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多种通气策略下的高浓度乙醇生产

中国生物工程杂志 2013年第6期33卷 86-92页

作者：孜力汗刘晨光王娜袁文杰白凤武大连理工大学生命科学与技术学院大连116023

氧气在环境胁迫强的高浓度乙醇发酵中具有重要作用。考察了自絮凝酿酒酵母在多种通气策略下的乙醇发酵及絮凝状况。使用氧化还原电位(ORP)检测发酵液中氧浓度并划分了厌氧、微氧和好氧状态。厌氧条件下的终点乙醇浓度最低(119±1.5 g/L)... 详细信息

氧气在环境胁迫强的高浓度乙醇发酵中具有重要作用。考察了自絮凝酿酒酵母在多种通气策略下的乙醇发酵及絮凝状况。使用氧化还原电位(ORP)检测发酵液中氧浓度并划分了厌氧、微氧和好氧状态。厌氧条件下的终点乙醇浓度最低(119±1.5 g/L);微氧条件下使用ORP精密控制氧气供给取得较高的乙醇浓度(131±1.8和125±1.7 g/L);在通气量0.2 vvm的好氧条件下,生物量、甘油量和乙醇损失皆最大,与最优收率相比较乙醇收率降低了12.2%。高通气量增强了细胞的絮凝能力,增大了絮凝体粒径。绘制雷达图进行综合评价,恒定通气0.05 vvm的过程在乙醇生产和絮凝各方面表现均突出。

关键词：通气策略高浓度乙醇发酵自絮凝细胞氧化还原电位

关键基因过表达提高酿酒酵母抑制剂耐受性及乙醇发酵性能

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应用与环境生物学报 2018年第3期24卷 541-546页

作者：张克俞张明明赵心清白凤武上海交通大学生命科学技术学院

木质纤维素预处理过程中会产生多种抑制物,抑制酿酒酵母细胞生长及乙醇发酵性能,为挖掘耐性基因、构建新的菌株,进一步提高酿酒酵母对这些抑制物的胁迫耐受性,研究在硫酸锌添加条件下转录组学分析过程中筛选到的可能关键基因ADE17、SSZ1... 详细信息

木质纤维素预处理过程中会产生多种抑制物,抑制酿酒酵母细胞生长及乙醇发酵性能,为挖掘耐性基因、构建新的菌株,进一步提高酿酒酵母对这些抑制物的胁迫耐受性,研究在硫酸锌添加条件下转录组学分析过程中筛选到的可能关键基因ADE17、SSZ1、SET5、PPR1、OGG1和YKL222C过表达对酿酒酵母环境胁迫耐受性的影响.结果显示,不同基因过表达对酿酒酵母在多种抑制物胁迫条件下生长性能的影响不同,其中ADE17过表达对菌株在乙酸、糠醛、苯酚、丙酸和氯化钠胁迫条件下的生长提升最显著,而OGG1和SSZ1过表达对菌株生长的影响相对较弱.进一步对菌株进行驯化,在混合抑制物条件下驯化得到的BADE17-2和BADE17-4菌株延滞期比对照菌株BADE17缩短23 h.上述研究表明,硫酸锌添加从多方面影响了酿酒酵母耐受性,且关键基因过表达对不同环境胁迫条件具有多样性的影响,并且通过基因过表达和驯化方式结合可进一步提高酿酒酵母环境胁迫耐受性,提高纤维素乙醇发酵效率.

关键词：酿酒酵母基因过表达环境胁迫耐受性纤维素乙醇发酵

瞬间弹射蒸汽爆破增强离子液体对水稻秸秆的预处理效果

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化工学报 2015年第S1期66卷 302-307页

作者：覃锦程郝学密刘黎阳刘晨光白凤武大连理工大学生命科学与技术学院辽宁大连116024

选取具有不同组分分离效果的离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([Emim]Ac)和1-乙基-3-甲基咪唑氯盐([Emim]Cl),并联用瞬间弹射蒸汽爆破(instant catapult steam explosion,ICSE)对水稻秸秆进行预处理。离子液体导致了组分的重排,使纤维... 详细信息

选取具有不同组分分离效果的离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([Emim]Ac)和1-乙基-3-甲基咪唑氯盐([Emim]Cl),并联用瞬间弹射蒸汽爆破(instant catapult steam explosion,ICSE)对水稻秸秆进行预处理。离子液体导致了组分的重排,使纤维素更多地暴露于物料表面,同时减弱了木质素对纤维素紧密交联的程度。ICSE的使用提升了离子液体的预处理效果,酶解糖收率比单纯使用离子液体升高了14.83%([Emim]Ac)和13.14%([Emim]Cl),其中ICSE联用[Emim]Ac的糖收率最高达97.00%。采用扫描电镜(SEM)和热重分析仪(TGA)进行物料结构分析,证实了ICSE联用离子液体有助于破坏物料的致密结构,增加无定形区,从而提高酶解糖收率。

