过程优化提高解脂亚洛酵母积累α-酮戊二酸

目前,应用解脂亚洛酵母发酵生产α-酮戊二酸由于产量和底物转化率低、生产周期长等问题,仍未大规模工业化生产。为了解决这些问题,以研究室诱变选育获得的1株高产α-酮戊二酸的解脂亚洛酵母Yarrowia lipolytica WSH-Z06 C3为出发菌株,考察了该菌株在50 L发酵罐中转速、碳酸钙浓度、溶氧以及补料方式(多节点补料、恒速补料)等因素对α-酮戊二酸积累的影响。结果表明,当转速为300 r/min时,α-酮戊二酸和丙酮酸的产量分别为32.4 g/L和19.66 g/L;碳酸钙质量浓度为20 g/L时,α-酮戊二酸的产量提高至38.55 g/L,丙酮酸降低至8.28 g/L;控制溶氧水平在50%时,α-酮戊二酸产量为42.39 g/L,此时丙酮酸为6.22 g/L。比较高初始甘油浓度和不同的补料发酵策略,发现恒速补料效果最好,发酵144 hα-酮戊二酸产量达到66.27 g/L,丙酮酸产量为20.82 g/L。通过上述发酵过程参数的优化,α-酮戊二酸的产量和底物的转化率比未优化前分别提高了67.3%和4.56%,为解脂亚洛酵母工业化生产α-酮戊二酸提供一定参考。     

毕赤酵母高密度发酵工艺的研究

高密度发酵是毕赤酵母提高蛋白表达量的一种重要策略,发酵工艺是高密度发酵的一个重要因素。采用下列措施均可以有效地提高表达水平：调节基础培养基,采用变pH和变温发酵,提高DO,选择最适的诱导前菌体密度和比生长速率并降低甘油初始浓度和采用分段式指数流加进行调控。选择合适的甲醇补料策略：甲醇限制补料（MLFB）、氧气限制补料（OLFB）、甲醇不限制补料（MNLFB）和温度限制补料（TLFB）。采用两种方式调控补料：诱导阶段菌体生长时,甲醇比消耗速率(qMeOH)为0.02-0.03gg-1h-1,而菌体不生长时,qMeOH采用较高值。     

补料发酵工艺的应用及其研究进展

综述了补料工艺在发酵工业中应用和研究。介绍了补料发酵工艺及其优点,着重讨论了补料发酵动力学和控制理论研究,以期为补料发酵的应用提供充分的参考依据。     

带His-tag的解脂耶氏酵母脂肪酶Lip2在毕赤酵母中的表达及纯化

将去自身信号肽并且N-端带6×His标签的YlLip2基因克隆至表达载体pPIC9K中,电转化GS115获得高效表达脂肪酶His₆-YlLip2的基因工程菌。筛选到的阳性克隆子摇瓶发酵脂肪酶活力最高为400U/ml。对重组毕赤酵母在10 L发酵罐中表达His₆-YlLip2的分批补料发酵工艺进行了初步优化,探讨了培养基、pH、温度对生物量和重组蛋白表达量的影响。结果表明:采用FM22培养基,诱导温度为25℃,pH 5.0,甲醇诱导114 h后His₆-YlLip2的最高酶活力达到3160U/ml。SDS-PAGE分析表明,蛋白的分子量大约为38kDa。重组的His₆-YlLip2经镍柱一步纯化后的纯度达到95.43%,比酶活达到4250U/mg。     

补料工艺对两株法夫酵母菌株产虾青素的影响

【目的】考察不同补料工艺对法夫酵母菌株生长和虾青素合成的影响。【方法】对法夫酵母JMU-VDL668和JMU-MVP14菌株在7 L罐中进行分批及分批补料培养; 同时, 测定发酵过程中生物量、虾青素和葡萄糖含量的变化。【结果】采用恒DO补料, 法夫酵母JMU-VDL668菌株获得的生物量最大(64.6 g/L), 是分批培养的2.2倍; 采用恒pH补料发酵, 虾青素的产量最高(20.6 mg/L), 是分批培养的1.5倍。与JMU-VDL668菌株不同, 虾青素高产菌株JMU-MVP14菌株采用恒pH补料, 获得生物量最大(48.5 g/L), 但虾青素产量大大降低(仅17.5 mg/L); 采用脉冲补料, 虾青素产量最高, 达到414.1 mg/L, 与分批发酵相比提高了200.2%; 采用恒DO补料, 生物量(38.5 g/L)和虾青素产量(403.2?mg/L)增加显著, 与分批发酵相比分别提高了133.1%和192.3%。【结论】不同补料工艺对法夫酵母菌株生产虾青素影响很大。其中, 采用恒pH补料工艺, 法夫酵母JMU-VDL668菌株可以获得最高的虾青素产量, 而采用脉冲补料工艺, 最适于法夫酵母JMU-MVP14菌株发酵生产虾青素。     

