L-缬氨酸的发酵工艺研究

目的:以黄色短杆菌XV0505为生产菌株,探讨发酵培养基和发酵控制条件对L-缬氨酸的产量和糖酸转化率的影响。方法:应用单因素实验确定发酵的工艺条件;利用纸层析-色斑洗脱比色法测定发酵液中L-缬氨酸的含量。结果:在最优发酵条件下,通过10L罐流加发酵72h,产酸量可达53.4g/L,糖酸转化率为26.7%,分别比补料分批发酵提高11.9%和3.5%。结论:环境因子和发酵控制工艺对发酵生产L-缬氨酸具有重要影响。     

苹果酸对L-谷氨酸发酵代谢流迁移的影响

为更全面深入地理解细胞内谷氨酸代谢的调控机制,以黄色短杆菌GDK-9为供试菌株,应用MATLAB软件和代谢流分析方法定量研究添加苹果酸后L-谷氨酸发酵中、后期胞内的代谢流迁移。在L-谷氨酸发酵中、后期添加2．0g／L苹果酸后,合成副产物L-丙氨酸和乳酸的代谢流量明显减少,分别降低了22．1％和16．5％,EMP途径和乙醛酸循环的代谢流分别减少了2．26％和9．09％,HMP途径的代谢流增加了2．26％,而L-谷氨酸生物合成的代谢流从73．59％增长至79．92％,较未添加前提高了6．33％。添加适量苹果酸能使关键节点发生代谢流迁移,提高了L-谷氨酸合成中心代谢途径的代谢流量。     

NH4+浓度对黄色短杆菌XV0505发酵生产L-缬氨酸的影响

以L-缬氨酸(L-Val)生产菌黄色短杆菌XV0505为供试菌株,以(NH4)2SO4为唯一添加N源,考察不同NH 4+浓度对发酵过程中菌体干质量、L-Val产量和葡萄糖消耗速率以及菌体内代谢流量的影响。研究表明:NH 4+浓度过高或不足都会影响发酵水平,降低L-Val的产量。合适的初始NH4+浓度为225 mmol/L,产酸期NH4+维持浓度为35 mmol/L时,有利菌体产酸。在此NH4+浓度下,在30 L发酵罐发酵60 h,发酵液中菌体生物量和L-Val质量浓度分别可达22.35和59.12 g/L。     

解淀粉芽胞杆菌关键酶基因过表达对鸟苷积累的影响

【目的】研究鸟苷生物合成途径中的3个关键酶编码基因(prs,purF,guaB)过表达对解淀粉芽胞杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)发酵生产鸟苷的影响。【方法】利用穿梭表达载体PBE43,构建含有prs、purF和guaB基因的单独表达载体和prs、purF基因的串联表达载体,将它们分别转入鸟苷生产菌B.amyloliquefaciens TA208后,通过实时定量PCR测定各工程菌株内相关基因的转录水平;通过酶活检测分析关键酶基因扩增对肌苷酸脱氢酶活性的影响;通过摇瓶发酵实验考察工程菌株与对照菌株的生长、耗糖和鸟苷积累情况。【结果】转录分析结果表明prs、purF和guaB基因过表达的同时都伴随着自身转录水平的显著上调。与此同时,prs和purF基因单独表达均轻微下调了嘌呤操纵子的转录水平,但是guaB基因的过表达并不影响嘌呤操纵子和prs基因的转录。酶活分析结果表明prs和purF基因扩增并不影响肌苷酸脱氢酶的活性,guaB基因的扩增使其活性提高了126%。摇瓶发酵实验发现prs和purF基因的单独过表达均未促进宿主菌合成鸟苷,而含guaB基因过表达载体的工程菌鸟苷产量较出发菌株提高20.7%。将prs和purF基因串联表达后,鸟苷产量提高14.4%,糖苷转化率增加6.8%。【结论】过表达guaB基因能够大幅提高鸟苷产量,而prs和purF基因只有实现协同表达才能对宿主菌积累鸟苷产生积极影响,为通过代谢工程技术提高鸟苷产量奠定了研究基础。     

过表达carAB和pyrBI对大肠杆菌发酵胞苷的影响

为了考察氨甲酰磷酸合成酶和天冬氨酸氨甲酰转移酶对大肠杆菌发酵生产胞苷的影响,以E. coli A39 (△cdd)基因组为模板克隆carAB和pyrBI并与载体pSTV28连接构建出重组质粒pSTV28-carAB和pSTV28-pyrBI,将这两个重组质粒分别转入出发菌株A39 (△cdd)后,通过摇瓶发酵研究重组质粒对菌体的生长、胞苷和尿苷产量及副产物乙酸积累的影响。结果显示,工程菌E. coli A39-AB和A39-BI的胞苷产量分别为583.5 mg/L、408.4 mg/L,与出发菌株相比,分别提高了85.3%、29.7%。这说明过表达操纵子基因carAB和pyrBI均可促进胞苷的积累。     

