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。     

纤维素降解产物对Kluyveromyces marxianus 1727共发酵葡萄糖和木糖的影响

研究纤维素酸水解产生的4种副产物乙酸、甲酸、糠醛、5-羟甲基糠醛及发酵产物乙醇对Kluyveromyces marxianus 1727共发酵葡萄糖和木糖的影响。结果表明:5.0 g/L乙酸和1.0 g/L甲酸对葡萄糖和木糖共发酵具有明显的抑制作用;1.0 g/L糠醛和5-羟甲基糠醛基本不影响K.marxianus 1727发酵葡萄糖,且能够被K.marxianus1727转化为毒性相对较低的物质。由于5-羟甲基糠醛的转化速率慢,对K.marxianus 1727发酵木糖的抑制程度大于糠醛。乙醇对K.marxianus 1727发酵木糖具有抑制作用,当乙醇质量浓度大于20 g/L时,生物量及木糖利用率约是对照的44%和70%。     

木质纤维素酸解副产物对D-乳酸生产菌Sporolactobacillus sp.Y2-8生长及发酵的影响

选择乙酸根、糠醛、5-羟甲基糠醛、苯酚、香草酸和丁香醛等6种典型木质纤维素酸解副产物,考察它们对D-乳酸生产菌Sporolactobacillus sp.Y2-8生长及发酵的影响。实验结果表明:酚类物质抑制作用最强烈,0.25 g/L丁香醛已经完全抑制了菌体的生长和D-乳酸的发酵;苯酚和香草酸在低浓度(≤1.0 g/L)时抑制作用较小,但质量浓度达到3 g/L时对D-乳酸产量的抑制率分别为99%和70%;3 g/L糠醛和5-羟甲基糠醛对产物的抑制率分别为60%与20%,抑制作用小于酚类;乙酸根的影响最小,10 g/L的乙酸钠对菌体的生长和发酵几乎无抑制作用;当抑制物混合时,存在着相互促进作用,抑制作用更强烈。     

糠醛和5-羟甲基糠醛对大肠杆菌产丁二酸的影响

利用可再生生物质特别是木质纤维素水解液来生产平台化合物丁二酸,是目前研究的热点。虽然许多研究者相继报道了木质纤维素水解液对菌株生长和丁二酸生产存在一定抑制作用,但并没有水解液中各种抑制物对菌株影响的相关动力学研究及机理研究。我们选择了两种代表性木质纤维素水解液抑制物,即糠醛和5-羟甲基糠醛,系统研究了它们对大肠杆菌的生长和丁二酸生产的影响。结果表明：糠醛和5-羟甲基糠醛的初始抑制浓度均为0.8 g/L。当糠醛浓度大于6.4 g/L,5-羟甲基糠醛浓度大于12.8 g/L时,菌株生长完全受到抑制。在最高耐受浓度下,糠醛的存在使菌株生物量比对照菌株下降77.8%,丁二酸产量下降36.1%。5-羟甲基糠醛的存在使菌株生物量比对照菌株降低13.6%,丁二酸产量降低18.3%。糠醛和5-羟甲基糠醛具有明显的协同作用。体外酶活测定表明丁二酸生产途径中关键酶磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶、苹果酸脱氢酶、富马酸还原酶均受糠醛和5-羟甲基糠醛抑制。研究结果对丁二酸生产用纤维素水解液的预处理和脱毒工艺开发具有指导作用,有利于实现丁二酸发酵生产的工业化。     

玉米秸秆酸解副产物对重组酿酒酵母6508-127发酵的影响

将木质纤维素类生物质如玉米秸秆等用稀酸水解预处理,在半纤维素水解为单糖的同时,水解液中还会产生一些可能对后续发酵有影响的副产物。本实验分别考查了在玉米秸秆稀酸水解液中检测出的乙酸、甲酸、香草醛、糠醛和羟甲基糠醛对重组木糖发酵菌株S. cerevisiae 6508-127生长和发酵的影响。结果表明,甲酸和乙酸对菌体生长的抑制强于乙醇生成,且甲酸的抑制程度远大于乙酸;2g/L香草醛可使菌体生长延滞期明显延长,而在较低浓度（≤1.2g/L）此现象不明显。糠醛在0.5-1.5g/L范围内对菌体生长有抑制作用,但使乙醇得率提高;羟甲基糠醛在0.2g/L浓度存在就使乙醇得率有明显降低,但使生物量得率提高;研究中还发现,糠醛、羟甲基糠醛和香草醛可被S. cerevisiae 6508-127代谢。     

