CN108277239A - 一种促进微生物电合成产有机酸的方法 - Google Patents

一种促进微生物电合成产有机酸的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108277239A
CN108277239A CN201711373789.5A CN201711373789A CN108277239A CN 108277239 A CN108277239 A CN 108277239A CN 201711373789 A CN201711373789 A CN 201711373789A CN 108277239 A CN108277239 A CN 108277239A
Authority
CN
China
Prior art keywords
microorganism
electro synthesis
organic acid
method described
microorganism electro
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201711373789.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108277239B (zh
Inventor
陈姗姗
方彦伦
周顺桂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujian Agriculture and Forestry University
Original Assignee
Fujian Agriculture and Forestry University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujian Agriculture and Forestry University filed Critical Fujian Agriculture and Forestry University
Priority to CN201711373789.5A priority Critical patent/CN108277239B/zh
Publication of CN108277239A publication Critical patent/CN108277239A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108277239B publication Critical patent/CN108277239B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C12P7/54—Acetic acid

Landscapes

  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

本发明公开了一种促进微生物电合成产有机酸的方法，包括在微生物电合成系统的培养基中添加非致死浓度的青霉素盐。本发明的方法，可以有效促进微生物电合成产有机酸，实验中，探索到的最优条件下，革兰氏阳性菌Moorella thermoautotrophica电子吸收量为对照组的2.17倍，产甲酸量为对照组的2.28倍，产乙酸量为对照组的2.08倍，大大提高了微生物电合成的反应效率。同时，该方法操作简单，成本低廉。