溶氧对L-缬氨酸发酵过程的影响

目的:以黄色短杆菌XV0505为供试菌,探索溶氧对L-缬氨酸发酵过程的影响及其控制策略。方法:利用5L发酵罐,考察了不同溶氧浓度对L-缬氨酸发酵的影响,并采用代谢流分析对其结果进行阐述,提出分阶段溶氧控制策略。结果:采用分阶段溶氧控制策略,即在0～24h溶氧浓度为20%,24～60h溶氧浓度为5%,发酵60h,L-缬氨酸可达到58.36g/L,比5%和20%溶氧浓度下分别提高了18.95%和13.56%。结论:溶氧浓度对L-缬氨酸发酵有重要影响。     

枯草芽孢杆菌嘌呤核苷磷酸化酶酶学性质研究及在利巴韦林酶法合成中的应用

利用PCR技术从枯草芽孢杆菌基因组DNA中扩增出其编码嘌呤核苷磷酸化酶的两种基因deoD和punA,构建工程菌并采用金属螯合层析纯化PNP₇₀₂和PNP₈₁₆,酶学性质研究表明:二者具有一致的最适反应温度(60℃)和最适反应pH值(7~8),PNP₈₁₆磷酸解肌苷的催化效率(k_cat/K_m)比PNP₇₀₂高出11.12倍。底物特异性试验表明:PNP₇₀₂为高分子量的六聚体,而PNP₈₁₆为低分子量的三聚体。分别以纯化酶和工程菌菌体为酶源,以肌苷或鸟苷为核糖基供体,TCA(1,2,4-三氮唑-3-甲酰胺)为底物,酶法合成核苷类抗病毒药物利巴韦林,PNP₈₁₆和工程菌XL-Blue(pPNP₈₁₆)较PNP₇₀₂和工程菌XL-Blue(pPNP₇₀₂)具有更高的催化速度和底物转化率,表明来源于微生物的低分子量的三聚体PNP在核苷类药物和中间体微生物酶法合成中具有更高的应用价值。     

不同溶氧条件下L-苏氨酸生物合成菌株的代谢流量分析

[目的]探索L-苏氨酸生物合成机理及影响因素.[方法]建立了大肠杆菌L-苏氨酸的代谢流平衡模型,应用MATLAB软件计算出不同溶氧条件下发酵中后期代谢网络的代谢流分布及理想代谢流分布.[结果]5%溶氧条件下,25.5%碳架进入HMP途径,74.5%碳架进入糖酵解途径,获得33.9%质量转化率;20%溶氧条件下,58.08%碳架进入HMP途径,41.92%碳架进入糖酵解途径,获得46.5%质量转化率;[结论]与理想代谢流(88.23%质量转化率)相比,应从菌种改造和发酵控制方面通过改变6-磷酸葡萄糖异构酶借以增加HMP途径代谢流量,通过增加磷酸烯醇式丙酮酸羧化反应代谢流提高天冬氨酸族合成代谢流,减少TCA循环代谢流量,从而达到减少副产物生成,增加L-苏氨酸生物合成的目的.     

从发酵液中高效提取L-缬氨酸的工艺研究

目的:利用有机膜过滤和离子交换法分离提取发酵液中的L-缬氨酸。方法:通过有机膜过滤,除去发酵液中的菌体及蛋白,滤液浓缩结晶获得L-缬氨酸产品,通过离子交换法从结晶母液中回收部分L-缬氨酸。结果:确定了有机微滤膜和超滤膜去除发酵液中菌体蛋白和色素的操作条件;确定了采用离子交换法提取L-缬氨酸的操作条件:选择732强酸性阳离子树脂,料液pH值为3.0左右,用0.4 mol/L的氨水以1.0 mL/min的速度洗脱,L-缬氨酸的收率为89.2%。结论:通过有机膜过滤和离子交换法分离提取发酵液中的L-缬氨酸,可以提高提取收率和产品质量。     

NH4+对L-色氨酸发酵的影响

目的:探究NH₄⁺浓度对大肠杆菌E.coli TRTH发酵生产L-色氨酸的影响。方法:通过外源添加试验,利用30 L发酵罐进行分批补料发酵试验,考察E. coli TRTH发酵生产L-色氨酸过程中生物量、L-色氨酸产量、有机酸含量、耗糖速率、发酵液中NH₄⁺浓度及质粒稳定性变化。建立了大肠杆菌合成L-色氨酸的代谢流平衡模型,应用 MATLAB 软件计算出E. coli TRTH发酵中后期代谢网络的代谢流分布。结果:发酵结果显示,利用NaOH和氨水混合补料,控制NH₄⁺浓度在120 mmol/L以下,菌体能够以较长时间和较高比生长速率保持对数生长,最终菌体生物量和L-色氨酸产量分别提高了12.16%和19.80%。随着NH₄⁺浓度的增加,发酵液中丙酮酸、乳酸及乙酸浓度均略有增加,细胞质粒稳定性下降。控制NH₄⁺浓度在120 mmol/L以下,E. coli TRTH发酵生产L-色氨酸的代谢流量分析结果表明,EMP途径的代谢流量降低7.31%,PP途径的代谢流量增加7.14%,TCA循环的代谢流量降低22.04%。结论:高浓度的NH₄⁺导致菌体生长提前结束,耗糖速率降低,产酸受阻,控制NH₄⁺浓度在120 mmol/L以下,解除了NH₄⁺对菌体生长和产物生成的抑制,使得菌体生物量和L-色氨酸产量大幅提高,实现了高密度发酵培养的目的。