乙酸、糠醛和5-羟甲基糠醛对产酸克雷伯氏菌发酵生产2,3-丁二醇的影响

为了解产酸克雷伯氏菌对木质纤维素水解液中主要抑制物的耐受和代谢,考察了产酸克雷伯氏菌发酵生产2,3-丁二醇(2,3-butanediol,2,3-BDO)过程中对3种发酵抑制物乙酸、糠醛和5-羟甲基糠醛(5-hydroxymethylfurfural HMF)的耐受以及抑制物浓度的变化,检测了糠醛和HMF的代谢产物.结果表明:产酸克雷伯氏菌对乙酸、糠醛和HMF的耐受浓度分别为30 g/L、4 g/L和5 g/L.并且部分乙酸可作为生产2,3-丁二醇的底物,在0～30 g/L浓度范围内可提高2,3-丁二醇的产量.发酵过程中产酸克雷伯氏菌可将HMF和糠醛全部转化,其中约70％HMF被转化为2,5-呋喃二甲醇,30％HMF和全部糠醛被菌体代谢.研究表明在木质纤维素水解液生产2,3-丁二醇的脱毒过程中可优先考虑脱除糠醛,一定浓度的乙酸可以不用脱除.     

番石榴中结合多酚碱水解与酸水解法提取工艺优化的比较

以红心番石榴果肉的冻干粉末为实验材料,先提取游离多酚,剩下的残渣分别采用酸水解和碱水解法提取结合多酚。两种方法在单因素实验基础上,选择浓度、温度、时间这3个影响因素进行响应面设计。采用Design Expert 8.0.6.1软件进行响应面试验设计及数据分析,结果表明温度对结合多酚的得率影响显著,而且酸水解比碱水解获得的结合多酚多。最终确定为:碱水解最佳提取条件:Na OH浓度为7.24 mol/L,温度98.22℃,时间24.88 h,此条件下结合多酚得率为1.238%;酸水解最佳提取条件:HCl浓度为4.05 mol/L,温度94.87℃,时间29.95 h,此条件下结合多酚得率为2.002%。     

木质纤维素水解液副产物对东方伊萨酵母乙醇发酵的影响

为了客观评判耐高温东方伊萨酵母HN-1利用木质纤维素水解液生产燃料乙醇的潜力,本文采用单因素试验和响应面中心组合试验研究了木质纤维素水解液有毒副产物甲酸钠(1.0-5.0 g/L)、乙酸钠(2.5-8.0 g/L)、糠醛(0.2-2.0 g/L)、5-羟甲基糠醛(0.1-1.0 g/L)和香草醛(0.5-2.0 g/L)对其乙醇发酵的影响。结果表明,木质纤维素水解液有毒副产物对东方伊萨酵母HN-1乙醇发酵的影响较小,除添加2 g/L香草醛或添加1 g/L 5-羟甲基糠醛可使乙醇产量分别降低20.38%和11.2%外,其他抑制物的添加对乙醇的生成未有显著影响。但是,当副产物浓度较高时,可以显著抑制菌体生长,添加1-5 g/L甲酸钠、2.5-8.0 g/L乙酸钠、0.4-2 g/L糠醛或0.5-2 g/L香草醛,发酵36 h时菌体细胞干重分别较对照下降了25.04%-37.02%、28.83%-43.82%、20.06%-37.60%和26.39%-52.64%。中心组合试验结果表明各抑制物交互作用对乙醇的生成影响不显著。该研究表明木质纤维素水解液副产物对东方伊萨酵母HN-1乙醇发酵的影响较小,适合用于纤维乙醇发酵。     

逆境对红酵母发酵生产类胡萝卜素的促进作用

类胡萝卜素广泛存在于细菌、藻类、真菌和植物中,是一类具有重要的生理保健功能的呈黄色、橙红色或红色的多烯类化合物。考察了不同逆境条件,包括低温、低温处理时间、酸处理及高浓度盐处理对促进一株红酵母(Rhodotorulasp.)发酵生产类胡萝卜素的影响,并利用响应面分析方法研究了其交互作用。结果表明,低温,酸处理、高浓度盐的影响以及低温和酸处理、低温和高浓度盐以及低温处理时间和酸处理的交互作用对类胡萝卜素产量的影响均显著,在温度为15℃处理48 h,pH3.5,NaCl浓度为2 mol/L的条件下,类胡萝卜素最高产量达到31.04 mg/L,说明逆境对红酵母发酵生产类胡萝卜素具有促进作用。     

