乙酸渗漏型丙酮酸高产菌的选育

对Torulopsis glabrata WSH-IP303进行NTG诱变,挑选以乙酸为补充碳源的平板上透明圈较大的菌落,经初筛和复筛,发现T.glabrataWSH-LQ307生产丙酮酸能力强且稳定。以乙酸为补充碳源摇瓶培养48h,其丙酮酸产量（46.2g/L)比出发菌株（38.3g/L)提高21%,采用该菌株在5L发酵罐上进行4批发酵实验,丙酮酸产量在64h最高可达68.7g/L,对葡萄糖的转化率为0.651g/g。     

脂肪酶高产菌株选育和菌种库的建立

从山东省济南市植物油厂、肉联厂、乳品厂、菜市场等处的含油土壤中分离筛选到80余株脂肪酶活性较高的产生菌,包括细菌、霉菌、酵母等各种类型,我们对其中的部分菌株进行了形态学及酶学性质的初步研究。一株酶活较高的菌株Y-11经鉴定为丝孢酵母属（Trichosporon）,用紫外线及亚硝酸对其进行了双重诱变、然后用制霉菌素及琥珀酸钠筛选耐药性突变株,使酶活提高155%,并将筛选到的菌株建立一个能够产生各具特色的脂肪酶的菌种库,为今后进一步开展脂肪酶应用研究打下基础。     

定向选育衣康酸高产菌株的研究

以衣康酸生产菌土曲霉Ａ９００２为出发菌株,经紫外线及亚硝基胍复合诱变后再行定向选育,即在以衣康酸为唯一碳源的培养基中富集不能同化衣康酸的菌种,将将它们涂布在含乌头酸酶抑制剂（单氟醋酸）的高糖、高衣康酸平板培养基上,最后从中而筛选出一支衣康酸氧化酶弱,乌头酸酶活强,并耐自身代谢产物的高产突变株Ａ９００３。此菌株在摇瓶培养７２ｈ后,产酸为９．２％,转化率为５８．１％,在１００ｍ＾３发酵罐生产性试验中,     

生物技术法生产丙酮酸的研究进展

丙酮酸是一种重要的有机酸,广泛应用于制药、日化、农用化学品和食品等工业中。相对于化工法生产的丙酮酸而言,生物技术法生产的丙酮酸具有低成本、高质量等优势。生物技术法生产丙酮酸主要包括发酵法和酶法,前者又包括直接发酵法和休止细胞法。在对比各种生产方法的基础上,考虑到球拟酵母属的多重维生素营养缺陷型菌株是目前最具竞争力的丙酮酸生产菌,因此重点介绍了发酵法生产丙酮酸在菌种、发酵条件优化等方面的研究进展,并给出了生物技术法将来可能的发展方向。      

碳酸钙促进丙酮酸发酵过程中α-酮戊二酸的形成

在多重维生素营养缺陷型菌株光滑球拟酵母CCTCC M202019发酵生产丙酮酸的摇瓶和发酵罐实验中发现,CaCO₃的添加对发酵液中α-酮戊二酸（α-KG）的积累有重要影响。在维生素浓度不变且供氧充分的前提下,延迟CaCO₃添加时间可明显抑制α-KG的产生,并提高丙酮酸与α-KG的碳摩尔比(C_PYR/C_αKG);而增加培养基中的CaCO₃浓度会导致αKG积累的增加。用不同物质调节发酵液中pH的实验证实：在丙酮酸发酵过程中, Ca²⁺对αKG的积累起主要作用,CO₃^2-起辅助作用,两者对α-KG的积累具有协同效应。维持培养基中CaCO₃浓度不变,改变培养基中硫胺素的浓度,对αKG的积累,特别是对C_PYR/C_α-KG值没有影响;而增加培养基中生物素的浓度,则导致αKG的浓度不断上升且C_PYR/C_α-KG值不断下降。当有Ca2+存在时,胞内丙酮酸羧化酶的活性最高可提高40%,而丙酮酸脱氢酶系的活性没有明显变化。结果表明,丙酮酸发酵过程中α-KG的形成是由于CaCO₃促进了丙酮酸羧化反应,其中Ca²⁺可显著提高丙酮酸羧化酶的活性,而CO₃^2-则有可能作为丙酮酸羧化反应的底物。     

