丙酮丁醇梭菌ART18发酵葛渣水解液生产丁醇的研究

为降低传统丙酮丁醇发酵成本,以葛渣为原料进行丙酮丁醇发酵。通过研究葛渣经酸水解后残渣的有无、发酵温度、p H值调节剂的种类和含量以及活性炭的添加量等对发酵的影响,以期提高丁醇的生产强度。试验结果表明,通过对上述试验条件进行优化,丁醇及总溶剂产量均有较大提高,且最优的发酵温度、p H值调节剂含量及活性炭添加量分别为37℃、4. 0 g/L和3%,在最优条件下丁醇、总溶剂产量分别为7. 50、12. 98 g/L。当将上述试验结果在5 L发酵罐进行放大培养时,丁醇产量、丁醇生产强度、总溶剂的生产强度分别达到7. 30、0. 08、0. 13 g/(L·h)。     

纤维床固定化酪丁酸梭菌发酵木薯渣水解液生产丁酸的研究

[目的]研究纤维床固定化酪丁酸梭菌发酵木薯渣水解液生产丁酸的可行性。[方法]以酪丁酸梭菌为生产菌株,初步优化了木薯渣的水解条件,并开展了纤维床固定化生物反应器半连续发酵木薯渣水解液生产丁酸的研究。[结果]加压条件下,稀酸水解木薯渣的总还原糖得率达到0.56 g/g。酪丁酸梭菌能有效利用葡萄糖、木糖进行单糖或混合糖发酵生产丁酸;固定化补料流加发酵有利于提高丁酸的产量和得率,降低副产物乙酸的产量和得率;以木薯渣水解液用于固定化批次发酵生产丁酸时,丁酸的产量和得率均较高,分别为(23.20±1.32)g/L和(0.44±0.01)g/g。[结论]木薯渣水解液对丁酸生产菌的生长和代谢没有明显的抑制作用,发酵各参数指标均能达到利用葡萄糖时的同等水平,可作为未来微生物发酵工业化生产丁酸的廉价原料来源。     

黑曲霉固态发酵甘薯渣条件优化及发酵对甘薯渣营养品质的影响

【目的】研究黑曲霉固态发酵对甘薯渣营养价值的影响,并探讨其最佳发酵工艺参数。【方法】采用单因素试验设计,对黑曲霉3.287固态发酵甘薯渣的发酵参数如接种量、发酵时间、料水比和温度等进行优化,在此基础上,进一步采用正交试验设计,筛选出最佳发酵工艺参数,考察在最佳发酵参数条件下黑曲霉固态发酵对甘薯渣营养品质的影响。【结果】结果表明:1每克发酵原料接种黑曲霉孢子1×106个,发酵时间4d,料水比1∶1.3,发酵温度38℃条件下发酵效果最好。2在黑曲霉优化参数下发酵,以干物质为基础,粗蛋白含量从6.37%提高到9.14%;粗脂肪从2.71%提高到4.75%;发酵后还原糖含量达到从4.42%提高到7.34%,羧甲基纤维素酶活、滤纸酶活、β-葡萄糖苷酶活和淀粉酶活分别为:3.12、2.45、2.13和3.02U。【结论】农副产品甘薯渣经过黑曲霉固态发酵可以有效改善其营养品质。     

固定化载体对白腐菌Pleurotus eryngii-Co007产木质素降解酶的影响

以筛选得到的高产菌株Pleurotus eryngii-Co007为研究对象,考察4种不同吸附型固定化载体对其生长和产酶的影响.采用摇瓶发酵,以未添加载体接种发酵作对照,研究Pleurotus eryngii-Co007的生长代谢情况,测定发酵液中木质素降解酶的含量,并测定了固定化载体培养得到的Pleurotus eryngii-Co007菌丝体再利用产木质素降解酶的含量.结果表明,在发酵培养基中,添加固定化载体体系中的菌丝体生物量较对照组高,其中尼龙布效果最好,是对照组生物量的1.2倍.载体的添加能促进木质素降解酶的合成,在发酵培养基中,以尼龙布为载体所产生的木质素降解酶活性最高,达到190.67 U/mL,是对照组的1.9倍.在缓冲液体系中考察不同载体对菌丝体再利用产木质素降解酶的影响,结果表明,在缓冲液体系中Pleurotus eryngii-Co007产木质素降解酶要优于发酵培养基;除厨用无锈钢丝海绵外,其他吸附型载体的添加均较对照组提高了再利用菌丝体的产酶量并提前了产酶时间;菌丝体二次利用产生的木质素降解酶量远高于三次利用.在添加多孔陶粒载体的固定化体系中,菌丝体二次利用时产生的木质素降解酶活性达到最高,在第7天活性为306.41 U/mL,较对照组提高25％,且高峰期提前2d.表明,吸附型固定化培养利于Pleurotus eryngii-Co007的生长和木质素降解酶的合成.     

