地衣芽孢杆菌高产2,3-丁二醇菌株的选育和发酵研究

目前2,3-丁二醇生产菌株大部分为致病菌,对人类健康和环境具有一定威胁。从牛奶样品中分离到1株产2,3-丁二醇的芽孢杆菌127-7,分析其16S rRNA基因序列,确定该菌株为地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)。进一步对菌株127-7进行紫外诱变,筛选耐受高浓度葡萄糖和高产乙偶姻的菌株。摇瓶发酵结果显示,突变株BL41的2,3-丁二醇产量较出发菌株127-7提高了41.1%。对发酵副产物分析发现,不控制发酵液pH可以显著降低乳酸产量,2,3-丁二醇产量在72 h达到81.4 g/L。进一步调整补糖策略,维持最低残糖浓度为30 g/L,菌株BL41产2,3-丁二醇83.4 g/L,最高产率为1.9 g/L·h,发酵时间缩短至46 h。结果表明,地衣芽胞杆菌BL41可以作为候选菌株,用于工业规模2,3-丁二醇的生产。     

产酸克雷伯氏杆菌发酵产2，3-丁二醇的培养基优化

采用不同设计方法相结合的策略对耐高糖产酸克雷伯氏杆菌（Klebsiella oxytoca）ME—UD-3-4发酵产2,3-丁二醇的培养基进行优化。首先在单因素实验的基础上采用Plackett—Burrnan设计法对影响ME—UD-3-4发酵产2,3-丁二醇的相关因素进行研究,筛选到3种有显著效应的因素（P〈0．05）：葡萄糖、玉米浆和MgSO4·7H2O。然后利用响应曲面法（Response Surface Methodology,RSM）对这3种因素的最佳水平范围进一步探讨;对得到的回归模型进行分析,得最佳条件（g／L）：葡萄糖220、玉米浆19和MgSO4·7H2O 0．4;在最佳条件下,发酵80h,2,3-丁二醇产量从原来的57．3 g／L提高到86．1 g／L,生产强度由0．72g／（L·h）提高到1．08g/（L·h）。     

玉米秸秆水解液发酵联产氢气与2,3-丁二醇的初步研究

选用实验室自行筛选的Klebsiella pneumoniae ECU-15,进行了玉米秸秆水解液发酵联产氢气和2,3-丁二醇的初步研究。结果表明:以葡萄糖为碳源时,两目标产物随培养条件的改变呈现相同的变化趋势,且最佳发酵温度为37℃,最佳pH为6.0,最佳初始糖浓度为30 g/L;不同比例葡萄糖/木糖为混合碳源时,均能实现氢气和2,3-丁二醇的联产过程,但随着木糖含量的增加,细胞产量、氢气产量和2,3-丁二醇的产量都有所下降,并且木糖的存在会降低葡萄糖的消耗速率;实验最后以玉米秸秆水解液和同比例模拟合成培养基为底物,初步探明了该菌株利用水解液发酵联产氢气和2,3-丁二醇的可行性,最终氢气产量为0.65 v/v,产氢得率为0.43 mol/mol sugar;2,3-丁二醇产量为5.05 g/L,得率为0.82 mol/mol sugar。     

2,3-丁二醇生产菌株生产能力的比较和培养基优化

对5株克雷伯氏肺炎杆菌 (包括两株乳酸途径被敲除的工程菌株) 发酵生产2,3-丁二醇能力进行了比较,其中K. pneumonia HR521 LDH (乳酸合成途径中ldhA基因被敲除) 具有最佳的发酵性能。通过正交试验优化了其发酵培养基的主要组分,优化后的培养基组成为：葡萄糖 90 g/L,(NH4)2HPO4 3 g/L,玉米浆 (CLSP) 6 g/L,乙酸钠 5 g/L,KCl 0.4 g/L,MgSO4 0.1 g/L,FeSO4·7H2O 0.02 g/L,MnSO4 0.01 g/L。在优化后的发酵培养基中进行摇瓶发酵,24 h发酵乙偶姻和2,3-丁二醇的终浓度为37.46 g/L,比未优化前增加了10 g/L,2,3-丁二醇得率达到了理论得率的90.53％,生产强度1.56 g/(L·h),检测不到副产物乳酸的生成,利于后提取工艺的进行和工业生产的应用。     