添加TCA循环中间产物加速光滑球拟酵母积累丙酮酸

在维生素限制的条件下,研究了添加TCA循环中间产物对光滑球拟酵母多重维生素营养缺陷型菌株CCTCC M202019生长和积累丙酮酸的影响。该菌株能以TCA循环中间产物为唯一碳源进行生长,且在以葡萄糖、乙酸和TCA循环中间产物为复合碳源的平板上菌落数高于分别以葡萄糖和乙酸或TCA循环中间产物为唯一碳源时的菌落数。与其它TCA循环中间产物相比,草酰乙酸更能促进细胞的生长、提高丙酮酸产量和对葡萄糖的得率。草酰乙酸能够促进细胞生长,是因为T. glabrata CCTCC M202019菌株能够利用乙酸作为乙酰辅酶A供体。在含有100 g/L葡萄糖和6 g/L乙酸钠的培养基中再添加10 g/L草酰乙酸进行分批发酵实验,可使菌体浓度从11.8 g/L提高到 13.6 g/L,增长幅度为15%;丙酮酸对葡萄糖的得率(0.66 g/g)以及生产强度(1.19 g·L^{-1<、sup>·h-1<、sup>)分别高出6%和24%,使发酵结束时间提前8～12h。}     

维生素在丙酮酸过量合成中的重要作用

研究了烟酸、硫胺素、吡哆醇、生物素和核黄素对一株光滑球拟酵母(\%Torulopsis glabrata\%) WSH\|IP303以葡萄糖为碳源、以氯化铵为唯一氮源生产丙酮酸的影响。利用正交试验方法,确证了硫胺素是影响WSH\|IP303生产丙酮酸的最重要因素。在硫胺素浓度一定(0.01～0.015mg/L)的前提下,提高烟酸浓度有助于加快耗糖速度。当烟酸、硫胺素、吡哆醇、生物素和核黄素的浓度分别为8、0.015、0.4、0.04和01mg/L时,摇瓶发酵48h,丙酮酸产量和产率可分别达到52.4g/L和0525g/g。采用优化的维生素组合方式,进行2.5L罐分批发酵,在初糖浓度120g/L的条件下发酵57.5h,丙酮酸产量和产率分别达到69.4g/L和0593g/g,分别比摇瓶培养的最好结果提高了32.%和13%。     

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℃。     

L-谷氨酰胺高产菌株的定向选育及产胺条件的研究

谷氨酞胺(Gln)是L—谷氨酸γ—羧基酞胺化的一种氨基酸,其结构式为NH2OC—CH2－CH2－CH2COOH。它具有许多特殊的功能,科学家将其归类为条件必需氨基酸。当肌体生病时应补充更多的谷氨酞胺。尤其在治疗胃溃疡、十二指肠溃疡上有独特的疗效,也是一种很有发展前途的新药。但长期以来,药用谷氨酞胺一直处于紧缺状态,一方面由于难以找到高产且性能稳定的生产菌株,另一方面几乎都是在放大试验上遇到了困难^[1,2]。     

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.     

Manipulating the pyruvate dehydrogenase bypass of a multi-vitamin auxotrophic yeast Torulopsis glabrata enhanced pyruvate production

AIMS: To investigate the relationship between the activity of pyruvate dehydrogenase (PDH) bypass and the production of pyruvate of a multi-vitamin auxotrophic yeast Torulopsis glabrata. METHODS AND RESULTS: Torulopsis glabrata CCTCC M202019, a multi-vitamin auxotrophic yeast that requires acetate for complete growth on glucose minimum medium, was selected after nitrosoguanidine mutagenesis of the parent strain T. glabrata WSH-IP303 screened in previous study [Li et al. (2001) Appl. Microbiol. Biotechnol. 55, 680-685]. Strain CCTCC M202019 produced 21% higher pyruvate than the parent strain and was genetically stable in flask cultures. The activities of the pyruvate metabolism-related enzymes in parent and mutant strains were measured. Compared with the parent strain, the activity of pyruvate decarboxylase (PDC) of the mutant strain CCTCC M202019 decreased by roughly 40%, while the activity of acetyl-CoA synthetase (ACS) of the mutant increased by 103.5 or 57.4%, respectively, in the presence or absence of acetate. Pyruvate production by the mutant strain CCTCC M202019 reached 68.7 g l(-1) at 62 h (yield on glucose of 0.651 g g(-1)) in a 7-l jar fermentor. CONCLUSIONS: The increased pyruvate yield in T. glabrata CCTCC M202019 was due to a balanced manipulation of the PDH bypass, where the shortage of cytoplasmic acetyl-CoA caused by the decreased activity of PDC was properly compensated by the increased activity of ACS. SIGNIFICANCE AND IMPACT OF THE STUDY: Manipulating the PDH bypass may provide an alternative approach to enhance the production of glycolysis-related metabolites.     

