肝素C5异构酶的表达优化及分子改造

肝素和硫酸乙酰肝素是一类应用于临床抗凝血的糖胺聚糖。肝素葡萄糖醛酸C5异构酶(Heparosan-N-sulfate-glucuronate 5-epimerase,C5,EC 5.1.3.17) 是肝素和硫酸乙酰肝素合成过程中重要的修饰酶,催化N-硫酸化肝素前体 (N-sulfoheparosan) 的D-葡萄糖醛酸 (D-GlcA) 上5号位羧基翻转生成L-艾杜糖醛酸 (L-iduronic acid,L-IdoA)。文中以大肠杆菌Escherichia coli为宿主对斑马鱼来源的肝素葡萄糖醛酸C5异构酶基因Glce进行重组表达优化与分子改造。比较了3种不同的表达载体pET20b(+)、pET28a(+) 和pCold Ⅲ对C5表达的差异情况,其中以嗜冷启动型载体pCold Ⅲ表达酶活最高,达到(1 873.61±5.42) U/L。为了进一步提高C5的可溶表达量,在N端融合促溶标签SET2后,可溶蛋白表达量比对照提高了50%,酶活达到 (2 409.25±6.43) U/L。在此基础上,通过理性设计对底物结合口袋进行定点突变,获得最优突变体 (V153R) 的酶活和比酶活分别为 (5 804.32±5.63) U/L和(145.14±2.33) U/mg,是原始酶的2.41倍和2.28倍。肝素C5异构酶改造与表达优化为酶法催化合成肝素奠定了基础。     

在线推定和控制葡萄糖浓度改善谷氨酸发酵性能

谷氨酸发酵过程一般需要定时、人工分批式地添加葡萄糖。该流加操作方式会引起发酵罐内葡萄糖浓度的剧烈波动, 不利于高效、稳定的谷氨酸生产。谷氨酸发酵具有显著的非增殖耦联特征, 产酸期葡萄糖耗量与氨水耗量存在非常明显的关联性。通过在线计量氨水耗量推定糖耗以及葡萄糖浓度, 可比较准确地将谷氨酸发酵产酸期的糖浓度控制在预先设定的水平。当糖浓度控制在5 g/L~10 g/L的低水平时, 最终谷氨酸浓度可以达到80 g/L的较高水平, 高糖浓度下的渗透压效应有望得到缓解, 有利于发酵生产的稳定。     

生物柴油耦联丙酮丁醇发酵的初步研究

以4种生物柴油(原料为地沟油、菜籽油、棕榈油和废肯德基油)作为萃取剂,开展了丙酮丁醇静态萃取发酵。通过分析发酵过程中的产气量及发酵40 h后油水两相中的溶剂浓度,发现生物柴油对丙丁梭菌有毒性。另外,静置条件下丁醇在不同油水两相中的液液平衡系数大致相同。在发酵24 h时加入棕榈生物柴油(油水体积比为0.4∶1),丁醇发酵强度达到最大值0.213 g.(L.h)-1、比对照(传统发酵)提高10.9%,且生物柴油中的丁醇质量浓度达到6.44 g.L-1。     

混合碳源发酵生产头孢菌素C过程优化

本文对头孢菌素C（Cephalosporin C,CPC）发酵过程中碳源补料控制策略进行了优化研究,提出了一种基于DO—Stat的混合碳源流加策略,提高了发酵整体性能。在7L发酵罐上对使用该策略和传统补油策略的头孢菌素发酵性能进行比较,结果表明,采用补加混合碳源（葡萄糖＋豆油）策略时,CPC终浓度最高,达到36．99g／L,CPC得率也从使用传统单纯补油策略时的11．39％提高到22．19％,代谢副产物去乙酰氧头孢菌素C（DAOC）的积累量少,DAOC／CPC只有0．38％,达到生产要求。     

基于基因组序列的树干毕赤酵母生理特性解析

树干毕赤酵母作为一种潜在的纤维素乙醇生产菌株,有其独特的生理优势。然而与酿酒酵母生产乙醇相比,树干毕赤酵母生产纤维素乙醇还存在着诸多阻碍。为了从细胞整体水平进一步解析树干毕赤酵母的生理代谢特征,基于树干毕赤酵母的全基因组序列,利用生物信息学的分析算法,分别解析了树干毕赤酵母与酿酒酵母代谢网络的异同;利用流量平衡分析(FBA)验证了C源生长表型;预测了158个生长必需反应;鉴定了364个转录因子并对重要调控蛋白的功能进行了分析。     