Description

一种促进微生物电合成产有机酸的方法
技术领域
本发明涉及微生物电合成领域，特别涉及一种促进微生物电合成产有机酸的方法。
背景技术
微生物电合成技术具有不需占用耕地面积、电能来源广泛等优点，同时可削减CO2，在能源生产领域展示出光明前景。然而，微生物电合成的效率低下，限制了其扩大化与商业化应用。微生物电合成反应器由阳极室和阴极室组成，2个极室被质子或离子交换膜分隔开，阳极发生微生物催化氧化有机物或简单的水氧化产生电子的反应，关键的生物电合成反应发生在阴极，依靠外电路电能降低电子传递的壁垒，阴极室中的微生物接受阴极传来的电子，将二氧化碳或其他氧化态物质还原成胞外有机物、还原态无机物或自身生命活动所需的有机物。
目前提高其合成效率的研究主要集中在阴极材料的改造、阴极微生物的选取和反应器设计方面。已被证明能进行微生物电合成产有机酸的微生物有相当一部分为革兰氏阳性菌，与革兰氏阴性菌相比，阳性菌的细胞壁含有结构紧密、较厚的肽聚糖层(20-80nm)，细胞壁外面还可能包裹着糖基化的S层蛋白，使得电子跨越细胞壁的难度加大，从而影响了微生物电合成产有机酸的速度和产量。因此，寻求一种提高电子和有机酸跨越革兰氏阳性菌细胞壁的速度的方法以促进其电合成产有机酸的速度和产量，极具实用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种促进微生物电合成产有机酸的方法。
本发明所采取的技术方案是：
青霉素盐在制备微生物电合成产有机酸促进剂中的应用。
一种促进微生物电合成产有机酸的方法，包括在微生物电合成系统的培养基中添加非致死浓度的青霉素盐。
作为上述方法的进一步改进，青霉素盐以不完全抑制微生物生长的浓度添加在培养基中。
作为上述方法的进一步改进，青霉素盐添加的终浓度为5～30mg/L。
作为上述方法的进一步改进，还包括在微生物电合成系统的阴极液中添加反应惰性导电微粉。
作为上述方法的进一步改进，反应惰性导电微粉选自石墨粉、粉状石墨烯。
作为上述方法的进一步改进，在微生物电合成系统接种微生物前，使用非致死浓度的青霉素盐处理微生物。
作为上述方法的进一步改进，使用不完全抑制微生物生长浓度的青霉素盐处理微生物。
作为上述方法的进一步改进，接种前，使用终浓度为5～30mg/L青霉素盐处理微生物。
作为上述方法的进一步改进，微生物为革兰氏阳性菌。
青霉素盐选自青霉素G钠、青霉素G钾。
本发明的方法，可以有效促进微生物电合成产有机酸，实验中，探索到的最优条件下，革兰氏阳性菌Moorella thermoautotrophica电子吸收量为对照组的2.17倍，产甲酸量为对照组的2.28倍，产乙酸量为对照组的2.08倍，大大提高了微生物电合成的反应效率。同时，该方法操作简单，成本低廉。
附图说明
图1是添加石墨粉和/或青霉素条件下，革兰氏阳性菌Moorellathermoautotrophica吸收电子效果变化图；
图2是添加石墨粉和青霉素条件下，革兰氏阳性菌Moorella thermoautotrophica循环伏安曲线图；
图3是添加石墨粉和青霉素条件下，革兰氏阳性菌Moorella thermoautotrophica产甲、乙酸量变化图；
图4是添加石墨粉和青霉素条件下，革兰氏阳性菌Clostridium ljungdahlii产甲、乙酸量变化图。
具体实施方式
青霉素盐在制备微生物电合成产有机酸促进剂中的应用。
一种促进微生物电合成产有机酸的方法，包括在微生物电合成系统的培养基中添加非致死浓度的青霉素盐。
作为上述方法的进一步改进，青霉素盐以不完全抑制微生物生长的浓度添加在培养基中。这样可以保证微生物电合成系统中。青霉素盐的添加量可以根据菌株的不同而进行适应性调整。
作为上述方法的进一步改进，青霉素盐添加的终浓度为5～30mg/L。
作为上述方法的进一步改进，还包括在微生物电合成系统的阴极液中添加反应惰性导电微粉。
反应惰性导电微粉指在微生物电合成系统不与体系内物质、微生物发生化学反应的导电微粉。出于成本考虑，优选石墨粉。
作为上述方法的进一步改进，在微生物电合成系统接种微生物前，使用非致死浓度的青霉素盐处理微生物。
作为上述方法的进一步改进，使用不完全抑制微生物生长浓度的青霉素盐处理微生物。
作为上述方法的进一步改进，接种前，使用终浓度为5～30mg/L青霉素盐处理微生物。
作为上述方法的进一步改进，微生物为革兰氏阳性菌。访方法对革兰氏阳性菌的作用效果更好。
青霉素盐选自青霉素G钠、青霉素G钾等常见的青霉素盐。
下面结合实施例，进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
1)以终浓度10mg/L添加青霉素G钠于革兰氏阳性菌Moorellathermoautotrophica的培养基中；相同条件下，以不投加青霉素G钠的培养基作为对照；
2)构建微生物电合成系统：阳极室及阴极室均为有侧孔的玻璃瓶，瓶的有效体积均为120mL。阳极与阴极材料均为石墨板(6.5cm×2.5cm×0.3cm)，中间用质子交换膜隔开，阴极的参比电极为饱和甘汞电极。阳极液为50mM的磷酸盐缓冲液，阴极液为去掉果糖、酵母粉和刃天青的135培养基，在阴极液投加终浓度为25g/L的石墨粉(100目)；相同条件下，以不投加石墨粉的阴极液作为对照；
3)用N2:CO2为80:20混合气对阳极液和阴极液曝气0.5h，确保反应体系达到充分的厌氧条件，盖上硅胶塞密闭后，整个电合成系统在121℃高温高压条件下灭菌20min；
4)Moorella thermoautotrophica在55℃下培养至对数生长中期时(约3天)，接种于灭菌后的微生物电合成系统阴极室；接种的同时，在有放置石墨粉的电合成系统阴极液中注射终浓度为10mg/L的青霉素G钠，用电化学工作站(CHI1100，辰华)对阴极施加一个-0.6V的电势，放置在55℃环境中运行。
结果如图1-3所示，图1是添加石墨粉和/或青霉素条件下，革兰氏阳性菌Moorellathermoautotrophica吸收电子效果变化图；图2是添加石墨粉和青霉素条件下，革兰氏阳性菌Moorella thermoautotrophica循环伏安曲线图；图3是添加石墨粉和青霉素条件下，革兰氏阳性菌Moorella thermoautotrophica产甲、乙酸量变化图。
实验结果表明，添加石墨粉和青霉素后，革兰氏阳性菌Moorellathermoautotrophica电子吸收量为对照的2.17倍，产甲酸量为对照组的2.28倍，产乙酸量为对照组的2.08倍。
实施例2
以终浓度10mg/L添加青霉素G钠于革兰氏阳性菌Clostridium ljungdahlii的培养基中；相同条件下，以不投加青霉素G钠的培养基作为对照；
构建微生物电合成系统：阳极室及阴极室均为有侧孔的玻璃瓶，瓶的有效体积均为120mL。阳极与阴极材料均为石墨板(6.5cm×2.5cm×0.3cm)，中间用质子交换膜隔开，阴极的参比电极为饱和甘汞电极。阳极液为50mM的磷酸盐缓冲液，阴极液为去掉果糖的879培养基，在阴极液投加终浓度为25g/L的石墨粉；相同条件下，以不投加石墨粉的阴极液作为对照；
用N2:CO2为80:20混合气对阳极液和阴极液曝气0.5h，确保反应体系达到充分的厌氧条件，盖上硅胶塞密闭后，整个电合成系统在121℃高温高压条件下灭菌20min；
Clostridium ljungdahlii在37℃下培养至对数生长中期时(约3天)，接种于灭菌后的微生物电合成系统阴极室；接种的同时，在有放置石墨粉的电合成系统阴极液中注射终浓度为10mg/L的青霉素G钠，用电化学工作站(CHI1100，辰华)对阴极施加一个-0.6V的电势，放置在37℃环境中运行。
结果如图4所示，添加石墨粉和青霉素后，革兰氏阳性菌Clostridiumljungdahlii的产乙酸量为对照组的1.89倍。
不同浓度青霉素盐对微生物电子吸收及产酸的影响
实验的条件和步骤同实施例1，不同之处在于投加青霉素G钠浓度设为0mg/L,10mg/L,30mg/L和50mg/L四种浓度梯度。电子吸收量与产甲、乙酸量如表1所示。
表1不同投加浓度青霉素G钠对Moorella thermoautotrophica电子吸收及产有机酸的影响
实验结果表明，当青霉素G钠投加量为50mg/L时，已完全抑制Moorellathermoautotrophica的生长，当青霉素G钠投加量为10mg/L时，促进效果最佳。
不同导电微粉对微生物电子吸收及产酸的影响
实验的条件和步骤同实施例1，不同之处在于投加过100目筛石墨粉浓度设为0g/L,5g/L,15g/L,25g/L和35g/L四种浓度梯度。电子吸收量与产甲、乙酸量如表2所示。
表2不同石墨粉投加量对Moorella thermoautotrophica电子吸收及产有机酸的影响
4种投加浓度下，电子吸收量与产酸量均有所提高，当石墨粉投加浓度为25g/L时，促进效果最佳。石墨粉的添加量超过25g/L后，有机酸的产量也基本不会再进一步提高。