重组巴斯德毕赤酵母高密度发酵表达植酸酶

对巴斯德毕赤酵母的高密度发酵条件进行了试验,并根据摇瓶发酵的优化结果进行了补料方式的研究。在摇瓶发酵时,最佳种龄为16h,接种量为3％,甲醇的诱导浓度为15g／L,生长阶段最适pH为5．0,诱导阶段最适pH为5．5。在间歇补料、恒速补料、变速补料三种补料方式中以变速流加最优。     

裂殖壶菌发酵产DHA过程呼吸参数的在线检测分析

利用尾气分析仪对发酵过程的尾气中的O2、CO2含量进行实时检测,建立了裂殖弧菌发酵生产DHA过程中的呼吸参数在线检测方法,实现了裂殖壶菌补料分批发酵过程及双阶段供氧控制发酵过程中的呼吸参数在线检测分析。通过呼吸参数在线检测分析,从氧消耗机制方面解释了双阶段氧传递控制工艺能获得较高生物量、油脂和DHA含量的原因,从而为该工艺过程提供了理论指导。根据发酵过程中菌体生长不同时期的呼吸参数的变化情况,建立了基于呼吸商变化的在线补料控制方法,设计了一种基于RQ-Stat的补料工艺。RQ-Stat补料方式最终获得的油脂含量、DHA产量和产率比间歇式补料工艺分别提高了11.58%、12.19%和11.40%。     

植物乳杆菌Lp-2的高密度发酵

高密度培养植物乳杆菌是制作其发酵剂的重要环节。首先,研究了不同的溶氧和pH对植物乳杆菌的分批发酵的影响。在分批发酵的基础上,为进一步提高发酵液中的菌体浓度,进行了补料分批发酵实验。最终通过对蔗糖反馈补料发酵试验对比改造获得了pH反馈补料发酵工艺。此发酵补料工艺可以控制蔗糖残糖量始终处于较低的水平,因此获得了最高的菌体产量。菌体干重达到13.56g/L,较分批培养提高90.05%。     

基于pH的反馈补料方法在谷氨酸发酵中的应用

为简化谷氨酸发酵补料工艺,提出了一种新型的基于pH的补料方式。考察谷氨酸发酵过程中氨消耗量 (x) 和糖消耗量 (y) 发现,两者之间存在较好的线性关系 (y=7.4744x,R2=0.9989),以此为pH反馈补料工艺中补料液中葡萄糖与氨的混合比例,能较好地将谷氨酸发酵过程中葡萄糖浓度稳定在12~21 g/L。比较恒定葡萄糖浓度补料工艺与pH反馈补料工艺发现,采用pH反馈补料工艺进行发酵,葡萄糖转化率、谷氨酸产酸速率分别提高了9.06％和17.5％左右,同时发酵周期缩短2 h以上。     

电子嗅在线反馈控制毕赤酵母糖化酶发酵过程中甲醇浓度新方法的应用

探索了电子嗅传感仪直接通过发酵尾气进行发酵液中甲醇浓度在线检测的方法,建立了毕赤酵母表达糖化酶过程中甲醇浓度的自动化反馈补料控制模型,可准确实现发酵过程中甲醇浓度的精确控制;研究表明,当利用电子嗅将培养液中甲醇浓度稳定控制在(890±35)ppm水平下,发酵诱导培养到128h时目的蛋白糖化酶酶活达到了8 153U/ml,与甲醇浓度控制在(350±26)ppm时的发酵水平相比提升了48.8%。该方法具有无需前处理、与发酵液非接触、快速和准确性的优点,为提升工程酵母在工业发酵培养过程工艺的优化控制具有重要的指导作用。     