2，3-丁二醇的发酵及盐析分离工艺

采用克雷伯氏菌（Klebsiella pneumoniae CICC 10011）发酵生产2,3-丁二醇,并对2,3-丁二醇的盐析分离工艺进行了考察。通过实验确定了以葡萄糖为底物微氧批式流加发酵的条件,发酵液中2,3-丁二醇和3-羟基丁酮的质量浓度分别为90．98g/L和12．40g/L,2,3-丁二醇的摩尔转化率为82．7％,生产强度达到2．1g/（L·h）。对发酵液中2,3-丁二醇的盐析分离研究表明,K2HPO4和K3PO4对2,3-丁二醇的盐析效果优于K2CO3。当发酵液浓缩70％后,加入质量分数为45％的K,HPO4,2,3-丁二醇的分配系数达到9．10,回收率为79．37％;上相中2,3-丁二醇的质量浓度达到420g／L;此时3-羟基丁酮的分配系数和回收率分别为11．9和83．48％。     

pH与溶氧控制对解淀粉芽胞杆菌发酵粗甘油生产2,3-丁二醇的影响

首次利用一株安全菌株解淀粉芽胞杆菌发酵生物柴油副产物粗甘油生产2,3-丁二醇。溶氧和pH是影响微生物法生产2,3-丁二醇的最主要因素。结果表明,发酵过程中不控制pH更有利于2,3-丁二醇合成;采用三阶段控制搅拌转速策略,2,3-丁二醇产量最大值达到?38.1?g/L,生产强度达到1.06?g/(L·h),与恒定转速获得的最好结果相比较,分别提高了14.8%和63.1%。采用脉冲流加发酵时,2,3-丁二醇产量达到71.2 g/L,2,3-丁二醇生产强度达到0.99 g/(L·h),这是目前报道的利用粗甘油合成2,3-丁二醇的最高产量。     

一种简单的高产2,3-丁二醇发酵生产方法

利用一株克雷伯氏菌(Klebsiellasp.LN145)在以葡萄糖和磷酸氢二铵为主要成分的培养基中发酵生产2,3-丁二醇。在补料发酵培养过程中,通过补糖,2,3-丁二醇和3-羟基丁酮的最大产量分别达到了84.0 g/L和10.5 g/L,二醇的摩尔转化率达到理论水平的91%,转化速率达到1.8 g/(L.h)。     

高产光学纯(R,R)-2,3-丁二醇工程菌株构建与发酵优化

[目的]构建能够专一性合成光学纯(R,R)-2,3-丁二醇的大肠杆菌工程菌,并进行发酵条件优化。[方法]将来源于多粘芽孢杆菌的(R,R)-2,3-丁二醇脱氢酶基因bdh,来源于阴沟肠杆菌的α-乙酰乳酸合成酶基因bud B和α-乙酰乳酸脱羧酶基因bud A与表达载体p Tr C99A连接,导入大肠杆菌中构建人工合成途径。筛选最适的培养基和发酵条件,提高(R,R)-2,3-丁二醇的产量、产率和得率。[结果]获得高效合成(R,R)-2,3-丁二醇的工程菌株GXASB,筛选到最适碳源及其浓度为120 g/L木薯淀粉,最适pH为6.5,最适接种量为10%,在发酵罐中进行同步糖化法发酵,(R,R)-2,3-丁二醇产量达到105.28 g/L,光学纯为99.1%,得率为0.47 g/g,生产强度为1.95 g/(L·h)。[结论]在大肠杆菌中表达基因簇bud B-bud A-bdh能够专一性合成光学纯(R,R)-2,3-丁二醇,经优化发酵条件后,能够显著提高(R,R)-2,3-丁二醇的合成效率。同时工程菌能够利用非粮原料木薯淀粉高效生产(R,R)-2,3-丁二醇,补料发酵产量达到105.28 g/L,为使用廉价原料工业化生产(R,R)-2,3-丁二醇提供参考。     

产2,3-丁二醇高木糖耐性肺炎克雷伯氏菌转录组学分析与发酵优化

选育高木糖耐性肺炎克雷伯氏菌并对其进行转录组学分析与产2,3-丁二醇发酵条件的优化。首先通过适应性进化定向筛选出了具有高木糖耐受能力和2,3-丁二醇产量提高的肺炎克雷伯氏菌(KP2),然后对其进行转录组学分析与发酵条件优化。结果显示,筛选出的高木糖耐性的肺炎克雷伯氏菌木糖的转化率提高了174.5%,2,3-丁二醇的产量提高了227%。转录组分析结果表明亲本菌株KPG和KP2菌株差异表达基因中有242个基因上调和263个基因下调。Pathway分析表明,转录水平的变化主要表现在信号转导、碳水化合物代谢、能量代谢和其它物质代谢等。在1L反应器中,初始木糖浓度120 g/L时最优发酵条件为:温度35℃,转速230 r/min,通气量0.7 L/min,最适pH值5.9。在最优条件下,2,3-丁二醇产量达43.75 g/L,相比优化前提高了32.7%。本研究获得了高效利用木糖生产2,3-丁二醇的菌株,对表型变化产生的机理在分子水平上进行阐述,并得到了最优的发酵条件,结果可以为2,3-丁二醇的生物转化提供参考,对2,3-丁二醇的生物法生产具有一定的指导意义。     