响应面法优化黑曲霉HDF05产β-葡萄糖苷酶过程参数

为获得黑曲霉Aspergillus niger HDF05菌株较高的β-葡萄糖苷酶酶活,对其发酵条件进行了优化。采用Plackett-Burman实验设计考察关键发酵操作参数对产酶的影响。继而采用最陡爬坡路径逼近最大响应区域,并结合中心组合实验和响应面对4个显著性因素进行分析。Plackett-Burman实验结果表明,发酵温度、装液量、麦麸和 (NH4)2SO4浓度对β-葡萄糖苷酶合成影响显著。通过响应面分析得到一元二阶方程,对方程求解得到优化的发酵过程参数：发酵温度为28 ℃,装液量为71.4 mL/250 mL,麸皮浓度为36 g/L,(NH4)2SO4浓度为5.5 g/L。采用该优化的过程参数,菌株的最大产β-葡萄糖苷酶活力可达60.06 U/mL,较优化前提高了23.9％。将黑曲霉HDF05产生的β-葡萄糖苷酶用于酸解玉米芯纤维残渣的酶解实验中,可明显降低纤维二糖的积累,48 h内可使玉米芯纤维素残渣酶解得率达到80.4％。     

响应曲面优化秸秆稀酸水解工艺用于发酵产壳聚糖

为实现利用秸秆水解产生的五碳糖发酵产壳聚糖,以米根霉为研究对象,研究水解温度、水解时间、酸浓度等不同预处理方式获得的半纤维素水解液对米根霉发酵产壳聚糖的影响。结果表明:水解温度、水解时间对水解液中木糖含量以及甲酸、乙酸、糠醛等抑制剂浓度具有显著影响,并进一步影响后续发酵产壳聚糖的生成量。利用响应曲面对稀酸水解预处理条件进行优化,获得最佳工艺条件:H_2SO_413.6 g/L,99.5℃,水解时间1.91 h,在此条件下预测壳聚糖发酵产量为0.79 g/L,实验验证产量为0.82 g/L,占菌体生物量的15%~18%。研究结果为秸秆资源的高效利用及发酵生产壳聚糖提供新思路。     

菊糖芽孢乳杆菌利用麸皮水解液发酵生产D-乳酸

考察菊糖芽孢乳杆菌YBS1-5利用麸皮的水解液发酵生产D-乳酸的性能。首先研究了不同蛋白酶对麸皮中蛋白组分的水解效率,优选酸性蛋白酶并对其进行水解工艺的优化,最终其水解液中的含氮量为4.6 g/L,水解效率为85.8%。对酸性蛋白酶的水解液残渣进行稀酸预处理后,利用纤维素酶对其进行酶解。通过批次补料酶解,水解液中的还原糖质量浓度达141.2 g/L,其中葡萄糖质量浓度为138.1 g/L、木糖质量浓度为1.4 g/L。利用麸皮的蛋白酶水解液和纤维素酶水解液替代葡萄糖和酵母粉发酵制备D-乳酸。在96 h内,D-乳酸产量达99.5 g/L,生产速率达1.04 g/(L·h),转化率89.1%。     

响应面优化转谷氨酰胺酶催化燕麦麸皮球蛋白糖基化接枝条件

以燕麦麸皮球蛋白为主要原料,采用单因素和响应面法优化接枝条件,利用转谷氨酰胺酶(TG)修饰制备具有高接枝度的糖基化燕麦麸皮球蛋白。实验结果表明,当氨基糖与蛋白浓度比为0.94∶1、TG酶添加量57.59 U/g、p H值7.65、时间4 h、温度45℃时,糖基化燕麦麸皮球蛋白的接枝度为45.6774%,与响应面方法预测结果相似。此时蛋白体系中的游离氨基为0.3790 mol/kg,修饰蛋白交联体系较好,适于燕麦麸皮蛋白深加工产品开发应用。     

产糖乳酸菌的筛选、鉴定及其产糖条件的优化

微生物胞外多糖是一类由微生物产生的,有一定加工性能和/或人体健康增益效果的高分子聚合物。为了筛选胞外多糖高产的菌株并提高其多糖产量,以多糖含量为衡量指标,首先通过比较实验筛选目标菌株,然后采用生理生化和分子生物学的方法对该菌株进行菌种鉴定,最后运用单因素分析和响应面实验确定该菌株发酵脱脂乳产糖的最佳条件。结果表明,菌株B6的产糖能力显著高于其他常规乳酸菌,经鉴定为鼠李糖乳杆菌（CGMCC No.13310）。该菌株最优的产糖条件为发酵时间41 h,发酵温度39 ℃,脱脂乳浓度91 mg/mL,接种量5%（体积分数）。在此条件下获得的发酵乳中多糖含量可达354.5 mg/L,比优化前提高35.8%。     

