酸法破壁条件对法夫酵母虾青素提取效果的影响

为了评价酸法破壁在法夫酵母虾青素提取中的应用价值,从酸的种类、酸的浓度、液料比、破壁温度及时间等方面研究了条件因子对破壁后法夫酵母虾青素提取的影响并对破壁条件进行了优化。试验结果表明：乳酸比盐酸和醋酸更适合用于法夫酵母的破壁处理;酸的浓度、破壁温度等因素对虾青素的提取得率影响较大,而酸处理时间和液料比对虾青素的提取得率影响不大。用正交试验方法得到优化的乳酸破壁法夫酵母的条件为：乳酸浓度6 mol/L、破壁温度30℃、破壁时间5 min、酸加量15 mL/g(干菌体),优化后虾青素的提取得率为1374.7 μg/g(干菌体),总类胡萝卜素的提取得率为1709.9 μg/g(干菌体),提取物中虾青素占总类胡萝卜素80.4%。优化的破壁条件温和,不会引起残留毒性,能获得良好的虾青素提取效果,具有较好的工业应用前景。     

法夫酵母虾青素提取工艺的优化研究

从破壁方法、浸提溶剂及提取条件等方面对法夫酵母虾青素提取工艺进行了优化研究。用单因子试验对破壁方法及浸提溶剂进行选择，结果表明二甲亚砜(DMSO)法是法夫酵母破壁提取虾青素的最佳方法，丙酮是理想的提取溶剂。用析因试验对破壁提取的条件进行了分析研究，结果表明破壁的温度、破壁的时间、浸提溶剂的添加量及浸提温度等都会对法夫酵母破壁提取虾青素产生显著影响，但以破壁的温度及丙酮的添加量影响最大。通过最速上升和中心组合设计试验，优化得到适宜的提取条件为：二甲亚砜加量25 mL/g(以干菌体计，下同)、破壁温度75.6℃、破壁时间20 min、丙酮添加量77.4 mL/g、浸提温度为40℃，优化后提取液中虾青素的浓度为3.145 μg/mL，比未优化时增加了27.02%。     

利用薄层色谱法快速筛选法夫酵母突变株

法夫酵母（Phaffia rhodozyma）是一种极具产业化前景的天然虾青素资源（Johnson,2003）.本实验从溶剂极性、溶剂组成等方面优选法夫酵母类胡萝卜素薄层分析的溶剂,并对薄层色谱在法夫酵母类胡萝卜素突变株筛选中的应用进行了研究.     

木质纤维素乙醇发酵研究中的关键点及解决方案

该文综述了近年来木质纤维素材料发酵生产乙醇的研究进展，提出了在木质纤维素原料发酵生产乙醇过程中的两大关键点，一是减少和消除原料预处理过程中抑制物及其有害影响；二是含木糖、葡萄糖、甘露糖、半乳糖等多种物质的混合物同时作为底物的乙醇发酵。在对已有研究结果比较和分析基础上，提出相应的解决方案。首先要采取综合的预处理过程，达到提高木质纤维素水解率的同时减少发酵抑制物；然后是提高发酵菌种对混合糖底物的利用能力和发酵生成乙醇的能力以及对抑制物的耐受性，以提高木质纤维素发酵生产乙醇的转化率。     

木质纤维素原料厌氧生物降解研究进展

分析了木质纤维素原料生物降解特性的分析,重点从两个方面介绍了利用这种原料进行厌氧生物降解产沼气的研究进展:原料预处理技术,包括物理处理、化学处理、生物处理以及热处理技术;厌氧发酵工艺,包括单相发酵和两相发酵工艺,以及混合原料发酵工艺,并简要探讨了木质纤维素原料厌氧生物降解进一步的研究和发展方向。     