Claims (10)

1.青霉素盐在制备微生物电合成产有机酸促进剂中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：青霉素盐选自青霉素G钠、青霉素G钾。
3.一种促进微生物电合成产有机酸的方法，包括在微生物电合成系统的培养基中添加非致死浓度的青霉素盐。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：青霉素盐添加的终浓度为5～30mg/L。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：还包括在微生物电合成系统的阴极液中添加反应惰性导电微粉。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：反应惰性导电微粉选自石墨粉、粉状石墨烯。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：反应惰性导电微粉的添加为1～40g/L。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：在微生物电合成系统接种微生物前，使用非致死浓度的青霉素盐处理微生物。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：青霉素盐以不完全抑制微生物生长的浓度添加在培养基中。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：微生物为革兰氏阳性菌。
CN201711373789.5A 2017-12-19 2017-12-19 一种促进微生物电合成产有机酸的方法 Active CN108277239B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711373789.5A CN108277239B (zh) 2017-12-19 2017-12-19 一种促进微生物电合成产有机酸的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711373789.5A CN108277239B (zh) 2017-12-19 2017-12-19 一种促进微生物电合成产有机酸的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108277239A true CN108277239A (zh) 2018-07-13
CN108277239B CN108277239B (zh) 2020-11-24

Family

ID=62801800

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711373789.5A Active CN108277239B (zh) 2017-12-19 2017-12-19 一种促进微生物电合成产有机酸的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108277239B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110106062A (zh) * 2019-05-05 2019-08-09 上海交通大学 一种模块化控制orp反应器的装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010068994A1 (en) * 2008-12-18 2010-06-24 The University Of Queensland Process for the production of chemicals
WO2014043690A1 (en) * 2012-09-17 2014-03-20 Musc Foundation For Research Development Microbial electrosynthetic cells
CN104328046A (zh) * 2014-09-28 2015-02-04 南京工业大学 微生物电化学系统还原二氧化碳产乙酸的装置与方法
CN105695319A (zh) * 2016-03-16 2016-06-22 浙江工商大学 一种生物电合成系统及利用该系统合成乙酸和/或乙醇的方法
CN107354478A (zh) * 2017-06-16 2017-11-17 中国科学技术大学 一种微生物电合成系统实现二氧化碳资源化的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010068994A1 (en) * 2008-12-18 2010-06-24 The University Of Queensland Process for the production of chemicals
WO2014043690A1 (en) * 2012-09-17 2014-03-20 Musc Foundation For Research Development Microbial electrosynthetic cells
CN104328046A (zh) * 2014-09-28 2015-02-04 南京工业大学 微生物电化学系统还原二氧化碳产乙酸的装置与方法
CN105695319A (zh) * 2016-03-16 2016-06-22 浙江工商大学 一种生物电合成系统及利用该系统合成乙酸和/或乙醇的方法
CN107354478A (zh) * 2017-06-16 2017-11-17 中国科学技术大学 一种微生物电合成系统实现二氧化碳资源化的方法

