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超滤-纳滤膜工艺助力甘蔗渣水解液发酵制β-聚苹果酸
中国科学院过程工程研究所生物膜分离技术与应用课题组 曹伟锋 / 时间:2019-11-06 09:53:19

  据膜科学与工程微信公众平台2019年11月1日讯 β-聚苹果酸(β-Poly-L-malicacid,PMLA)是由微生物合成的一种以L-苹果酸为唯一单体通过酯键连接而成的高分子聚合物,当使用精制葡萄糖或蔗糖作为碳源合成PMLA时,生产成本较高。因此,利用木质纤维素原料如农业副产物合成PMLA引起了研究人员越来越多的关注。然而从不同生物质原料获得的水解液中,己糖(葡萄糖)与戊糖(木糖和阿拉伯糖)(H∶P)的比例在0.08到6.50之间变化,同时不同的预处理方法也将影响水解产物的组成。另外,木质纤维素酸水解液中含有大量抑制物,采用传统的脱毒方法,不能有效去除其中的乙酸。以上两点都会影响PMLA的发酵效率。
  中科院过程所生物膜分离技术与应用课题组采用超滤-纳滤集成膜工艺处理甘蔗渣酸水解液,提高其单糖浓度的同时削减其中抑制物含量,纳滤浓缩液可直接用于PMLA发酵,纳滤透过液经反渗透膜浓缩后与纤维素酶解液混合后也可用于PMLA发酵。
  本工作首先研究了将甘蔗渣酸水解液和酶水解液混合发酵的过程,发现混合液中过高的H∶P比例以及高的葡萄糖浓度会抑制戊糖的利用。同时发现在酶水解液或葡萄糖为底物的培养基中加入低浓度乙酸(1.46g/ L)可以显著增加PMLA产量;在酸水解液中添加相同浓度的乙酸时,PMLA产量没有明显改善,但PMLA的生产强度及细胞浓度显著提高。因此,可以使用集成膜工艺来浓缩回收单糖并调节酸/酶水解液中的乙酸浓度,以分别提高其作为底物发酵PMLA的产量。


超滤-纳滤膜工艺助力甘蔗渣水解液发酵制β-聚苹果酸


  该研究获得北京市自然科学基金面上项目(No.5182025)的支持,相关研究结果发表在Bioresource Technology, 295 (2020) 122260。