响应面法优化色氨酸合成酶合成2-L-甲基色氨酸

本试验研究了色氨酸合成酶合成2-L-甲基色氨酸,验证色氨酸合成酶基因工程菌活性,用单因素实验及响应面分析法对色氨酸合成酶合成2-L-甲基色氨酸的合成条件进行优化。结果表明,最佳的合成条件:pH=8.06,温度为33.3℃,L-丝氨酸浓度为12.7 g/L,此条件下,手性药物2-L-甲基色氨酸的合成量为10.5 g/L。研究结果可为手性药物2-L-甲基色氨酸工业化生产提供参考价值。     

响应面分析法优化(R)-扁桃酸发酵培养基

采用响应面分析法对Bacillussp.HB20菌株合成(R)-扁桃酸的培养基成分进行优化。首先利用Plackett-Burman试验设计筛选出影响(R)-扁桃酸产率的三个主要因素:麦芽糖、蛋白胨和牛肉膏。在此基础上用最陡爬坡路径逼近最大响应区域,再利用Box-Behnken试验设计及响应面分析法进行回归分析。结果表明,麦芽糖、蛋白胨和牛肉膏浓度与(R)-扁桃酸产率存在显著的相关性,通过求解回归方程得到最佳质量浓度:蛋白胨11.507g/L,牛肉膏6.708g/L,麦芽糖10.907g/L,(R)-扁桃酸产率理论最大值达到66.87%。经模型验证,预测值与验证试验平均值接近,在优化条件下(R)-扁桃酸产率提高了25.87%。     

紫外诱变驯化提高酿酒酵母木糖发酵的抑制物耐受性

利用驯化和紫外处理结合驯化的手段对一株木糖发酵工业菌株的抑制物耐受性进行提升。在反复批次培养过程中不断提高含9种抑制物的混合抑制物浓度,使细胞的生长和发酵逐渐适应高浓度抑制物环境,分离突变菌株并进行评价。紫外处理结合驯化比直接驯化能更有效的提升细胞对高浓度抑制物的耐受能力;通过突变菌株分离和筛选,获得3株抑制物耐受能力高于出发菌株的突变菌株,它们在抑制物浓度100%MI(甲酸1 g/L,乙酸3.5 g/L,乙酰丙酸1.5 g/L,糠醛1.5 g/L,5-羟甲基糠醛1.5g/L,丁香醛0.1 g/L,香草醛0.1 g/L,松柏醛0.025 g/L,肉桂酸0.025 g/L)条件下的木糖消耗率比出发菌株高出11.3%-23.2%。紫外诱变处理结合驯化过程可以有效提高酿酒酵母对混合抑制物的耐受性。     

响应面法优化灵芝菌丝体胞内灵芝酸的提取

利用单因子试验和响应面法优化了影响灵芝菌丝体灵芝酸的提取过程。基于3因素3水平的中心组合设计,得到了描述胞内灵芝酸提取得率与操作参数之间的二次响应面模型。在乙醇浓度为93.6%(v/v)、提取温度79.1℃、提取液固比42.2∶1、提取次数2次、每次提取时间2 h的条件下,最大灵芝酸理论提取得率为28.36 mg胞内灵芝酸每克干菌丝。模型优化条件下的实际灵芝酸提取得率(28.72 mg/g干菌丝)与理论灵芝酸提取得率(28.36 mg/g干菌丝)相符。     

生物质基平台分子5-羟甲基糠醛制备及其高值化转化

5-羟甲基糠醛是重要的生物质平台分子之一,可以由生物质糖类催化脱水重排直接制备,是实现生物质高值化转化的重要媒介。C—O键选择性地重构是5-羟甲基糠醛制备及催化转化过程中的核心科学问题。近年来,以5-羟甲基糠醛为原料制备生物质基燃料及材料单体的研究快速发展,各种新型催化剂和催化体系被不断用于5-羟甲基糠醛的相关转化过程的研究中。对5-羟甲基糠醛的制备及其下游生物质基燃料、材料单体制备的研究进行了概述和展望。     

响应曲面法优化茶黄素发酵工艺研究北大核心CSCD

采用响应面分析法对影响茶黄素合成累积量的过程变量进行了系统筛选和优化。首先通过PlackettBurman方法对相关影响因素的效应进行了评价,并确定酶量、反应温度、体系p H为显著性因素;其次最陡爬坡路径逼近最大累积浓度区域,最后由中心组合实验及响应面分析确定了主要影响因素的最佳催化条件。得到了茶黄素合成的优化工艺条件:温度29.5℃,p H 4.9,加酶量14400 U,在优化反应条件下茶黄素合成浓度可达15.1 mg/m L。