Evaluation of Fusarium oxysporum as an enzyme factory for the hydrolysis of brewer's spent grain with improved biodegradability for ethanol production

Brewer's spent grain (BG), the most abundant brewing by-product, is used in the present study as a low-cost feedstock for the production of ethanol by the mesophilic fungus Fusarium oxysporum using a consolidated bioconversion process. The production of required cellulolytic and hemicellulolytic enzymes was optimized under solid-state cultivation (SSC) concerning carbon source and initial moisture. The optimal medium contains BG and corn cobs (CC) in a ratio 7:3 while the optimal initial moisture is 66% (w/w). SSC in a laboratory horizontal bioreactor using the optimized medium allowed the large-scale production of a multienzymic system including endoglucanase, cellobiohydrolase, β-d-glucosidase, xylanase, feruloyl esterase, acetyl esterase, β-d-xylosidase and α-l-arabinofuranosidase. Chromogenic (fluorogenic) 4-methylumbelliferyl substrates were used to partially characterize the extracellular proteome of the microbe after the separation by isolectric focusing (IEF) electrophoresis. Alkali pretreatment of brewer's spent grain and different aeration levels were studied for the optimization of the ethanol production by F. oxysporum in a consecutive submerged fermentation. A yield about 65 g ethanol kg⁻¹ of dry BG was obtained with alkali pretreated BG under microaerobic conditions (0.01 vvm) corresponding to 30% of the theoretical yield based on total glucose and xylose composition of BG.     

玫瑰黄链霉菌Men myco 93 63固体发酵培养基的优化

研究玫瑰黄链霉菌Men-myco-93-63固体发酵培养基优化条件。采用单因素试验筛选的适宜得到固体基质为硅藻土,m(硅藻土)∶V(种子液)=2∶1,对菌落形成单位数有影响的因素为葡萄糖、蛋白胨、复合维生素和复合微量元素。在此基础上,通过响应面法对4个因素的组合进行优化,优化后这4个因素的质量分数最佳组合为葡萄糖2.2%、蛋白胨0.7%、复合维生素1.0‰、复合微量元素1×10-5。在此条件下,菌落形成单位数有了很大提高,达到1.7×108cfu/g。     

黑曲霉产木聚糖酶的固态发酵条件优化

[目的]研究培养基组成和培养条件对黑曲霉固态发酵产木聚糖酶的影响。[方法]以木聚糖酶酶活为评价指标,利用单因素试验和L9（34）正交试验考察摇瓶发酵条件下培养基组成、pH值、培养时间、培养温度和接种量对黑曲霉产生木聚糖酶的影响。[结果]最佳培养基组成为：麸皮与玉米芯质量比5∶3,（NH4）2SO4、KH2PO4、CaCl2和MgSO4相对于固体料的质量百分数分别为1.0%、0.2%、0.1%和0.1%）,料液比1∶1.7;最优培养条件为：pH值7.5、培养温度28℃、培养时间60h,其间翻曲2～3次;在此工艺条件下,木聚糖酶的活力可达14698.21IU/g。[结论]该优化条件为木聚糖酶的工业化生产和应用提供了依据。     

嗜麦芽窄食单胞菌固态发酵羽毛的研究

[目的]将微生物处理羽毛废弃物提供依据。[方法]在液态发酵羽毛工艺的基础上进行固态发酵羽毛可行性试验研究,并研究种龄、接种量、转速和发酵时间对发酵的影响。[结果]种龄、接种量、转速和发酵时间分别为12～14h、2ml、130r／min和5d时,发酵产物产量最高。[结论]固态发酵羽毛废弃物是切实可行的。     

柳枝稷与苜蓿的共发酵对厌氧发酵体系产气效率及微生物群落的影响

为了探究远离畜牧区厌氧发酵的原料碳氮营养合理配比问题。以柳枝稷与紫花苜蓿为试验材料,进行两者5种相同含固率、不同配比的批次发酵试验,柳枝稷和苜蓿不同TS配比如下:A组为0∶4;B组为1∶3;C组为1∶1;D组为3∶1;E组为4∶0。通过对产气量、pH、挥发性脂肪酸以及微生物群落变化的分析,探究发酵体系营养平衡及产甲烷特性。结果表明:柳枝稷与苜蓿为原料的5个组产气趋势均为三峰曲线,发酵1 d后出现第一峰,5~8 d出现第二峰,9~12 d出现第三峰,随后下降至很低点;试验中苜蓿含量较多的A、B、C组产气高峰出现的早,在第9 d产气基本结束,随着柳枝稷含量的增加产气峰往后延迟,D组在12 d产气结束,纯柳枝稷的E组在15 d产气结束,这时5个组分别完成总产气量的95.6%、93.3%、93.8%、94.4%、97.2%;累积产气量随柳枝稷含量的增加而增加,5个组甲烷产量分别为291.7、287.7、320.3、357.4和362.2 mL/g VS;随柳枝稷含量的提高,发酵体系pH的下降和挥发性酸的积累明显,纯柳枝稷的发酵体虽然产气多,但发酵体系稳定性下降,其中D组可以明显提高厌氧发酵体系的碳氮营养平衡和缓冲能力,提高发酵体系的稳定性;对5个组的微生物群落进行分析,结果表明:细菌主要的优势菌群为厚壁菌门和拟杆菌门,古菌的优势菌群为甲烷鬃毛菌和甲烷杆菌。综上,柳枝稷与苜蓿按原料含固率3∶1混合进行厌氧发酵,有利于厌氧发酵水解菌群和产甲烷菌群的大量增殖及产甲烷反应。     

微生物发酵法制备大豆小分子肽的工艺条件研究

[目的]探讨制备大豆小分子肽的最佳工艺条件。[方法]以脱脂大豆粉为原料,通过多种微生物菌种固态发酵产蛋白酶水解制备小分子肽,并应用正交试验优化制备条件。[结果]试验得出,微生物发酵法制备大豆小分子肽的最优发酵条件为:料液比1∶1.0 g/ml、0.2%黑曲霉、0.2%米曲霉、1‰酿酒酵母、发酵温度32℃,湿度80%、发酵时间36 h时,蛋白酶活力为466.8 U/g;最优水解条件为:水解温度55℃、水解时间10 h、pH 6.5、料液比为1∶2.5 g/ml时,水解度可达到90.61%。[结论]此工艺方法提高了脱脂大豆粉的食用价值和产品附加值。     

多底物共发酵产酸特性研究

为探讨多种底物共发酵是否有利于定向产酸发酵,以牛粪、水稻秸秆、糖蜜废水为底物,分析了产酸相中不同时期pH、ORP、挥发性脂肪酸及秸秆纤维素含量的变化。结果表明:在反应器初期30d时,产酸菌群活性增长期,大量挥发性脂肪酸的产生使得pH迅速下降。反应后期60d,pH缓慢上升,为6.2~6.5,ORP值为-250~-400mV,满足产酸菌的生长条件。共发酵具有很强的碳源氮源互相补充的能力,有利于发酵的进行。反应120d时,水稻秸秆中纤维素得到有效降解。