大孔树脂吸附-交联法固定脂肪酶

【目的】为基于大孔树脂吸附结合环氧交联剂交联法固定脂肪酶等工业用酶奠定基础。【方法】使用大孔树脂吸附,而后环氧交联剂交联的方法进行脂肪酶的固定化,研究各因素对吸附–交联固定化的影响,并采用响应面法对固定化条件进行优化,制备固定化酶并考察其稳定性。【结果】筛选出大孔树脂HPD750为载体,聚乙二醇二缩水甘油醚为交联剂。最佳固定化条件为:吸附温度45℃,给酶量60 mg·g–1,交联温度30℃,交联时间12.5 h,pH6.36,交联剂体积分数为0.7%。由上述条件制备所得的固定化酶活力为565.31 U·g–1,酶活力回收率为32.16%。与游离酶相比,固定化酶的热稳定性和酸碱稳定性均有明显提升;连续操作10次,固定化酶活力仍保留34.86%,操作稳定性较好;4℃条件下储存30 d,固定化酶活力仍保留64.81%。【结论】大孔树脂HPD750为载体,聚乙二醇二缩水甘油醚为交联剂制备的固定化脂肪酶热稳定性、酸碱稳定性均得到显著提升,且具有良好的操作及储存稳定性。     

复合诱变选育丙酮丁醇梭菌发酵玉米秸秆水解液

[目的]提高丙酮丁醇梭菌CICC8012产丁醇能力。[方法]采用紫外线和甲基磺酸乙酯（EMS）复合诱变选育丙酮丁醇梭菌CICC8012。[结果]紫外辐照120 s,5%EMS处理60 m in条件下,筛选得到1株遗传稳定性良好的高产突变株M-31,其在葡萄糖培养基中总溶剂产量10.39 g/L,丁醇产量6.55 g/L,较出发菌株分别提高了16.48%和20.62%。对M-31玉米秸秆水解液发酵培养基进行优化,得到最优工艺组合：初始水解糖浓度为80 g/L,（NH4）2SO43 g/L,KH2PO40.6 g/L,MgSO4.7H2O 0.4 g/L,FeSO4.7H2O 15 mg/L,并选择亚硫酸盐法对秸秆水解液进行脱毒,丁醇和总溶剂产量分别达到5.19和8.27 g/L,较优化前分别提高了55.39%和55.74%。[结论]得到的高产突变株较出发菌株丁醇产量更高、更适合于生物质发酵。     

玉米秸秆预处理后的酶水解及丁醇发酵

[目的]寻求玉米秸秆预处理后的最佳酶解工艺条件。[方法]采用碱浸泡法和氨水浸泡法对玉米秸秆进行预处理,考察预处理方法以及温度、酶用量、pH值、底物浓度等因素对玉米秸秆酶水解的影响,得出最佳酶解条件,并利用最佳条件下的水解液进行丁醇发酵。[结果]碱法预处理玉米秸秆能有效地提高酶的水解效率。玉米秸秆经过预处理后的最佳酶水解工艺条件为：pH值4．5～5．0,温度50℃,底物浓度3．33％,酶用量950U／g秸秆。利用秸秆水解液进行丁醇发酵后,溶剂（丁醇、丙酮、乙醇）的产率比值为10．O：1．5：1．0,与传统发酵（6：3：1）相比,提高了丁醇所占的比值。[结论]该研究为以木质纤维素为原料进行新能源的开发和利用验提供试验依据。     

添加电子载体耦联原位液液萃取的高效丁醇发酵

[目的]研究添加电子载体耦联原位液液萃取技术构建更高效丁醇发酵系统的可能性。[方法]添加微量的中性红等电子载体,增加发酵过程的还原力、改变发酵代谢流和产物比例;添加电子载体与使用油醇作为原位萃取剂相耦联,进一步提高丁醇萃取发酵的性能。[结果]在使用浓度15%初始玉米醪的条件下,与单纯的萃取发酵相比,高效耦联丁醇萃取发酵的生产强度和油相中的丁醇浓度分别提高了24.5%和40.9%。[结论]中性红可以改变代谢流,促成"高丁醇/低丙酮"丁醇发酵的实现。     