利用以废弃毕赤酵母为氮源的丁酸发酵上清液和葡萄糖高效生产具有高丁醇/丙酮比特征的生物丁醇

【背景】生物丁醇是高效的液态燃料。丁醇发酵,也称丙酮-丁醇-乙醇(Acetone-Butanol-Ethanol,ABE)发酵,其发酵的产品是丁醇、丙酮和乙醇的混合物,主产物丁醇与主要副产物丙酮的质量比率(B/A比)约为2.0。【目的】丁酸是ABE发酵合成丁醇的重要前体物质,以丁酸/葡萄糖为双底物可以高效生产具有以高B/A比为特征的丁醇,提高ABE发酵产品的品质。【方法】7L厌氧发酵罐下,以玉米淀粉/废弃毕赤酵母处理液为原料得到的丁酸发酵上清液与葡萄糖溶液直接复配作为ABE发酵培养基,并按需要在发酵途中添加该上清液和浓缩葡萄糖溶液。【结果】与使用150 g/L玉米淀粉的传统ABE发酵相比,丁醇浓度保持在12.7-12.8 g/L的较高水平,B/A比从2.0大幅提高到4.4-5.0,丁醇对总碳源的得率从0.32-0.34提升至0.39-0.41 (摩尔基准),丁酸/葡萄糖质量消耗比高达37%-53%。【结论】ABE发酵性能的改善得益于丁酸发酵上清液中丁酸、寡糖和氨基酸等得到了有效利用,NADH利用效率大幅提高。该发酵策略节省了ABE发酵的原料和操作成本,大幅降低了丁酸发酵上清液中残存的寡糖浓度,还可根据市场供需和产品价格变化的状况实现发酵产品的多样性和生产操作的灵活性,具有良好的经济和环保意义。     

添加表面活性剂改善丁醇萃取发酵性能

研究了各种表面活性剂对丁醇萃取发酵的影响。丁醇发酵中有大量H2、CO2气体生成,生成的气泡携带发酵溶剂产物（丁醇、丙酮）进入萃取液相,促进了水相中发酵毒性产物向萃取液相的移动。研究发现,表面活性剂可以降低气-液膜的表面张力,促使大气泡破碎,从而使发酵产气以较小气泡的形式穿过萃取液相。添加表面活性剂可以强化发酵溶剂产物从水相到萃取相的移除速度,缩短发酵产物在油水两相中达到平衡的时间。有利于提高发酵生产强度。以地沟生物柴油为萃取剂,吐温-80的添加量为质量分数0．140％时,与对照相比（无表面活性剂的萃取发酵）,相同发酵时间内萃取相中丁醇体积分数提高了21．2％．总溶剂生产强唐也提高了16．5％．     

环境条件对丙酮酸分批发酵的影响

考察了搅拌转速、pH和温度对丙酮酸分批发酵的影响。高转速（500r／min）下,丙酮酸产率较高（71％）,但葡萄糖消耗速度较慢（1．23g／（L·h））;低转速（300r／min）下,细胞消耗葡萄糖的速度加快（1．95g/（L·h））,而丙酮酸产率（0．48％）却明显下降。将搅拌转速恒定在400r／min可在一定程度上获得较高的丙酮酸产率（0．62％）和葡萄糖消耗速度（1．66g／（L·h））。CaCO3调节pH时,较多碳流从丙酮酸节点转向α-酮戊二酸节点和细胞生长,最终丙酮酸产量比NaOH调节pH时的发酵结果低38．7％;NH3·H2O调节pH时最终细胞浓度和丙酮酸产量仅为NaOH调节时的77．8％和90．9％。pH5．5时最利于丙酮酸的合成。较高的发酵温度加速T.glabrata积累丙酮酸,但同时会导致α-酮戊二酸的提前积累;而较低的温度下甘油和α-酮戊二酸积累较少,丙酮酸发酵的最适温度为28～30℃。     

木薯和玉米原料丁醇发酵中丁醇丙酮质量比的图论理论计算及其验证

在丁醇发酵产溶剂阶段,乙酸和丁酸的生成途径、消耗途径同时存在,各自形成一个闭环路径。本研究利用图论对丁醇发酵中丁醇丙酮质量比进行了理论计算,并对以木薯和玉米为原料的丁醇发酵进行了模拟计算,结果表明:丁酸闭环路径(L2环)的代谢强度是影响丁醇丙酮质量比的主要因素,并且L2环的代谢强度越弱,丁醇丙酮质量比越高;与玉米原料丁醇发酵相比,木薯原料发酵的m(丁醇)/m(丙酮)提高了16.7%。实验结果证实了以上计算结果:在传统发酵、油醇萃取发酵和生物柴油萃取发酵中,以木薯(适时添加酵母浸粉)为原料的发酵批次与以玉米为原料的发酵批次相比,由于其丁酸闭环路径代谢强度较弱,相应发酵方式下丁醇丙酮质量比分别提高了12.9%、61.4%和6.7%,而且两种原料相应发酵方式的丁醇总产量和生产效率基本持平。另外,高丁醇丙酮质量比的木薯发酵所得改良型生物柴油中丁醇浓度与玉米发酵的相比提高了16%,性能得到进一步提高。