微小型生物反应器及其在生物医药领域的应用展望

微小型生物反应器体积微小但在线分析检测和过程控制功能媲美台式装备。其核心支撑技术包括一次性材料及微加工技术、非接触式光学传感器、自动化以及实验设计 (DOE)、数据分析软件与过程控制的整合。由于体积微小、湍流程度和单位能耗较低,微小型反应器内的混合、传质、剪切特性与工业规模设备有一定的区别。现阶段微小型生物反应器主要用于菌株和细胞系筛选和工艺优化,在实现高通量工艺的同时确保了数据的丰度,对缩短研发周期和加速产品上市,尤其是在应对突发性传染性疾病方面有着重要的意义。未来,精准医疗概念的落实也依赖功能柔性化的微小型生物反应器系统。     

黑曲霉固态发酵生产酸性β-甘露聚糖酶

以黑曲霉WA301为生产菌固态发酵生产酸性β－甘露聚糖酶,较适的培养基组成和培养条件为：麸皮10g,魔芋粉0.4g,豆饼粉1.5g,硫酸铵0.2g,起始湿度55％,pH自然,发酵温度35℃,发酵周期约96h。在此条件下,WA301的酸性β－甘露聚糖酶产率为950U／g干曲左右。     

嗜盐四联球菌arc operon多拷贝基因在精氨酸代谢中的作用

【背景】嗜盐四联球菌(Tetragenococcus halophilus)是一类存在于发酵食品中的耐盐乳酸菌,研究其精氨酸(arginine,Arg)代谢对解析食品发酵过程中氨基甲酸乙酯(ethyl carbamate,EC)前体积累机制和保障食品安全具有重要意义。【目的】研究酱醪来源嗜盐四联球菌精氨酸脱亚氨基(arginine deiminase,ADI)途径的基因构成,揭示这些基因对菌株精氨酸代谢和氨基甲酸乙酯前体瓜氨酸(citrulline,Cit)利用与积累的影响。【方法】采用PCR扩增与测序分析不同菌株的ADI途径基因组成,通过比较ADI途径关键基因转录水平和关键酶活性,探究环境因素对嗜盐四联球菌代谢氨基酸能力的影响及各拷贝基因参与氨基酸代谢的功能。【结果】酱醪来源嗜盐四联球菌基因组中ADI途径基因类型主要有两大类：以菌株R23为代表含有完整arc操纵子(operon)基因且具有最多基因拷贝数;以菌株C3为代表缺失arcA和arcB但含有多拷贝arcB和arcC。基因组中有arcA的菌株才具有利用精氨酸能力,并通过利用精氨酸生成瓜氨酸。体系中精氨酸含量和乙醇与脂肪酸的存在均可影响嗜盐四联球菌利用精氨酸积累中间产物瓜氨酸。当精氨酸含量大于5 g/L或体系中含有乙醇与脂肪酸时,嗜盐四联球菌会利用精氨酸积累中间产物瓜氨酸。脂肪酸和乙醇对ADI途径的3个关键酶均有显著抑制作用,可使精氨酸脱亚氨基酶(arginine deiminase,ADI)、鸟氨酸氨甲酰基转移酶(ornithine transcarbamylase,OTC)和氨甲酰磷酸激酶(carbamate kinase,CK)的活性分别降低41.0%、46.4%和60.0%。嗜盐四联球菌中arcB转录水平分别是其拷贝arcB₁和arcB₂的10.5倍和29.8倍,arcC的转录水平分别是arcC₁、arcC₂、arcC₃的17.6、20.3、23.9倍,说明arcB和arcC在瓜氨酸代谢中起主要作用。【结论】精氨酸含量和乙醇加脂肪酸是影响嗜盐四联球菌代谢精氨酸能否积累瓜氨酸的关键环境因素。嗜盐四联球菌arc operon的多拷贝基因中,arcB和arcC基因在瓜氨酸代谢中起主要作用。     

