另外,还对提高微生物煤炭脱硫的一些措施及脱硫的机理进行了研究,发现在黄铁矿上适应后的菌体比非适应菌体的脱硫能力强;吸附在黄铁矿上的菌体比游离菌体的活性高;微生物直接氧化机理在脱硫过程中起着主要作用;同时还探讨了细菌处理后的煤样中还残留一部分不能被进一步作用的黄铁矿的原因。     

梭形芽孢杆菌(Bacillus fusiforms)N141发酵产河豚毒素的研究

对分离筛选得到的产河豚毒素(TTX)的梭形芽孢杆菌(Bacillus fusiforms )N141菌株,在10 L发酵罐中进行发酵产TTX的试验.发酵产物经提取和精制后,用高效薄层色谱、小鼠生物试验,以及河豚毒素单抗ELISA检测试剂盒,检测出发酵液中含有TTX.研究了菌体生长、pH、溶氧、以及产物TTX的变化规律.结果表明TTX是在菌体生长进入稳定期后才产生的,说明TTX是微生物产生的次级代谢产物.10 L罐发酵产TTX的工艺技术,在500 L发酵罐进行了验证,重现性良好.这为微生物源河豚毒素的发酵中试提供了科学依据.     

酵母菌发酵中菌体浓度的估算

在微生物发酵过程中菌体浓度是众多调节控制工艺参数(如pH,溶解氧浓度,温度,搅拌功耗,通气流量,排气中氧浓度,排气中二氧化碳浓度,氧化还原电位,培养基浓度和配比等)中甚为重要的一个。由于发酵液成分复杂,有的还含有非细胞性固体使得测定菌体浓度一直难以解决。本文依据质量衡算和化学热力学原理,提出菌体生长动力学表达式用于估算菌体浓度。实验测定值和估算值之间能较好地吻合。