D101树脂固定中性蛋白酶的条件优化及酶学性质研究

【目的】提高中性蛋白酶的固定化效果,对D101树脂固定中性蛋白酶的条件进行优化并对固定化酶的酶学性质进行研究。【方法】以D101树脂吸附法固定中性蛋白酶,分别测定不同温度、时间和加酶量条件下固定化酶的固定化效果,并对固定化中性蛋白酶和游离中性蛋白酶的酶学性质进行比较研究。【结果】D101树脂固定中性蛋白酶的最佳固定条件为:加酶量150 U/g,温度40℃,固定时间120 min,此时固定化酶的酶活回收率最高(70%)。固定化中性蛋白酶和游离中性蛋白酶的最适温度分别为46和40℃,最适pH值分别为7.4和7.2,表观米氏常数Km分别为0.22和0.20 mg/mL,最大酶促反应速度Vmax分别为0.39和0.21 mL/min。【结论】以D101树脂固定中性蛋白酶后,固定化中性蛋白酶的活力、酶活回收率以及热稳定性和pH稳定性显著提高。     

鹿茸胶原多肽复合酶水解工艺研究

【目的】对鹿茸胶原多肽进行复合酶水解,优化水解工艺,并测定水解液分子量分布。【方法】以碱性蛋白酶和胰蛋白酶为供试酶类,选用酶解时间、pH值、酶解温度、加酶量为影响因素,采用响应面试验设计优化单酶水解条件,根据响应面试验所得到的单酶水解的最适条件,确定双酶复合水解方案。通过Sephadex G25测定鹿茸胶原多肽的分子量分布。【结果】碱性蛋白酶最优水解条件为:酶解时间3.6h,pH值10.50,酶解温度55℃,加酶量4%,水解液的水解度为22.03%;胰蛋白酶最优水解条件为:酶解时间3.2h,pH值8.00,酶解温度50℃,加酶量4.4%,水解液的水解度为15.81%。复合酶水解条件:酶解温度为52.5℃,调节pH值为10.50,加入4%的碱性蛋白酶酶解3.6h;调节pH值至8.00,加入4.4%的胰蛋白酶酶解3.2h,所得水解液的水解度可达33.42%。复合酶水解胶原多肽的分子量分布在400~1 400u。【结论】确定了鹿茸胶原多肽碱性蛋白酶和胰蛋白酶复合水解的工艺条件。     

不同菠萝叶渣添加量对赤灵芝发酵基质营养成分及体外抗氧化活性研究

【目的】揭示不同菠萝叶渣添加量对赤灵芝发酵基质营养成分和体外抗氧化活性的影响,为菠萝叶渣的开发利用提供了新的基础数据支撑。【方法】采用全自动氨基酸分析仪、OPLA-DA结合S-plot等仪器和方法分析发酵基质中粗纤维、多糖、总萜、水解氨基酸和游离氨基酸等营养成分,以及赤灵芝发酵基质水提物的羟基自由基清除能力差异、DPPH自由基清除能力和总抗氧化能力等体外抗氧化活性的变化规律进行分析。【结果】菠萝叶渣胁迫下促进赤灵芝发酵基质中粗纤维降解、释放多糖含量;对赖氨酸和甘氨酸代谢路径具有显著的调节作用含量;游离氨基酸中肌氨酸、a-氨基己二酸呈现出增加的趋势,其他氨基酸整体上呈现出下降的趋势。其中天冬氨酸和苏氨酸等8种游离氨基酸含量差异显著,且不同菠萝叶渣添加量下,存在特异性氨基酸成分;菠萝叶渣有助于提高赤灵芝发酵基质水提物的羟基自由基清除能力和总抗氧化能力,降低DPPH自由基清除能力。【结论】不同菠萝叶渣添加量对赤灵芝发酵基质粗纤维、氨基酸组成以及相关代谢路径具有不同的调节作用。     