一株耐受高浓度葡萄糖且产乙偶姻菌株的筛选及产物鉴定

为获得一株耐受高浓度葡萄糖且产乙偶姻的菌株,利用高糖培养基以及乙偶姻显色液从烟田土壤中筛选到一株全新菌株;将筛选出的菌株利用全基因组测序技术和16S rDNA序列比对分析对菌株进行鉴定,并利用不同浓度葡萄糖的培养基对菌株进行耐受实验;最后,利用GC-MS(气相-质谱)将菌株的发酵产物定性分析,并对菌株进行72 h的初步发酵。结果显示,筛选获得菌株为金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus),命名为PX03。葡萄糖耐受实验中,菌株PX03在含有500 g/L葡萄糖的培养基中依然能生长,OD600可达65;300 g/L葡萄糖浓度下生长最好,OD600可达100。GC-MS定性结果分析发现,该菌株可产大量的乙偶姻(22.51%)和2,3-丁二醇(21.29%),同时可产乙酸(13.97%)、3,4-二羟基-3,4-二甲基己烷-2,5-二酮(8.52%)、吡喃酮(5.24%)和3-甲基-丁酸(4.47%)等一些香气成分。对菌株的初步发酵结果显示,该菌株乙偶姻产量可达41 g/L。     

C．shehatae TZ8耐乙醇菌株的筛选及发酵性能研究

以C.shehataeTZ8为出发茵株,利用1％溶壁酶和1％蜗牛酶酶解1．5h,制备成C.shehataeTZ8原生质体,并对原生质体进行紫外诱变,以含不同浓度乙醇的木糖液体培养基培养进行初筛和复筛,获得一株遗传性能稳定、耐乙醇能力达5．5％（v／v）的蕾株C．shehataeTZ8-4,比初始菌株耐乙醇能力提高了2％。对突变株C．shehataeTZ8-4发酵性能的研究结果表明：C．shehataeTZ8-4发酵糖能力从80g/L（葡糖糖和木糖比为2：1）提高到120g／L,最大乙醇产量从27．41g／L提高到43．12g／L。     

Enhancement of pyruvate production by osmotic-tolerant mutant of Torulopsis glabrata

Pyruvate production by Torulopsis glabrata was used as a model to study the mechanism of product inhibition and the strategy for enhancing pyruvate production. It was found that the concentration of cell growth and pyruvate deceased with the increase of NaCl and sorbitol concentrations. To enhance the osmotic stress resistance of the strain, an NaCl-tolerant mutant RS23 was screened and selected through a pH-controlled continuous culture with 70 g/L NaCl as the selective criterion. Compared with the parent strain, mutant RS23 could grow well on the medium containing 70 g/L NaCl or 0.6 mol/L sorbitol. Pyruvate concentration by the mutant strain RS23 reached 94.3 g/L at 82 h (yield on glucose 0.635 g/g) in a 7-l fermentor with 150 g/L glucose as carbon source. Pyruvate concentration and yield of mutant RS23 were 41.1% and 11.1% higher than those of the parent strain, respectively. The strategy for enhancing pyruvate production by increasing osmotic stress resistance may provide an alternative approach to enhance organic acids production with yeast.     

L-缬氨酸产生菌的选育及其发酵培养基的优化

以黄色短杆菌(Brevibacterium flavum)NJ-237为出发菌株,通过梯度传代适应性培养及同浓度药物平板富集培养的方式,逐步提高菌体的抗药物性能,获得了1株耐高糖和耐高浓度α-氨基丁酸(-αAB)的菌株NJ-2372。在单因素实验的基础上,利用响应面分析法对影响该菌株L-缬氨酸(L-Val)产量的3个重要因素玉米浆、生物素(VH)、硫胺素(VB1)的添加量进行优化。结果表明:当玉米浆、VH、VB1最佳添加量分别为11 g/L、35μg/L和101μg/L时,摇瓶发酵72 h,L-Val摇瓶发酵产量达到52.9 g/L。     