CO2和乙酸钠对雨生红球藻生长及其虾青素积累的影响

雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)是强抗氧化剂虾青素的天然优质来源,碳源是影响雨生红球藻虾青素产量的重要因素之一。为探究CO₂和乙酸钠在雨生红球藻生长和虾青素积累中的作用,本研究通过测定生化指标和荧光定量PCR的方法,比较了这2种碳源对雨生红球藻干重、虾青素含量、生长相关酶及基因转录水平等的影响。结果表明,在绿色营养阶段,高CO₂组培养雨生红球藻干重为对照组的1.81倍(第8天),可溶性蛋白含量和核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)活力升高,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)和苹果酸脱氢酶(MDH)活力及其编码基因转录表达上调;乙酸钠组雨生红球藻干重为对照组的1.56倍(第8天),Rubisco活力及其大亚基转录表达受抑制,PEPC和MDH活力及其转录水平升高。在厚壁孢子阶段,高CO₂组雨生红球藻细胞状态良好,其干重和虾青素产量分别为对照组的1.96和2.40倍(第8天),3个虾青素合成相关酶编码基因的转录水平在第3天高于对照组,Rubisco、PEPC、MDH活力较高;乙酸钠组雨生红球藻干重和虾青素产量分别为对照组的1.54和1.85倍(第8天),高光胁迫1 d后藻细胞部分变红,同时3个虾青素合成相关酶的基因表达量快速升高、Rubisco活力降低,而PEPC和MDH活力升高。综上,补充CO₂或乙酸钠均可显著促进雨生红球藻生长和虾青素积累,而高CO₂浓度培养藻的状态较好,乙酸钠则可促进虾青素的快速积累。本研究结果为今后利用雨生红球藻高效生产虾青素提供了理论参考。     

木质纤维素乙醇发酵研究进展

以木质纤维素为原料生产燃料乙醇,首先要对原料进行预处理得到可发酵糖,在稀酸水解木质纤维素得到的糖液中,除含有葡萄糖、木糖等六碳糖和五碳糖外,根据水解温度、酸浓度和时间的不同,还含有不同浓度的发酵抑制剂。因此,在研究木质纤维素稀酸水解糖液的乙醇发酵中,对代谢木糖成乙醇的菌种的研究、对代谢发酵抑制剂微生物的研究、对稀酸水解糖液的脱毒方法的研究以及对稀酸水解糖液不同发酵方式的乙醇发酵研究等非常重要。本文重点介绍了以上几个方面近几年研究的进展。     

外加电压改善微生物电解池内稻秸同步酶解发酵产氢性能

该文以稻草秸秆等为原料研究了微生物电解池(microbial electrolysis cell,MEC)内外加电压(0、0.4、0.6、0.8、1.0 V)对木质纤维素同步酶解发酵产氢特性的影响,得到MEC利用木质纤维素产氢的最优电压,实现可再生资源综合利用与清洁能源开发的双重目的。试验结果表明,MEC的产氢速率、产氢得率、基质消减量及总能量得率皆呈逐渐增加的趋势,但相对电能消耗的能量得率则呈逐渐下降的趋势。当外加电压为0.4 V时,得到试验条件下最大的相对电能消耗的能量得率(377.59%),当外加电压为1 V时获得最大的氢气产量为44.8 m L和总能量得率2.84%;在发酵产氢过程中,阳极室p H值呈先逐渐下降后略上升的趋势,有机酸分析测试表明,在MEC内的发酵产氢为丁酸发酵型。本研究对探索MEC内木质纤维素原料的同步酶解发酵产氢,提高纤维素基质酶解糖化和发酵产氢效率具有一定的指导意义。     

稻草秸秆纤维素分解菌的分离筛选

本研究基于获得高效木质纤维素分解菌的目的,以刚果红纤维素琼脂和滤纸条培养基为初筛培养基,从分离获得的124株真菌中筛选出透明圈与菌落直径比值较大、滤纸条分解能力较强的11个菌株。经液体发酵,测定其酶活力,复筛得到羧甲基纤维素酶活和滤纸酶活均较高的4个菌株;并进行了不同碳源和不同pH对筛选菌株产酶能力的影响试验,发现不同菌株对不同纤维素物质的分解能力不一样,同一菌株对不同纤维素碳源的利用能力也不相同。     

连续式秸秆发酵饲料制备机的研制与试验

为解决目前秸秆饲料转化技术周期长、占用空间大等问题,基于优先分解部分半纤维素的体外发酵工艺,研制了一种适用于农作物秸秆的连续式秸秆发酵饲料制备机,以实现秸秆发酵饲料的快速高效生产。该文分别以玉米、水稻和小麦3种秸秆为原料、以木质纤维素分解菌复合系MC1为发酵剂,进行了周期为3d的、连续梯度发酵试验,对机器进行性能检测及相应的改进。通过试验发现以玉米秸秆为原料时,机器运行效果最佳。发酵3d后,玉米秸秆变得松散柔软,半纤维素少量分解,纤维素和木质素基本不分解。该机操作简单、使用方便,发酵过程中能耗低,周期短,可实现秸秆发酵饲料的连续批次生产,生产效率高。     