固态间歇补料乙醇生料发酵新工艺

浓醪发酵是酒精生产的发展方向。与现行酒精厂普遍采用的热蒸煮工艺相比, 生料发酵技术的发展使得浓醪发酵更容易进行。本研究首次在生料发酵中直接采用固态原料间歇补料, 比较了STARGENTM生淀粉水解酶间歇补料工艺和传统无补料工艺, 并对不同补料方式进行了研究。结果表明: 与传统无补料生料发酵工艺相比, 在相同的干基配料浓度30%、相同的生料酶添加量0.22%(W/W)的条件下, 采用15%的起始配料浓度、发酵15~25 h进行间歇补料的新工艺, 酒精产量从17.06%提高到18.50%。该间歇补料优化工艺的建立, 丰富了生料发酵技术的应用。     

重组毕赤酵母高密度发酵生产内切型纤维素酶的条件优化

为优化内切型纤维素酶高密度发酵工艺条件,在7.5L发酵罐高密度发酵条件下,研究内切型纤维素酶表达量以及毕赤酵母胞外蛋白酶合成水平的影响因素。研究表明:经340mL甘油补料发酵后,在甲醇诱导阶段,pH为5.0,温度为25℃,利用甲醇检测流加控制器控制甲醇体积分数为0.33%～0.35%时,EGI表达量可达421.1IU/mL,比采用固定甲醇流加速率的发酵方法提高了1.49倍。     

重组毕赤酵母高密度发酵表达H5N1禽流感病毒糖蛋白

在10L发酵罐中,对高致病性禽流感病毒H5N1糖蛋白HA1在重组毕赤酵母中的表达发酵工艺进行了研究。通过分批补料培养方法探讨不同培养温度、诱导温度、补料方式、微量元素等因素对菌体的生长以及重组蛋白表达和活性的影响。结果表明,菌种培养和诱导温度均为25oC时,菌体的生长、分泌表达量和与广谱中和抗体的反应活性较好;微量元素是影响重组HA1蛋白生物活性的重要因素;通过优化高密度发酵工艺,H5N1病毒糖蛋白HA1在发酵罐中的表达量比摇瓶培养提高10.5倍,达到约120mg/L,为大规模制备高致病性禽流感病毒的HA1蛋白奠定了基础。     

模式识别在锌酵母发酵工艺优化控制中的应用

发酵过程是一个复杂的多元体系。对其工艺条件优化和控制的数学定量化程度还较低。本文尝试将模糊集和模式识别的理论和方法引入发酵过程研究。以锌酵母发酵工艺条件优化为目的,获得了酵母产量高、糖转化率高及残糖浓度低等诸因素综合考虑的优化控制区。1 材料与方法     

溶氧对L-苏氨酸发酵的影响

探索溶氧对L-苏氨酸发酵过程的影响及其控制方法。通过摇瓶装液量试验、不同溶氧控制方式考察发酵过程中溶氧对L-苏氨酸合成的影响。采用补料分批发酵工艺发酵L-苏氨酸,利用氨基酸分析仪测定发酵液中L-苏氨酸的产量,通过10L罐补料分批发酵36h,产酸可达118.9g/L,糖酸转化率为47.6%。可以得出溶氧对L-苏氨酸生物合成有重要影响,并建立了最佳溶氧控制条件。     

毕赤酵母高密度表达重组猪胰岛素前体的研究

对摇瓶和50L罐上的重组菌毕赤酵母(Pichia pastoris)表达猪胰岛素前体(PIP)的发酵过程进行了研究。摇瓶发酵中,最佳诱导周期为60 h左右,诱导期甲醇的最佳加入量为每日2．0%～2．5%。50L发酵过程分为批发酵、补料和诱导表达3个阶段。生长期(批发酵和补料阶段)细胞干重与培养时间的关系可用模型y= 0．6525e~(0．1909t)来描述。在批发酵阶段和补料阶段,流加的氨水和甘油几乎全部用来合成菌体和维持,没有其他副产物产生。诱导表达阶段流加的氨水和甲醇分别约有80%和70%被菌体利用。将摇瓶与发酵罐的实验结果进行了比较,发现摇瓶发酵的限制因子很可能是溶氧,而罐发酵的限制因子为碳源,因此,将摇瓶实验的结果放大到发酵罐时调整了控制策略,加大了甲醇的补料速率,最终PIP浓度达到1．72g/L。     