关键词：离子液体生物燃料生物质瞬间弹射蒸汽爆破预处理

过表达tRNA基因tL(CAA)K提高酿酒酵母乙酸耐受性

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生物工程学报 2021年第12期37卷 4293-4302页

作者：赵姝一袁冰王雪晴陈洪奇赵心清白凤武微生物代谢国家重点实验室教育部代谢与发育科学国际合作联合实验室上海交通大学生命科学技术学院上海200240

乙酸是木质纤维素类生物质水解液中的常见毒性抑制物,选育乙酸耐受性好的酿酒酵母菌株,有利于高效利用木质纤维素类生物质,发酵生产生物燃料和生物基化学品。目前对酿酒酵母抗逆性的研究多集中在转录水平,但对转运RNA(Transfer RNA,tRNA... 详细信息

乙酸是木质纤维素类生物质水解液中的常见毒性抑制物,选育乙酸耐受性好的酿酒酵母菌株,有利于高效利用木质纤维素类生物质,发酵生产生物燃料和生物基化学品。目前对酿酒酵母抗逆性的研究多集中在转录水平,但对转运RNA(Transfer RNA,tRNA)在耐受性中的作用研究较少。在对酿酒酵母抗逆性研究过程中发现,一些转运RNA基因在耐受性好的酿酒酵母菌株中转录明显上调。本文深入分析了精氨酸tRNA基因tR(ACG)D和亮氨酸tRNA基因tL(CAA)K过表达对酿酒酵母耐受木质纤维素水解液的影响。结果表明,在4.2 g/L乙酸胁迫条件下进行乙醇发酵时,过表达tL(CAA)K的菌株生长和发酵性能均优于对照酵母菌株,乙醇生产强度比对照菌株提高了29.41%,但过表达tR(ACG)D基因的菌株生长和代谢能力较对照菌株明显降低,体现了不同tRNA的不同调控作用。进一步分析发现,过表达tL(CAA)K的重组酵母菌株乙酸耐受性调控相关基因HAA1、MSN2和MSN4等胁迫耐受性相关转录因子编码基因的转录水平上调。本文的研究为选育高效利用木质纤维素资源进行生物炼制的酵母菌株提供了新的改造策略,也为进一步揭示酿酒酵母tRNA基因表达调控对抗逆性的影响提供了基础。

关键词：酿酒酵母乙酸胁迫 tRNA 木质纤维素类生物质乙醇发酵

酿酒酵母人工杂合启动子与天然启动子活性比较

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生物技术通报 2017年第1期33卷 120-128页

作者：唐瑞琪熊亮白凤武赵心清上海交通大学生命科学技术学院上海200240 大连理工大学生命科学与技术学院大连116023

系统地比较了人工启动子P_(aTEF1)与天然启动子PTEF1和PTDH3在不同条件下的活性差别,结果表明,人工启动子P_(aTEF1)的活性并不是在任何条件下都高于天然启动子的活性,而与宿主、培养基以及细胞生长阶段有关。在3个宿主背景中,BY4741中P_... 详细信息

系统地比较了人工启动子P_(aTEF1)与天然启动子PTEF1和PTDH3在不同条件下的活性差别,结果表明,人工启动子P_(aTEF1)的活性并不是在任何条件下都高于天然启动子的活性,而与宿主、培养基以及细胞生长阶段有关。在3个宿主背景中,BY4741中P_(aTEF1)的活性最高,而LX03中最低。在YPD100中,人工启动子P_(aTEF1)活性分别为天然启动子PTEF1和PTDH3活性的1.4-4.6倍和0.9-2.0倍;而在YPE(5%和7%)中,P_(aTEF1)活性与PTEF1和PTDH3活性之比在0.7-1.3以及0.8-1.3之间。在YPE中培养时,P_(aTEF1)的活性为在YPD100中培养时的1.7-2.0倍,PTEF1和PTDH3的活性在YPE中为YPD100中培养时的2.7-7.1倍和1.3-3.4倍,启动子在YPE中的活性较YPD100中更高,但人工启动子的活性变化较天然启动子更小。此外,在不同遗传背景的菌株中,启动子活性从对数期早期到对数期中期和从对数期中期到稳定期的变化趋势不同。

关键词：酿酒酵母人工杂合启动子 TEF1启动子宿主菌株环境条件

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一步法发酵菊芋生产乙醇

生物工程学报 2008年第11期24卷 1931-1936页

作者：袁文杰任剑刚赵心清白凤武大连理工大学生物科学与工程系大连116023

利用马克斯克鲁维酵母(Kluyveromyces marxianus)YX01具有菊粉酶生产能力且乙醇发酵性能良好的特点,直接发酵菊粉生成乙醇。在摇瓶中考察了该菌株最适发酵温度,进而在2.5 L发酵罐中考察了通气量和底物浓度的影响。实验结果表明:该菌株... 详细信息