不同时期窖泥理化因子、风味物质和细菌组成的相关性

【背景】窖泥品质是影响浓香型白酒质量的重要因素之一,窖泥的理化特性、微生物群落结构和风味物质等与窖泥的品质有关。【目的】揭示不同时空浓香型白酒窖泥理化因子、细菌群落结构和挥发性风味物质三者之间的关系。【方法】比较演替期(10年)和成熟期(30年)的窖泥理化因子,利用顶空固相微萃取-气相色谱质谱联用分析窖泥中挥发性风味物质,采用PacBio SMRT高通量测序分析窖泥细菌组成,通过Spearman相关性分析法分析三者间的相关性。【结果】成熟期窖泥的含水量、有效磷和有效钾及己酸、己酸乙酯、丁酸乙酯等关键风味物质含量均高于演替期窖泥,乳酸和己醇等物质含量则低于演替期窖泥。演替期窖泥中丰度最高的是拟杆菌纲的嗜蛋白菌属(Proteiniphilum)和理研菌属(Petrimonas),而成熟期窖泥中丰度最高的是梭菌纲的己酸菌属(Caproiciproducens)和梭菌属(Clostridium)。梭菌纲微生物(Caproiciproducens和Clostridium等)与窖泥中己酸和己酸乙酯等风味物质呈正相关,与乳酸呈负相关。窖泥理化特性对关键风味物质和梭菌纲大多数菌属有直接或间接影响,其中...     

转氨酶产生菌的筛选鉴定及其摇瓶发酵条件的优化

从土壤中分离到1株具有支链氨基酸转氨酶活性,且亮氨酸转氨酶活性较高的菌株WJ44.通过观察形态特征、生理生化实验以及16S rRNA序列的比对和系统发育分析,鉴定其为蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus).经过对产酶条件的优化,确定最佳摇瓶产酶条件为:葡萄糖20 g/L,蛋白胨15 g/L,牛肉膏5 g/L,玉米浆15 g/L,KH2PO43 g/L,MgSO4·7H2O 0.5 g/L,初始pH 7.0,培养温度37℃,装液量20 mL/250 mL三角瓶,摇床转速200 r/min.WJ44菌株在最佳产酶条件下培养10 h其亮氨酸转氨酶酶活即可达到45.787 U/mL,菌体干重8.643 g/L,分别比原来提高了54%与10%,是一株产酶和生长性能较佳的菌株.     

发酵法生产L-异亮氨酸的溶氧控制策略

研究了溶氧对Brewibacterium lactofermentation分批发酵生产L-异亮氨酸（Ile）的影响,提出了前10h恒700d/min以维持溶氧在35％以上,10h后调至600r／min以维持溶氧在15％～20％的两阶段供氧控制模式。与对照相比,获得了较高的产率（0．094g／g）和糖耗速度（4．76/L·h）,在较短时间内（52h）获得较高的Ile产量（23．3g／L）,比结果最好的单一搅拌转速（600r/min）提高11．6％。生产强度（0．448d/L·h）比恒定搅拌转速（500、600、700、800r/min）控制下的过程分别提高了83．6％、28．7％、44．9％、35．7％。最后采用代谢通量分析对该结果产生的原因进行了定量解释。     

不透明红球菌转化合成α-酮异己酸培养基优化

利用基于统计学的方法对不透明红球菌(Rhodococcus opacus)DSM 43250转化合成α-酮异己酸(KIC)的培养环境进行优化。采用Plackett-Burman(PB)设计筛选获得对KIC产量具有显著影响的关键营养因子:(NH4)2SO4、麦芽膏和NaNO3。通过最陡爬坡实验、Box-Behnken实验设计和SAS软件回归分析建立了KIC产量关于3个关键营养因子的二次多项式模型,并以模型求解确定最佳培养条件(g/L):(NH4)2SO4 0.23,麦芽膏2.42,NaNO3 1.43。在此培养条件下,KIC的理论最高产量为23.98 mg/L,在验证实验中KIC最高产量为23.93 mg/L,比优化前(3.72 mg/L)提高了6.43倍。