分批补料对木糖发酵生产乙醇的影响

以树干毕赤酵母为发酵菌种,纯木糖为发酵底物,通过分批补料来提高糖利用率以及乙醇得率。结果表明,在24h内,最佳初始木糖浓度为80g/L,在28h的发酵周期中,可以将木糖浓度提高至90g/L,在32h发酵周期内可以将木糖浓度提高至100g/L。通过分批补料,乙醇浓度得到明显提高。当总糖浓度分别为80g/L、90g/L时,24h发酵周期内,分批补料次数以1次为宜,乙醇浓度分别达30.95g/L、32.60g/L,相比于不补料即一次性投料,乙醇浓度分别提高了9.36%、9.18%。总糖浓度100g/L,28h发酵周期内,补料2次效果最佳,乙醇浓度达37.49g/L,比一次性投料下提高了10.36%,较一次性投料达到相同发酵效果缩短了4h。     

谷氨酸发酵过程葡萄糖自动流加系统

补料（流加葡萄糖）操作是谷氨酸发酵过程最重要的操作之一,工业上有各种各样的补料操作方法。控制葡萄糖浓度于一个较为平稳且适中的水平有利于提高谷氨酸发酵的性能指标。通过在线计量谷氨酸发酵中的氨水耗量并据此在线推定发酵液中的葡萄糖浓度,构建了一个谷氨酸发酵自动在线补料系统。使用该控制系统,谷氨酸发酵过程的葡萄糖浓度可以控制在任意水平,平稳、无波动的谷氨酸发酵可以得到实现。     

氮源种类及溶氧水平对锁掷酵母产类胡萝卜素组分的影响

在锁掷酵母（Sporidioboluspararoseus）发酵产类胡萝卜紊的过程中,发酵产物中类胡萝卜紊种类繁多,而且性质相似,加大了不同色素分离纯化的难度。为定向积累不同种类的类胡萝卜素,以本实验室保藏锁挪酵母JD-2为出发菌,研究了氮源种类和浓度及溶氧对锁掷酵母产类胡萝卜素的影响,并在7L发酵罐中进行了补料分批发酵试验。发现培养基中同时添加有机氮源和无机氮源且溶氧控制较低（5％）时有利于β-胡萝卜素的大量积累,最佳有机氮源和无机氮源分别为玉米浆（20g／L）、硫酸铵（5g／L）。补料分批发酵时β-胡萝卜素产量达到31．28mg／L,红酵母烯12．38mg／L。培养基中只添加有机氮源且相对溶氧控制相对较高（30％）时有利于红酵母烯的大量积累,最佳有机氮源为酵母膏（20g／L）。补料分批发酵时红酵母烯产量达到38．96mg／L,8．胡萝卜素12．36mg／L。     

新型重组毕赤酵母产人胰岛素前体的表达工艺研究

以毕赤酵母为异源表达宿主合成人胰岛素前体,在实验室研究和工业生产中已有广泛应用。目前研究主要使用天然甲醇诱导型AOX1启动子,以甲醇为单一基础碳源进行胰岛素前体的诱导发酵生产。但在毕赤酵母高密度发酵生产过程中,甲醇代谢过程耗氧大、产热高,补料控制工艺复杂,限制了发酵生产的放大。基于前期对启动子AOX1的转录调控设计研究,提出以人工设计的高效组成型转录调控器件CSAD_5驱动胰岛素前体基因表达,开发了以葡萄糖为碳源的发酵生产工艺,以解决甲醇体系中的产热、耗氧及工艺控制问题。在此基础上,通过增强筛选压力提高异源基因拷贝,获得了一株胰岛素前体高表达重组毕赤酵母,利用优化的培养工艺在5L反应器水平发酵生产,胰岛素前体产量在108h达到1. 85g/L,为目前报道以葡萄糖为碳源,生产人胰岛素前体的最高水平,为胰岛素前体的工业生产及毕赤酵母的应用提供了新的思路和方法。