利用马克斯克鲁维酵母(Kluyveromyces marxianus)YX01具有菊粉酶生产能力且乙醇发酵性能良好的特点,直接发酵菊粉生成乙醇。在摇瓶中考察了该菌株最适发酵温度,进而在2.5 L发酵罐中考察了通气量和底物浓度的影响。实验结果表明:该菌株最适发酵温度为35oC;在通气量为50 mL/min和100 mL/min时菌体生长加快,发酵时间缩短,但在不通气条件下糖醇转化率明显提高;在菊粉浓度235 g/L时,发酵终点乙醇浓度达到92.2 g/L,乙醇对糖的得率为0.436,为理论值的85.5%。在此基础上,使用近海滩涂种植海水灌溉收获的菊芋为底物,以批式补料方式直接发酵菊芋干粉浓度为280 g/L的底物,发酵终点乙醇浓度为84.0 g/L,乙醇对糖的得率为0.405,为理论值的80.0%。这些研究工作,为以菊芋为原料的燃料乙醇技术开发奠定了基础。

关键词：菊芋乙醇一步法发酵马克斯克鲁维酵母

木块填料对高浓度乙醇连续发酵过程中振荡行为的弱化机制

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化工学报 2007年第10期58卷 2624-2628页

作者：陈令伟葛旭萌赵心清陈丽杰白凤武大连理工大学生物科学与工程系辽宁大连116023

Preliminary research indicated that oscillations of residual glucose, ethanol and biomass were effectively attenuated after the tubular bioreactors were packed with wood chips, and the corresponding mechanism was speculated to be due to cell immobilization, micro-environmental change, and change in dilution rate.In this work, the change in dilution rate was excluded from the main reason for the oscillation attenuation.Through the comparison with the performance of the tubular bioreactors packed with polyurethane particles, Raschig rings and glass beads, it was found not only high biomass concentration resulted from cell immobilization, but also most importantly, the high yeast cell viability achieved in the system packing with wood chips effectively attenuated the oscillations.Further investigation revealed that the ethanol tolerance of yeast cells in the wood chip packing system was improved compared with that in non-packed system, which might further contribute to the oscillation attenuation.

关键词：乙醇连续发酵高浓度振荡填料弱化

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絮凝颗粒酵母连续发酵生产酒精新工艺的研究

食品与发酵工业 1993年第6期19卷 8-11页

作者：白凤武冯朴荪史今兰吕松云大连理工大学化学研究院大连酿酒厂

本文以酵母细胞自身絮凝形成颗粒作为固定化细胞方法,建立了单釜有效容积0.5m^2、二釜串联的中试装置。以淀粉糖化液为底物,采用末级反应器连续补糖的工艺方案,在平均稀释率为0.10h^(-1)的操作条件下连续稳定运转近一个月。当淀粉糖化... 详细信息

本文以酵母细胞自身絮凝形成颗粒作为固定化细胞方法,建立了单釜有效容积0.5m^2、二釜串联的中试装置。以淀粉糖化液为底物,采用末级反应器连续补糖的工艺方案,在平均稀释率为0.10h^(-1)的操作条件下连续稳定运转近一个月。当淀粉糖化液总糖浓度为180～200g/L时,反应器中絮凝颗粒酵母浓度控制在30～40g(d·w)/L范围内,终点发酵液中酒精浓度达到85g/L左右,残余总糖降至5g/L以下,计算出反应器的平均设备生产强度为8.4gEtOH/1·h。

关键词：絮凝颗粒酵母连续酵乙醇

Improved Ethanol Production from Xylose by Candida shehatae Induced by Dielectric Barrier Discharge Air Plasma

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Plasma Science and Technology 2014年第6期16卷 602-607页

作者：陈慧黠修志龙白凤武 School of Fisheries and Life Science Dalian Ocean University School of Life Science and Biotechnology Dalian University of Technology

Xylose fermentation is essential for ethanol production from lignocellulosic biomass. Exposure of the xylose-fermenting yeast Candida shehatae （C. shehatae） CICC1766 to atmospheric pressure dielectric barrier discharge （DBD） air plasma yields a clone （designated as C81015） with stability, which exhibits a higher ethanol fermentation rate from xylose, giving a maximal enhancement in ethanol production of 36.2% compared to the control （untreated）. However, the biomass production of C81015 is lower than that of the control. Analysis of the NADH （nicotinamide adenine dinucleotide）- and NADPH （nicotinamide adenine dinucleotide phosphate）- linked xylose reductases and NAD＋-linked xylitol dehydrogenase indicates that their activities are enhanced by 34.1%, 61.5% and 66.3%, respectively, suggesting that the activities of these three enzymes are responsible for improving ethanol fermentation in C81015 with xylose as a substrate. The results of this study show that DBD air plasma could serve as a novel and effective means of generating microbial strains that can better use xylose for ethanol fermentation.

关键词： dielectric barrier discharge air plasma Candida shehatae ethanol fermenta-tion xylose xylose reductase xylitol dehydrogenase