高效木质纤维素分解菌群筛选及其酸碱调节能力研究

为获得能够改良土壤酸碱性的微生物群体, 以混合堆放牛粪、鸡粪的储粪池外围土样为材料, 采用限制培养技术筛选了一组木质纤维素分解菌群, 并对该菌群在不同初始pH下的适应能力和纤维材料的分解能力及其耐盐特性进行了研究。结果表明: 以不同碳源(滤纸、玉米秸秆、稻草秸秆和小麦秸秆)制作不同初始pH(5.0~11.0)的培养基, 接种木质纤维素分解菌群后培养基pH均迅速向中性变化, 第3 d集中至8.0左右, 6 d后稳定至7.8~8.6; 7 d内滤纸、玉米秸秆、稻草秸秆和小麦秸秆失重率分别超过93.15%、50.53%、44.29%和42.60%; 以滤纸为惟一碳源、NaCl浓度2.0%的培养基接种, 7 d滤纸失重率达84.82%。木质纤维素分解菌群具有较强的适应及调节pH能力, 且能够高效分解木质纤维材料, 并具有一定的耐盐特性, 可见该菌群在酸碱土壤酸碱性改良领域具有一定开发潜力。     

CO一步法C. autoethanogenum发酵产乙醇的工艺研究

合成气/CO发酵制备燃料乙醇是一项具有吸引力的新技术,为促进C.autoethanogenum在该技术中的应用,对C.autoethanogenum的乙醇发酵工艺及过程参数进行了研究。结果表明,C.autoethanogenum代谢木糖的产物以乙酸为主,只产生少量乙醇;与无机氮源相比较,C.autoethanogenum在含有机氮源的培养基中生长迅速,菌体浓度高。在3 L发酵罐中进行C.autoethanogenum的批式发酵试验,采用木糖生长-CO发酵两步法,乙醇主要在CO发酵阶段产生,最高乙醇质量浓度为1.71 g/L;发酵罐经改进之后,采用CO一步法发酵,虽然得到的菌体浓度降低了,但是发酵时间延长,最高乙醇质量浓度达到7.36 g/L,而乙酸质量浓度在整个发酵过程中均低于1.1 g/L。此外,研究发现发酵液的pH值和氧化还原电位ORP与乙酸/乙醇产物分布密切相关,尤其是pH值。上述研究结果可为C.autoethanogenum发酵CO生产乙醇的中试放大提供参考。     

生物有机肥对土壤微生物活性的影响

通过两次连续温室玉米盆栽试验,研究了施用具有调节微生物功能的生物有机肥对土壤微生物数量与活性的影响,并利用传统平板计数法与BIOLOGECO方法相结合研究生物有机肥对土壤微生物生态的影响。结果表明,与化肥相比,施用生物有机肥可显著提高土壤微生物中3大菌群的数量;AWCD值及微生物对不同碳底物利用水平的测定结果表明,施用生物有机肥可明显提高土壤微生物对碳源的利用率,尤其土壤中的羧酸、胺类和其他类碳源等。表明生物有机肥的施用能增加土壤微生物利用碳源能力,改善微生物营养条件,使微生物保持较高活性,提高土壤微生物多样性。     

Carotenoid Value Addition of Cereal Products by Monoculture and Mixed‐Culture Fermentation of Phaffia rhodozyma and Sporobolomyces roseus

Carotenoid value addition of corn whole stillage by red yeast fermentation has yielded astaxanthin‐ and β‐carotene‐enriched distillers dried grains with solubles (DDGS) for animal feed. In this study, commonly used animal feeds (rice bran, wheat bran, milo whole stillage, and soybean products) were subjected to carotenoid value addition. Phaffia rhodozyma and Sporobolomyces roseus monoculture and mixed‐culture submerged fermentation of these substrates supplemented with 5% glycerol were analyzed for astaxanthin, β‐carotene, and residual glycerol. Among all the substrates, full‐fat rice bran and full‐fat soy flour resulted in the highest astaxanthin (80 μg/g by P. rhodozyma) and β‐carotene yields (836 μg/g by S. roseus). P. rhodozyma produced the highest astaxanthin yield on each substrate, whereas depending on the substrate, either the mixed culture or S. roseus monoculture produced the highest β‐carotene yield. Soy hull was a poor substrate for carotenoid value addition. Both yeasts used glycerol as a carbon source for carotenoid production. This study shows that substrates influence the carotenoid yield. However, it is impossible to dissect the effect of specific nutrients on carotenoid production in complex biological substrates. Carotenoid value addition of these substrates provides as much as or more than the required daily dosage of carotenoids in animal feed.     

生物质资源能源化与高值利用研究现状及发展前景

生物质是唯一能够直接转化为燃料的可再生能源,其开发利用既可以弥补低碳能源的需求,减少环境污染,也是中国实现"碳中和"目标的重要手段。该研究围绕以秸秆为主的生物质资源制备清洁能源和高值利用的总目标,系统分析生物质资源通过生物或热化学等转化途径制备气、液、固三相清洁能源的综合利用技术和模式,重点论述厌氧消化制备生物燃气、水热催化炼制醇烃燃料、裂解液化与生物油提质和生物质制备固体燃料4项技术发展现状与研究进展。在4项生物质转化技术中,厌氧消化制备生物天然气工业化程度最高,由于其大都基于大型养殖场建立,可有效解决原料收集问题,而且厌氧消化技术与沼气净化技术相对较为成熟,生物天然气可直接作为燃料、电力和热力来源供用户使用;由于生物质制备液体燃料中存在转化过程成本较高、产物分离困难、提质效率低、产品不稳定等问题,很难与当前应用端平稳接轨,因此水热催化炼制醇烃燃料、裂解液化制备生物油技术规模化发展水平较低;对于生物质制备固体燃料,其成型技术较为成熟,配套炉具的研发也有效解决了成型燃料应用端的问题,其规模化应用最大的难点在于原料的收集与存储。文章最后对未来生物天然气、生物质液体燃料与固体成型燃料发展前景进行展望,为实现农村生物质资源高效制备清洁能源及高值利用提供借鉴。     

湿地土壤微生物碳源代谢活性对不同水分条件的动态响应 ——以鄱阳湖为例

为深入了解湿地土壤微生物群落代谢特征对不同水分条件的响应变化,本研究以鄱阳湖湿地表层土壤为研究材料,采用室内控制试验,运用Biolog技术探讨土壤微生物碳源代谢活性在不同水分条件(干燥、湿润、淹水)下连续处理132 d的变化特征。结果表明:湿润组土壤微生物代谢活性最高,其平均光密度值(AWCD)在处理的第72天分别是淹水组和干燥组的1.34倍和3.95倍;同时土壤微生物对不同碳源类型的利用能力也发生了显著的差异性变化,其中干燥组利用的主要碳源为多聚物类和碳水化合物类(占总碳源利用率的39.25%和36.53%),而淹水组对氨基酸类碳源有较高的利用能力(占总碳源利用率的36.33%)。土壤微生物碳源代谢特征在处理的第21天达到稳定状态,而土壤理化性质和土壤微生物群落结构在处理的第72天发生显著变化,同时研究发现淹水条件升高了土壤pH和铵态氮含量,降低了微生物群落多样性。由此可知,水分条件不仅会影响湿地土壤微生物总体碳源代谢活性强度,还会改变对不同碳源的相对利用能力,最终导致土壤环境发生改变。     

Influence of Tea Cultivation on Soil Microbial Biomass and Substrate Utilization Pattern

Abstract

The study was conducted to evaluate the effect of tea cultivation on soil microbial biomass and community structure. Soil pH, extractable aluminum (Al), organic carbon (C_org) and total nitrogen were considerably modified by tea cultivation. Long‐term tea cultivation resulted in the increase of microbial biomass C (C_mic), microbial biomass N (N_mic), and basal respiration. The metabolic quotient declined as the tea cultivation age increased. The adjacent citrus orchard soil showed a higher C_mic/C_org ratio than the tea orchard soils. Microtitration plates with 21 carbon sources and two different pH levels (4.7 and 7.0) were used to determine the substrate utilization pattern of these soils. The average well color development (AWCD) of the carbon sources in the plates did not vary in a consistent manner with the microbial biomass. Multivariate analysis of sole carbon source utilization pattern demonstrated that land‐use history had a significant effect on substrate utilization pattern. The pH 4.7 characterization medium can increase the discrimination of this technique and is more adequate than the conventional neutral medium for the tea orchard soils.     