离子注入选育高产L-乳酸的米根霉突变株及其发酵特性研究

通过氮离子注入获得米根霉突变株RQ4012,其利用木糖的能力比出发菌株提高了1.6倍;通过多次传代,证明其具有良好的遗传稳定性。试验测定菌株RQ4012发酵木糖生产L-乳酸的最佳发酵条件:木糖10%,生理盐水浸泡孢子9 h,(NH4)2SO43 g/L,接种量4%,CaCO3添加量6%,装液量20%,温度37℃,转速200 r/min,在此条件下,乳酸产量达到79.51 g/L。对混合糖的发酵进行了探索,结果表明该菌能高效利用混合糖生产L-乳酸,在利用植物纤维素水解液生产L-乳酸上有良好的应用前景。     

高产腺苷蛋氨酸菌株的诱变选育及培养方式研究

以清酒酵母SAM-04-01为出发菌株,通过紫外线-氯化锂复合诱变的方法,来筛选高产腺苷蛋氨酸菌株。筛菌最终得到一支正突变菌株,其摇瓶产量达到1.0 g/L,比原始菌产量提高了17%。经传代培养考察,该突变菌具有良好的遗传稳定性。同时还考察了两种不同培养方式对腺苷蛋氨酸积累的影响,结果发现一次性补加L-蛋氨酸和葡萄糖溶液对菌体生长有一定的抑制作用,而在菌体达到最大浓度时开始流加前体L-蛋氨酸和葡萄糖溶液则是一种比较好的培养方式,其产量达到了5.34 g/L。     

低能离子注入L-乳酸生产菌种选育与发酵条件初步优化

通过20keV氮离子注入L-乳酸生产菌(Bacillus coagulans)筛选到一株产量比出发菌株提高10％的高产菌株RS12-6C,经多次传代实验表明该菌遗传稳定性较好。并对其发酵条件如接种量、装液量、摇床转速、温度等进行初步优化,在含糖150g/L的摇瓶中发酵,其L-乳酸产量达到117g/L。     

Improvement of kojic acid production in Aspergillus oryzae B008 mutant strain and its uses in fermentation of concentrated corn stalk hydrolysate

A strain designated M866, producing kojic acid with a high yield, was obtained by combining induced mutation using ion beam implantation and ethyl methane sulfonate treatment of a wild type strain of Aspergillus oryzae B008. The amount of kojic acid produced by the strain M866 in a shaking flask was 40.2 g/L from 100 g/L of glucose, which was 1.7 times higher than that produced by wild strain (23.58 g/L). When the mixture of glucose and xylose was used as carbon source, the resulting kojic acid production was raised with the increasing of glucose ratios in the mixture. With concentrations of glucose at 75 g/L and xylose at 25 g/L mixed in the medium, the production of kojic acid reached 90.8 %, which was slightly lower than with glucose as the sole source of carbon. In addition, the kojic acid fermentation of the concentrated hydrolysate from corn stalk was also investigated in this study, the maximum concentration of kojic acid accumulated at the end of the fermentation was 33.1 g/L and this represents the yield based on reducing sugar consumed and the overall productivity of 0.36 g/g and 0.17 g/L/h, respectively.     

小克银汉霉γ-亚麻酸高产菌株的快速筛选和发酵条件研究

以小克银汉霉C0为出发菌株,经过5-氟尿嘧啶和紫外线复合诱变,采用抗失水苹果酰肼与抗低温(15℃)相结合的筛选方法,获得一株生产性能比出发菌株显著提高的突变株C23。采用5L全自动发酵罐对小克银汉霉C23发酵生产γ-亚麻酸的pH值控制和补料工艺进行研究,发现将发酵液pH值维持在5.5,当发酵进行到60h、84h、108h时,分别补糖15g/L,发酵192h后收获,结果生物量、油脂产量和γ-亚麻酸产量分别达到49.88g/L、21.93g/L、2.69g/L。     

低能离子诱变选育华根霉高产L-乳酸菌株的研究

对L-乳酸产生菌华根霉(Rhizopus chinensis)适宜产酸的条件进行了初步研究和优化,并利用10 keV氮离子对出发菌L-乳酸产率进行诱变。为比较出发菌株和突变菌株在分子水平的差异,利用108条RAPD随机引物对出发菌株和突变菌株进行了比较分析。结果表明:在葡萄糖90‰、(NH4)2SO42‰、KH2PO40.6‰、Mg-SO4.7H2O 0.25‰、ZnSO4.7H2O 0.05‰、CaCO350.0‰pH值自然,接种量在5%左右,34℃,200 r/min的培养条件下,可获得较高的L-乳酸产量(28.8 g/L)。氮离子注入诱发L-乳酸产量突变的适宜剂量为1.30×1015ions/cm2。筛选获得的突变株RC-H13 L-乳酸含量为33.7 g/L,比出发菌株提高17%,且遗传稳定性较好。在RAPD分析中108条引物有3条在两池间表现多态性,差异条带的频率为0.67%。