蝇蛆转化厨余垃圾残渣对Zn污染土壤的修复作用研究

【目的】探讨蝇蛆转化厨余残渣对Zn污染土壤的修复和养分的提升作用,为蝇蛆转化厨余残渣的资源化利用提供参考。【方法】以厨余垃圾养殖蝇蛆后的厨余残渣为实验材料,与不同生物质材料混合发酵形成残渣(REA)、残渣+玉米秸秆(RSA)、残渣+茶叶渣生物炭(RBA)3种处理,分别以1%和2%比例添加到Zn污染土壤中,测定了有效态Zn和土壤养分指标。【结果】3种处理均明显增加了土壤pH值,其中RBA在2%添加浓度下土壤pH提升最大,比对照高0.58。各处理材料均明显降低了土壤有效态锌(DTPA-Zn)含量,且添加量和培养时间对DTPA-Zn含量影响显著(P<0.05)。其中RBA在2%添加浓度下土壤DTPA-Zn含量在培养4周后最低。相关分析表明土壤pH和DTPA-Zn含量呈显著负相关。蝇蛆转化厨余残渣单独施加能明显增加土壤有机质和全氮含量,而与玉米秸秆、茶叶渣生物炭配施后土壤速效养分含量增加明显。【结论】蝇蛆转化厨余垃圾的厨余残渣在与茶叶渣生物炭搭配发酵后施用具有较长和更明显的金属钝化作用,且能更加有效地增加土壤速效养分含量。     

纤维素酶预处理对葛渣异黄酮提取的影响

【目的】对纤维素酶预处理提取葛渣异黄酮的条件进行优化。【方法】在单因素试验基础上,采用响应面分析法研究纤维素酶量、酶解温度、pH值和酶解时间对异黄酮得率的影响,优化提取条件。【结果】建立了纤维素酶量、酶解温度、pH值、酶解时间与异黄酮得率之间的回归模型,得到纤维素酶预处理的最佳条件:纤维素酶用量11mg(以5g葛渣计),酶解温度51℃,pH 5.0,酶解时间2.3h,异黄酮得率可达12.34mg/g,比传统醇提法得率提高57%。【结论】纤维素酶预处理提取葛渣异黄酮效果较好,异黄酮得率较高。     

柠檬酸钠对脱氮假单胞杆菌发酵产维生素B_(12)代谢过程的影响

以脱氮假单胞杆菌为生产菌,研究了柠檬酸钠对其发酵过程中产维生素B_(12)的代谢调控作用。通过摇瓶培养的方式,在基础培养基中添加不同质量浓度的柠檬酸钠,利用分光光度法和HPLC法分别测定了关键酶活和有机酸等含量。结果表明,添加质量浓度为0.3%的柠檬酸钠最有利于维生素B_(12)的发酵,其产量高达45.73μg/mL。在此基础上,结合有机酸和酶学方法,进一步研究发现,外源添加柠檬酸钠能显著降低菌体柠檬酸和琥珀酸的积累,并且加速苹果酸的消耗,降低EMP途径中丙酮酸激酶和磷酸果糖激酶的活力,提高HMP途径中葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的活力,从而避免发酵液pH急剧下降,减少EMP途径的通量,增加HMP途径的通量,为维生素B_(12)的合成提供充足的还原力NADPH,提高维生素B_(12)发酵产量。     

固定化失活酵母去除苹果汁中展青霉素工艺的优化

【目的】优化固定化失活酵母细胞去除苹果汁中展青霉素的工艺条件,以实现苹果汁中展青霉素的有效去除。【方法】以固定化失活酵母为吸附材料,采用单因素试验分析展青霉素初始质量浓度、固定化失活酵母剂量、吸附时间及苹果汁pH值等对展青霉素去除效果的影响,然后采用Box-Behnken试验和响应曲面法,优化苹果汁中展青霉素去除的工艺条件。【结果】各因素对苹果汁中展青霉素去除率的影响由大到小顺序为苹果汁pH值＞吸附时间＞固定化失活酵母剂量＞展青霉素初始质量浓度。通过Box-Behnken试验和响应曲面法优化获得固定化失活酵母去除苹果汁中展青霉素的最佳工艺为：展青霉素初始质量浓度90.52 μg/L,苹果汁pH 4.46,固定化失活酵母剂量15.13 g/L,吸附时间18.16 h。在此条件下,展青霉素的去除率为71.36%。【结论】固定化失活酵母对苹果汁中展青霉素具有明显的吸附去除效果。     

添加香梨残次果汁渣对苜蓿青贮发酵品质的影响

【目的】利用香梨残次果汁渣与调制苜蓿混合青贮,研究青贮发酵品质和营养成分的影响。【方法】新鲜苜蓿草切断后分别添加10%、20%、30%的香梨残次果汁渣,密封厌氧30 d后取样分析。【结果】添加10%、20%的香梨残次果汁渣后,苜蓿混合青贮料的pH值、粗蛋白(CP)含量显著低于对照组(P<0.05)),乳酸含量均显著高于对照组(P<0.05)。【结论】添加香梨残次果汁渣显著改善了青贮饲料的发酵品质。苜蓿青贮饲料中10%~20%香梨残次果汁渣能改善苜蓿青贮的发酵品质。     

脂肪酶的包埋和交联固定化研究

【目的】脂肪酶可以通过高效催化动植物油脂发生转酯反应得到生物柴油,而固定化技术可以极大地提高脂肪酶的使用效率并降低生产成本。【方法】以海藻酸钠为载体,采用海藻酸钠包埋和新型环氧交联剂乙二醇缩水甘油醚交联联合法固定脂肪酶,通过单因素试验和正交试验法共同确定脂肪酶的固定化方案。【结果】最佳固定条件为海藻酸钠浓度2.5%,给酶量400 U/mL海藻酸钠溶液,氯化钙5%,固定20 min,以0.35%的乙二醇缩水甘油醚为交联剂,25℃条件下交联1 h,由此制备得到酶活约为84.90 U/g的固定化酶。【结论】固定化酶的最适反应pH 8.5,比游离酶增大0.5 U,最适反应温度40℃,与游离酶相比保持不变。热稳定性和操作稳定性显著增强。     

响应面法优化产内切葡聚糖酶重组大肠杆菌发酵培养基

【目的】对产内切葡聚糖酶重组大肠杆菌的发酵培养基进行优化。【方法】采用单因素实验和响应面BoxBehnken实验设计相结合,对培养基的碳源及浓度、氮源及浓度和无机盐离子及浓度进行优化。【结果】结果表明,最佳的碳源、氮源和无机盐离子及添加量分别为乳糖0.63%,酵母粉1.06%,氯化镁0.11%,发酵产酶酶活最大值达到191.23 U/m L,比优化前52.43 U/m L提高了3.65倍。【结论】利用响应面法Box-Behnken实验设计对产内切葡聚糖酶的重组大肠杆菌K369R进行培养基发酵条件优化,为内切葡聚糖酶在工业中的大规模生产提供理论依据。     

小麦和玉米秸秆的亚临界水预处理条件优化及其生产燃料乙醇的研究

【目的】优化小麦和玉米秸秆的亚临界水处理条件,并考察最优条件下处理残渣的酶解和发酵特性。【方法】采用亚临界水法分别处理小麦和玉米秸秆,以水可溶部分的总还原糖含量为响应值,通过中心组合设计优化处理温度和时间,并研究最优条件下2种原料处理后的残渣的同步酶解和发酵生产乙醇过程。【结果】小麦和玉米秸秆的最优亚临界水处理条件分别为:194℃,0min和190℃,0min;在此条件下,处理后小麦秸秆中的木质素、纤维素和半纤维素含量分别比处理前减少44.9%,4.9%和74.7%,处理后的玉米秸秆对应的3种成分含量分别比处理前减少34.2%,7.2%和69.5%。小麦秸秆的残渣酶解-发酵率优于玉米秸秆,小麦秸秆处理后残渣的酶解率为35%,约为处理前(6.9%)的5倍;玉米秸秆处理后残渣的酶解率为28.8%,约为处理前(9%)的3倍;小麦和玉米秸秆处理后的残渣在35℃下分别发酵(残渣质量分数为11%),最终获得的乙醇质量浓度分别为12.8和10.4g/L。【结论】亚临界水预处理能有效去除小麦和玉米秸秆中的半纤维素和木质素,保留90%以上的纤维素,提高了酶解-发酵过程的效率。     

纳豆芽孢杆菌 NT-6 酶解猪肉骨粉生产抗菌饲用肽的工艺优化

【目的】为提高抗菌脂肽和活性小肽产量，以猪肉骨粉为主要基质，研究利用纳豆芽孢杆菌（Bacillus natto）NT-6 生产抗菌营养饲用肽，并优化固态发酵和二次酶解工艺条件。【方法】考察固态发酵中肉骨粉与麸皮配比、稻壳添加量、初始基质水分含量和发酵时间对大肠杆菌抑菌率的影响，考察二次酶解中料水比、pH、酶解温度和酶解时间对小肽转化率的影响，通过单因素试验和响应面设计优化固态发酵及二次酶解工艺条件。【结果】最佳发酵工艺为：肉骨粉与麸皮配比 7.96 ∶ 2.04，稻壳添加量 1.58 g，水分含量 59.95%，发酵时间 99.10 h，大肠杆菌抑菌率可达 87.10%；最佳酶解工艺为：料水比 1 ∶ 2.35，pH 8.60，温度 40.48 ℃，酶解时间 2.91 h，小肽转化率可达 21.26%。【结论】优化和明确了 NT-6 发酵酶解肉骨粉生产抗菌饲用肽的最佳工艺参数，为复合型抗菌营养活性饲用肽的商业化应用提供数据。