典型设施菜地中土壤微生物代谢功能多样性

土壤微生物代谢功能多样性是维持土壤生态系统健康的关键。为评价设施蔬菜种植对土壤微生物代谢功能多样性的影响,采用Biolog-Eco微平板法,研究了2个典型设施蔬菜种植市、不同种植年限设施菜地中土壤微生物代谢功能多样性,分析了与碳源利用相关的细菌群落及影响因子。结果表明：两地设施菜地土壤中平均颜色变化率（Average well color development,AWCD）、Shannon指数、Simpson指数和McIntosh指数随着种植年限的增加而降低,但安丘种植14 a和寿光种植10 a菜地土壤不符合此规律。主成分分析发现,两地之间土壤微生物对碳源利用的差异大于不同种植年限之间的差异。相关分析发现,在安丘土壤中,11种碳源（分属糖类、氨基酸类、羧酸类和聚合物类）与不同门细菌显著相关（P<0.05）;Firmicutes是与碳源相关种类最多的细菌,与9种碳源显著相关（P<0.05）。在寿光土壤中,16种碳源（分属糖类、氨基酸类、羧酸类、聚合物类、酚类和胺类）与不同门细菌显著相关（P<0.05）;Latescibacteria是与碳源相关种类最多的细菌,与4种碳源显著相关（P<0.05）。冗余分析发现,Cd是影响安丘土壤微生物碳源利用的最强环境因子,其负作用显著（P<0.01）,有机质（OM）的正作用为显著（P<0.01）。Zn、OM、Cd对寿光土壤微生物碳源利用的负作用显著（P<0.05）,As、pH值的正作用显著（P<0.05）。设施蔬菜长期种植导致土壤微生物代谢功能多样性持续降低,土壤生物质量退化,亟需采取有效耕作措施改善土壤微生态环境,保障设施菜地土壤健康。     

玉米浆发酵产生物丁醇的氨基酸代谢动力学模拟

为了深入挖掘利用丙酮丁醇梭菌产生物丁醇过程中氨基酸代谢的动态过程,探究利用廉价氮源玉米浆中的氨基酸用于丙酮丁醇梭菌产生物丁醇的生产策略,寻找生产丁醇的高效率廉价氮源来降低发酵生产成本。该研究首先利用高通量测序技术对玉米浆中微生物多样性进行分析;同时基于丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicum）生产丙酮-丁醇-乙醇（Acetone-Butanol-Ethanol,ABE）碳代谢动态模型的基础上,构建氨基酸代谢模型,以此模拟15种氨基酸在利用木糖为碳源发酵生产ABE中的氨基酸代谢过程,并对氨基酸的代谢与丙酮丁醇梭菌的生物量以及ABE的合成相关性关系进行冗余分析;通过模型预测实际生产中利用玉米浆发酵时氨基酸的消耗过程。结果表明,梭状芽胞杆菌属（Clostridium）占细菌总数的68.76%,是玉米浆中的优势菌群;最佳参数校正后构建了氨基酸代谢模型,模拟值与试验值有较好拟合度;11种氨基酸（苯丙氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、酪氨酸、甘氨酸、丝氨酸、精氨酸、天冬酰胺）在培养过程中迅速消耗用于细胞生长和溶剂生成,3种氨基酸（脯氨酸、组织胺、天冬氨酸）保持稳定状态,同时发酵过程中谷氨酰胺积累;冗余分析表明其中5种氨基酸对发酵产物及生物量影响具有相关性（P<0.05）,相关性排序从大到小依次为丝氨酸、甘氨酸、亮氨酸、缬氨酸、天冬酰胺;模拟预测玉米浆中缬氨酸、甘氨酸、丝氨酸在发酵过程中基本被消耗,推测其为发酵后期的营养限制性因子。该结论可证实玉米浆可作为丙酮丁醇梭菌发酵丁醇的优势氮源,为丙酮丁醇梭菌的氨基酸代谢调控及下一步利用并优化玉米浆作为氮源生产生物丁醇提供一定的理论参考和数据支撑。     

脱硫废弃物施用对盆栽油葵碱化土壤微生物多样性的影响

在宁夏平罗西大滩前进农场,利用盆栽试验以油葵为指示植物设置了脱硫废弃物5个不同施用量处理改良碱化土壤,采用Biolog Eco-plate技术对土壤微生物群落功能多样性进行了分析.结果表明:脱硫废弃物施用处理都能够降低土壤pH值0.06～0.29个单位;降低土壤全盐含量0.72～1.35 g/kg;脱硫废弃物施用能够明...