Non-Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FANGHUA LIU ET AL.: "Promoting direct interspecies electron transfer with activated carbon", 《ENERGY & ENVIRONMENTAL SCIENCE》 *
H. L. EHRLICH: "Are gram-positive bacteria capable of electron transfer across their cell wall without an externally available electron shuttle?", 《GEOBIOLOGY》 *
JING LIU等: "Enhance electron transfer and performance of microbial fuel cells by perforating the cell membrane", 《ELECTROCHEMISTRY COMMUNICATIONS》 *
KELLY P. NEVIN等: "Electrosynthesis of Organic Compounds from Carbon Dioxide Is Catalyzed by a Diversity of Acetogenic Microorganisms", 《APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY》 *
LINPENG YU ET AL.: "Thermophilic Moorella thermoautotrophica-immobilized cathode enhanced microbial electrosynthesis of acetate and formate from CO2", 《BIOELECTROCHEMISTRY》 *
姜巨全等: "《微生物生理学》", 30 April 2014, 中国农业大学出版社 *
李凌: "《生物化学与分子生物学实验指导》", 31 August 2015, 人民军医出版社 *
赵伟睿等: "微生物细胞通透性改善方法与策略", 《中国生物工程杂志 》 *
马晨等: "微生物胞外呼吸电子传递机制研究进展", 《生 态 学 报》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110106062A (zh) * 2019-05-05 2019-08-09 上海交通大学 一种模块化控制orp反应器的装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN108277239B (zh) 2020-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yu et al. Thermophilic Moorella thermoautotrophica-immobilized cathode enhanced microbial electrosynthesis of acetate and formate from CO2
US20180015410A1 (en) Fungi-bacteria composite microecologics and methods for preparing and using the same
Wang et al. Biohydrogen production from organic wastes
Le et al. Electrochemical synthesis of formic acid from CO2 catalyzed by Shewanella oneidensis MR-1 whole-cell biocatalyst
ZHANG et al. Application of electrochemically active bacteria as anodic biocatalyst in microbial fuel cells
Chaijak et al. Enhancing electricity generation using a laccase-based microbial fuel cell with yeast Galactomyces reessii on the cathode
Ahirwar et al. Photosynthetic microbial fuel cell for bioenergy and valuable production: A review of circular bio-economy approach
CN107623139B (zh) 微生物连续发酵玉米秸秆水解液产电方法及电池
Dalvi et al. Microbial fuel cell for production of bioelectricity from whey and biological waste treatment
Liu et al. Photoautotrophic cathodic oxygen reduction catalyzed by a green alga, Chlamydomonas reinhardtii
Toczyłowska-Mamińska et al. Stimulation of electricity production in microbial fuel cells via regulation of syntrophic consortium development
CN105483167A (zh) 一种基于电化学系统调控细胞内还原力再生发酵产丁二酸的方法
Li et al. An excellent anaerobic respiration mode for chitin degradation by Shewanella oneidensis MR-1 in microbial fuel cells
CN105238716A (zh) 一株摩根菌及其在微生物燃料电池中的应用
CN104232709A (zh) 一种发酵生产安普霉素的方法
CN108277239A (zh) 一种促进微生物电合成产有机酸的方法
Das et al. Evaluating application of photosynthetic microbial fuel cell to exhibit efficient carbon sequestration with concomitant value-added product recovery from wastewater: a review
CN107217023A (zh) 多功能双酶梭菌及其应用
JP2011090974A (ja) 微生物燃料電池
CN103898031B (zh) 一株高产电的拜氏梭菌及其应用
CN105733993B (zh) 一种利用Fe-C原电池除氧培养丁酸梭菌的方法
Ha et al. Humin‐promoted microbial electrosynthesis of acetate from CO2 by Moorella thermoacetica
CN106701617A (zh) 一种自凝集丙酸产甲烷菌剂的驯化方法
CN103614286B (zh) 采用低照度培养高浓度光合细菌的方法及装置
CN1889297A (zh) 一种无介体微生物燃料电池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant