海藻酸钙凝胶颗粒固定化抗冻酵母AFY-1的机制分析及条件优化

本文旨在开发抗冻酵母AFY-1的海藻酸钙凝胶固定化技术,探明固定化机制。在不同海藻酸钠浓度、Ca Cl2浓度和固化时间条件下制备固定化酵母,并在一定条件下进行乙醇发酵,分析发酵能力与酵母生长、凝胶颗粒通透性之间的关系,然后通过响应面实验优化固定化条件。实验结果显示,乙醇收率随凝胶颗粒通透性的增加呈线性增加,而酵母生长与固定化条件无关,基本保持不变。当固定化条件为海藻酸钠质量分数1.45%、Ca Cl2质量分数17.45%、固化时间1.09 h时,固定化酵母的乙醇收率可达24.1%,高于游离酵母的20.9%。此外,固定化酵母的生长能力明显强于游离酵母。在固定化酵母的乙醇发酵中,每个三角瓶(250 m L)内的总细胞数从5.0×10~8个增加到大约11.2×10~8个;而在游离酵母的乙醇发酵中,每个三角瓶内的总细胞数从5.0×10~8个仅增加到7.5×10~8个。     

微生物集群效应的固定化酵母生产燃料乙醇

利用改性的纤维介质作为酵母固定化载体,在1 m3发酵罐中,考察温度、初始p H及循环量对固定化酵母发酵的影响。结果显示:在温度34℃、初始p H 4.4和循环量为2.0 m3/h的条件下,淀粉利用率可达86.7%,生产1 t乙醇的粮耗达2.89 t。在最优的工艺条件下,进行了30 t罐模拟放大试验,分析不同淀粉质原料条件下的淀粉转化率和粮耗。结果表明:固定化酵母发酵淀粉转化率和产1 t乙醇粮耗分别为85.8%和2.93 t;在高浓度糖条件下,酒精度可达15.3%(体积分数),实现高浓酒精发酵;利用玉米原料,同样可以达到长期稳定发酵的效果,满足工业原料多元化的生产。从本次实验的小试和中试结果来看,利用基于微生物集群效应的固定化酵母发酵体系具有较强的工业应用价值。     

固定化对酵母细胞发酵产ATP能力的影响

通过试验对酵母菌细胞的固定化方法及固定化酵母细胞在发酵生产ATP方面的应用进行了探讨。综合固定化颗粒的性能指标(粒径、弹性和机械强度)和发酵产ATP的能力,通过正交试验对酵母菌细胞的包埋条件进行了优化,确定了固定化酵母细胞的较优组合为聚乙烯醇3.5%、海藻酸钠2%、CaCl23%及交联时间6h,发酵后ATP含量最高,达到0.716g/L。进一步发酵条件的试验证实,固定化能提高酵母菌细胞对温度适应范围,延长发酵生产周期,从而提高菌体的利用率。     

交联壳聚糖微球固定化β-葡萄糖苷酶工艺研究

目的:以戊二醛交联壳聚糖微球为载体,通过共价连接反应固定化β-葡萄糖苷酶.方法:以固定化酶比活和酶活回收率为目标,采用单因素方法优化固定化工艺、微球制备条件.结果:微球最佳制备条件:2.5%壳聚糖,2%乙酸,7.5%氢氧化钠,氢氧化钠:乙醇(v/v)=1:1.最佳固定化工艺为:0.1g壳聚糖微球在20mL 3%戊二醛溶液中50℃交联2h.加酶量为7 388mU/g干球,25℃吸附24h.固定化酶比活为6 188mU/g干球,酶活回收率为95.4%.结论:交联壳聚糖微球共价连接法可有效固定化β-葡萄糖苷酶.     

树干毕赤酵母和酿酒酵母混合糖发酵产乙醇

以树干毕赤酵母和酿酒酵母为发酵菌株,酸性蒸汽爆破玉米秸秆预水解液和纯糖模拟液为C源,采用固定化酵母细胞的方法,研究了酸爆玉米秸秆预水解液初始pH、N源种类及其浓度、3种发酵模式对树干毕赤酵母戊糖发酵的影响。结果表明:玉米秸秆预水解液适合发酵的初始pH范围为6.0～7.0;1.0 g/L的(NH4)2SO4作为N源,在40 g/L葡萄糖和25 g/L木糖培养基中发酵24 h,糖利用率达到99.47%,乙醇质量浓度为24.72 g/L,优于尿素和蛋白胨作为N源;3种模式的发酵体系中,以游离树干毕赤酵母和固定化酿酒酵母发酵性能最好,糖利用率和乙醇得率分别为99.43%和96.39%。     

发酵抑制物对絮凝酵母戊糖发酵的影响

将絮凝剂加入酵母溶液中,使酵母絮凝成颗粒以此作为固定化酵母进行戊糖发酵。研究了常见发酵抑制物(甲酸、乙酸、糠醛和乳酸等)对絮凝酵母发酵木糖的影响。结果表明:在60.0g/L木糖发酵液中,经过24h发酵,木糖利用率达94.6%,当分别添加抑制物甲酸、乙酸、糠醛、乙醇和乳酸时,聚氧乙烯絮凝酵母分别对其的耐受浓度为0.5、0.5、1.0、30.0和8.0g/L。当抑制物添加量超过各自的耐受浓度后,对絮凝酵母发酵会产生明显的抑制作用。     

固定化耶罗维亚酵母发酵生产γ-癸内酯

目的：在发酵生产γ-癸内酯的过程中,研究固定化耶罗维亚酵母（Yarrowia lipolytica AS2.1405）,降低产物对细胞的毒性,提高γ-癸内酯的产量。方法：利用聚乙烯醇和卡拉胶固定化耶罗维亚酵母,制备出机械强度高、传质效果好的凝胶颗粒发酵生产γ-癸内酯。以小球强度和γ-癸内酯产量为主要指标,确定发酵生产γ-癸内酯的最佳条件。结果：在聚乙烯醇80g/L,卡拉胶5g/L,菌体添加量0.1g/mL,固定化时间24h,γ-癸内酯产量可达482mg/L。结论：酵母经固定化后,γ-癸内酯产量比之前提高了40%。     

热带假丝酵母XYL1在Pichia pastoris中的表达及固定化细胞发酵生产木糖醇

利用克隆获得的具有双重辅酶依赖性的热带假丝酵母xyl1基因,通过表达载体pGAPZB转入巴斯德毕赤酵母X-33,采用海藻酸钙凝胶包埋法固定该重组菌,研究固定化条件下玉米芯水解液的发酵特性,实现对玉米芯等农业废弃物资源的利用。结果表明,转化xyl1基因的巴斯德毕赤酵母X-33的总酶活达到1.64U/mg。固定化细胞的最适发酵条件为pH 6.0、30℃、接种量20%、装液量28%、转速130r/min,木糖醇转化率为37.5%。为生物转化法大规模生产木糖醇以及乙醇提供新的选择途径。     

休哈塔假丝酵母HDYXHT-01利用木糖生产乙醇的发酵工艺优化

采用Plackett-Burman (PB) 方法和中心组合设计 (Ccentral composit design,CCD) 对休哈塔假丝酵母Candida shehataeHDYXHT-01利用木糖发酵生产乙醇的工艺进行优化。PB试验设计与分析结果表明：硫酸铵、磷酸二氢钾、酵母粉和接种量是影响木糖乙醇发酵的4个关键因素,以乙醇产量为响应目标,采用CCD和响应面分析法 (Response surface methodology,RSM),确定了木糖乙醇发酵的最佳工艺为：硫酸铵1.73 g/L、磷酸二氢钾3.56 g/L、酵母粉2.62 g/L和接种量5.66％,其他发酵条件为：木糖80 g/L,MgSO4·7H2O 0.1 g/L,pH 5.0,培养温度30 ℃,装液量100 mL/250 mL,摇床转速140 r/min,发酵时间48 h,在该条件下发酵液中乙醇产量可以达到26.18 g/L,比未优化前提高了1.15倍。     

核糖醇发酵工艺研究

目的:研究球头三型孢菌Trichosporonoides oedocephalis ATCC 16958发酵生产核糖醇的工艺.方法:采用摇瓶发酵优化的方式,探索培养基组份及三羧酸循环抑制剂对该菌生长及发酵生产核糖醇的影响,并在7L发酵罐中对优化的条件进行发酵验证.结果:对于核糖醇生产,葡萄糖和酵母膏分别是最佳的碳源和氮源,当葡萄糖浓度为20%时,核糖醇产量为38.60g/L.以1%酵母膏为氮源时,核糖醇浓度为37.82g/L.发酵24h添加0.2%的柠檬酸,核糖醇产量提高30.35%.采用摇瓶培养的优化条件,在7L发酵罐中发酵120h核糖醇产量为38.66g/L.结论:实验获得的优化条件可进一步用于指导生产.     

休哈塔假丝酵母乙醇发酵性能的研究

木糖的高效发酵是制约纤维素燃料乙醇生产的技术瓶颈之一,高性能发酵菌种的开发是本领域研究的重点。以木糖发酵的典型菌株休哈塔假丝酵母为材料,研究氮源配比、葡萄糖和木糖初始浓度、葡萄糖添加及典型抑制物等因素对其木糖利用和乙醇发酵性能的影响规律。结果表明,硫酸铵更适宜于木糖和葡萄糖发酵产乙醇。在摇瓶振荡发酵条件下,该酵母可发酵164.0 g/L葡萄糖生成61.9 g/L乙醇,糖利用率和乙醇得率分别为99.8%和74.0%;受酵母细胞膜上转运体系的限制,对木糖的最高发酵浓度为120.0 g/L,可生成45.7 g/L乙醇,糖利用率和乙醇得率分别达到94.8%和87.0%。休哈塔假丝酵母发酵木糖的主要产物为乙醇,仅生成微量的木糖醇;添加葡萄糖可促进木糖的利用;休哈塔假丝酵母在葡萄糖发酵时的乙酸和甲酸的耐受浓度分别为8.32和2.55 g/L,木糖发酵时的乙酸和甲酸的耐受浓度分别为6.28和1.15 g/L。     

Logistic模型在不同还原糖初始浓度乙醇发酵中的应用

酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)利用可发酵性糖生成乙醇的过程与效率受多种环境因素的影响。研究乙醇形成的动力学有利于理性认识乙醇形成机理,为放大与优化工艺条件提供理论指导。对Logistic模型方程重新参数化,将酵母生长动力学方程类比乙醇生成动力学,拟合性很好,对不同初始浓度还原糖的乙醇同步糖化发酵过程进行Logistic模型方程模拟,给出了乙醇浓度的显式函数模型,用310g/L玉米粉物料浓度的同步糖化发酵工艺,首次揭示在酿酒酵母工业菌株能够承受的一定的糖化醪还原糖浓度范围内,尽可能提高还原糖浓度至上限,可以缩短发酵周期,提高可发酵性糖转化为乙醇的转化率。这对于优化乙醇工业生产工艺条件、提高生产效率具有较重要的实践指导意义与应用价值。     

自絮凝颗粒酵母乙醇连续发酵耦合酵母回用工艺的研究

模拟现有酒精发酵行业普遍采用的多级发酵罐串联系统,建立了一套由三级串联操作的搅拌式发酵罐和两个沉降罐组成的反应器系统,以脱胚脱皮玉米粉双酶法制备的糖化液为发酵底物,培养基初始还原糖浓度为220g/L,添加(NH4)2HPO41.5g/L和KH2PO42.5g/L,以0.057h-1的恒定稀释速率流加,将自沉降浓缩后的酵母乳先后经活化和不活化两种方式处理并循环至第一级发酵罐,系统在两种操作条件下分别达到了拟稳态。实验结果表明活化处理对改善发酵工艺技术指标方面发挥了显著的作用,发酵终点乙醇浓度达到101g/L,还原糖和残总糖分别在3.2和7.7g/L左右,发酵系统的设备生产强度指标为5.77g/(L.h),与无酵母回用的搅拌式反应器系统中自絮凝颗粒酵母乙醇发酵工艺相比,提高了70%。     

浆水直投式增香酵母冻干菌剂制备工艺的优化

以一株分离自甘肃天水传统酿造浆水中的产香酵母——异常汉逊酵母（Hansenula anomala）Y16为供试菌株,经高密度发酵后,采用Plackets-Burman试验、最陡爬坡实验及响应面法（response surface methodology,RSM）,对其直投式增香酵母冻干菌剂的制备工艺进行优化。结果表明,经高密度增殖培养后,酵母Y16细胞浓度可达9.2×1010 CFU/mL;收集Y16发酵液的最佳离心条件：Y16发酵液经1 600 g离心10 min,离心沉降活细胞率为95.5%;冻干保护剂最佳组合配方：11%脱脂奶粉,9%蔗糖,12%海藻糖,在该条件下,冻干菌剂中酵母存活率为91.54%。经上述工艺制备的增香发酵剂保存3个月仍具有较好的贮藏稳定性。此外,浆水模拟发酵试验的结果表明,浆水风味优良。研究结果为浆水工业化生产提供了良好的增香发酵剂来源。     

应用数学统计法优化副干酪乳杆菌HD1.7固定化细胞制备和产细菌素发酵

摘要：【目的】应用数学统计法对副干酪乳杆菌HD1.7的固定细胞制备和发酵条件进行优化,以提高细菌素产量。【方法】用26?2部分因子分析法筛选对细菌素产量影响显著的因子,发现海藻酸钠浓度、接种量和发酵时间对细菌素的产生影响显著。利用最陡爬坡法逼近最大响应区域。用Box-Behnken设计确定最佳海藻酸钠浓度、接种量和发酵时间,并进行分批重复发酵。【结果】固定化生产细菌素的最佳条件是海藻酸钠浓度2.8%、CaCl2浓度5%、固定化时间4 h、菌体包埋量1/20、发酵时间63 h和固定化细胞的接种量8.2%,在此基础上用固定化细胞进行分批重复发酵,每批细菌素的发酵周期为24 h,产量为游离发酵的70%,比游离细胞发酵周期缩短1/2。【结论】通过对固定化细胞制备和发酵条件的优化,固定化细胞在327 h的分批重复发酵中细菌素的总体产量比游离细胞提高了19%,发酵液中无明显细胞渗漏现象且实现了细胞的重复利用,为细菌素的进一步研究和最终提取奠定了基础。     

应用数学统计法优化副干酪乳杆菌HDl.7固定化细胞制备和产细菌素发酵

[目的]应用数学统计法对副干酪乳杆菌HD1.7的固定细胞制备和发酵条件进行优化,以提高细菌素产量.[方法]用2(6-2)部分因子分析法筛选对细菌素产量影响显著的因子,发现海藻酸钠浓度、接种量和发酵时间对细菌素的产生影响显著.利用最陡爬坡法逼近最大响应区域.用Box-Behnken设计确定最佳海藻酸钠浓度、接种量和发酵时间,并进行分批重复发酵.[结果]固定化生产细菌素的最佳条件是海藻酸钠浓度2.8%、CaC2,浓度5%、固定化时间4 h、菌体包埋量1/20、发酵时间63 h和固定化细胞的接种量8.2%,在此基础上用固定化细胞进行分批重复发酵,每批细菌素的发酵周期为24 h.[结论]通过对固定化细胞制备和发酵条件的优化,固定化细胞在327 h的分批重复发酵中细菌素的总体产量比游离细胞提高了19%,发酵液中无明显细胞渗漏现象且实现了细胞的重复利用,为细菌素的进一步研究和最终提取奠定了基础.     

絮凝法固定粟酒裂殖酵母实现乙醇连续发酵过程的研究

本文利用了粟酒裂殖酵母的絮凝颗粒,依此作为固定化手段,在悬浮床生物反应器中,对淀粉糖化液进行了连续发酵的实验研究。对发酵过程中的酵母絮凝颗粒特性作了初步考察。三个月以上的不间断运转,证明该反应器操作可行可靠,酵母浓度可达40-60g(干重)／L,设备的生产强度可达20—24g(乙醇)／L．H,超过一般用载体包埋法固定化酵母的指标。悬浮床反应器由空气为驱动力,由此而供人的有限量氧提高了酵母的发酵活性和对乙醇的耐受性,可使乙醇的比生成速率提高6—8％。本文还根据连续发酵所获得实验数据分别整理出了该发酵体系的动力学方程式,它们是 对通空气情况, V=1.02S-18.2+S(1--112P) 对完全厌氧情况：V=0·943 -24.9+S-S(1-108—P)     

“一锅双酶”法制备L-天冬氨酸的工艺条件优化

L-天冬氨酸作为一种大宗氨基酸产品,在医药、食品和化工等方面有着广泛的用途。笔者所在实验室成员前期已经构建1株含有顺丁烯二酸异构酶与L-天冬氨酸氨基裂解酶、且可直接将顺丁烯二酸铵转化成L-天冬氨酸铵的工程菌,对其培养基、发酵条件以及制备条件进行优化。得到的优化发酵培养基:蛋白胨20 g/L,酵母浸粉5g/L,Na Cl 1.45 g/L,富马酸10 g/L,NH4NO38 g/L,乳糖6 g/L,氨水调节pH至7.5。最佳发酵培养条件:发酵罐的转速150 r/min,通气量1.5 L/min,最佳的接种量0.5%(体积分数)。通过发酵罐对优化后的培养基进行扩大培养,得出1 L发酵液可以转化1 kg顺丁烯二酸铵,优化后相同培养体积的菌体转化的底物量提高了1倍。为实现"一锅双酶"法制备L-天冬氨酸工艺的规模放大奠定了基础。     

酿酒酵母和克鲁维酵母发酵菊芋生产燃料乙醇

为获得菌株发酵菊芋生产燃料乙醇的最佳方案,首先选取实验室保存的重组菌株R32对其产酶条件进行优化,其最高产菊粉酶活性为298.8 U· mL-1,此时的最佳培养基配方为:YPG培养基为酵母粉1％ (w/v),蛋白胨2％ (w/v),甘油0.5％ (v/v);YPM培养基为酵母粉1％ (w/v),蛋白胨2％ (w/v),甲醇1％(v/v);培养基pH为自然初始pH.然后选取酿酒酵母S.c和克鲁维酵母Klu,比较是否在添加重组菌株R32粗酶液条件下,两株酵母菌分别进行单独发酵和混合发酵时的产乙醇能力,以获得最佳的发酵组合.结果表明,酿酒酵母S.c和克鲁维酵母Klu在未添加重组菌株R32粗酶液时,混合一步发酵获得的乙醇含量较高,发酵84 h时乙醇含量为11.37％.添加重组菌株R32粗酶液进行两步发酵时,2株酵母菌混合发酵72 h时,乙醇含量为11.43％.2种发酵组合的最高乙醇含量以及各个发酵参数基本相同,虽然一步法发酵时间延长,但节省成本,操作简单,更适宜工业生产应用.最后对其进行正交试验优化,培养条件为菊粉浓度225 g· L-1,脲素浓度40 g·L-1,接种量15％,pH为5时,酿酒酵母菌S.c和克鲁维酵母Klu混合一步发酵法的最高乙醇体积比达11.82％.     

木糖发酵生产乙醇的研究

选育出一株优良的木糖发酵菌株树干毕赤酵母菌7124,并利用纯木糖优化了木糖发酵条件,利用海藻酸钠固定化树干毕赤酵母菌增殖细胞,不仅能较好满足限氧发酵条件,而且能耐较高糖浓度,使乙醇发酵浓度提高到20g/L。利用半纤维素水解液进行了乙醇发酵的初步研究,基本达到了纯木糖发酵的效果。