营养条件对光滑球拟酵母积累α-酮戊二酸的影响

以光滑拟球酵母为研究模型,研究α-酮戊二酸的浓度情况。通过单因素实验得到α-酮戊二酸积累最佳浓度的各单因素条件为：葡萄糖浓度140g／L,NH4Cl浓度5g／L。在碳源（30g/L葡萄糖初始浓度）匮乏条件下加入丙酮酸30g／L,在此条件下丙酮酸转化为α－酮戊二酸的转化率最高达53．7％。以30g／L丙酮酸为唯一碳源时在7L发酵罐中光滑拟球酵母可生成浓度为10．7g/Lα-酮戊二酸,外源丙酮酸的转化率可达66．9％。这一结果表明,T．glabrata具有将丙酮酸转化为α-KG的能力。     

高产谷胱甘肽新菌种的选育及其发酵条件的研究

通过对谷胱甘肽新产生菌——藤黄八叠球菌进行紫外诱变处理,筛选到一株抗乙硫氨酸和氯化锌的抗性菌株,该突变株发酵生产谷胱甘肽的产量比出发菌株提高268．9％。通过对碳源、氮源、温度、初始pH等发酵条件对该菌株生物合成谷胱甘肽的影响研究,表明突变株HY78在发酵温度37℃、初始pH7.0、摇床转速180r／min条件下,摇瓶发酵26h,该高产菌株在发酵液中合成谷胱甘肽的产量可达160．628mg／L。     

光滑球拟酵母新霉素抗性株加速葡萄糖代谢

为进一步提高光滑球拟酵母发酵生产丙酮酸的生产强度,在能量代谢分析的基础上提出了降低ATP合成酶活性、但不影响NADH氧化的育种策略。通过亚硝基胍诱变,获得一株新霉素抗性突变株N07,该菌株F1ATPase活性降低65%、丙酮酸产量高于48gL且单位细胞消耗葡萄糖能力提高38%。添加双环己基碳二亚胺(DCCD)、叠氮钠(NaN3)、新霉素显著降低出发株F1ATPase活性但不影响突变株F1ATPase活性。突变菌株胞内ATP含量下降23.7%导致生长速率和最终菌体浓度(为出发菌株的76%)均低于出发菌株,但葡萄糖消耗速度和丙酮酸生产速度分别提高34%和42.9%,发酵周期缩短12h。进一步研究发现,突变株糖酵解途径中关键酶磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶和磷酸甘油醛激酶的活性提高了63.7%、28.8%和14.4%,电子传递链关键酶活性提高10%。结果表明降低真核微生物F1ATPase活性有效地提高了糖酵解关键酶活性而加速葡萄糖代谢。     

丙酮酸发酵过程中光滑球拟酵母过程功能的强化

对不同葡萄糖浓度下光滑球拟酵母分批发酵生产丙酮酸的动力学模型分析发现, 葡萄糖浓度是影响光滑球拟酵母发酵生产丙酮酸过程功能的关键因素。在发酵初始阶段, 低浓度葡萄糖可维持较高的菌体比生长速率; 对数生长中前期, 葡萄糖快速进料使菌体浓度接近最大值, 并实现碳流从菌体生长转向丙酮酸积累; 对数生长后期葡萄糖浓度控制在33.4 g/L以维持高丙酮酸对葡萄糖产率系数 (0.71 g/g)。采用奇异控制的葡萄糖流加方式, 在7 L发酵罐上控制不同发酵阶段葡萄糖浓度处于最佳水平以强化光滑球拟酵母过程功能, 丙酮酸产量 (83.1 g/L)、产率 (0.621 g/g)、生产强度[1.00 g/(L·h)]与分批发酵对比, 分别提高了21.3%、21.6%和29.9%。