限磷对产甘油假丝酵母甘油合成与胞内磷积累的影响

研究了磷酸盐限量对产甘油假丝酵母甘油合成与胞内磷积累的影响。结果表明, 当酵母细胞从适磷或富磷培养基转接入低磷培养基时, 发酵过程中胞内积累的磷逐渐减少; 而当菌体从低磷培养基转接入适磷或富磷培养基时, 发酵过程中胞内聚磷酸盐的积累量迅速增加。当细胞在第14小时和第38小时从适磷培养基转接入低磷培养基时甘油得率分别高达60.9%和61.4%, 而甘油产率则分别为2.03 g/(L·h)和2.23 g/(L·h)。这些现象说明限制发酵培养基中的磷浓度是产甘油假丝酵母高产甘油的必要条件, 并为其反复分批发酵法生产甘油提供了重要依据。     

渗透压对产甘油假丝酵母甘油合成与胞内磷积累的影响

研究了不同磷浓度时渗透压对产甘油假丝酵母甘油合成与胞内磷积累的影响。结果表明,不同磷含量时,产甘油假丝酵母甘油合成越多,分泌至胞外和积累于胞内的甘油也越多,其最大甘油合成量存在一个最适渗透压。同样;在相同渗透压下,其最大甘油合成量也存在一个最适磷浓度。在相同磷含量时,渗透压增高能够促进胞内聚磷酸盐积累;当渗透压相同时,培养基中磷含量增加,胞内游离磷和聚磷酸盐均增加。在生长稳定期后期,富磷可以促进胞内游离磷和聚磷酸盐积累显著增加。经分析发现,产甘油假丝酵母胞内积累甘油与聚磷酸盐,可能对克服对数生长期细胞数量少而渗透压胁迫大的困境发挥了极其重要的作用,从而能维持其生长稳定期较高的生物量、细胞存活率和甘油产量。     

耐高渗压高产甘油的一个假丝酵母新种——产甘油假丝酵母

从自然标本中分离获得一高产甘油的菌株WL20025,仅发酵葡萄糖及微发酵蔗糖,能利用葡萄糖、蔗糖、乙醇生长,微利用甘油和柠檬酸,不利用肌醇、硝酸盐、赤藓醇、阿拉伯醇、甘露醇,与DBB显色反应为阴性,可在含500g/L葡萄糖或100mL/L醋酸的培养基中及40℃下生长,可在水活度为0890～0900的培养基中生长,出芽生殖,易形成“假丝酵母菌型”假菌丝,不进行有性生殖,线粒体DNA的分子量为20kb,是假丝酵母属的一个新种,定名为产甘油假丝酵母(Candida glycerolgenesis Zhuge[WTBZ] sp.nov.)。     

一些氨基酸对产甘油假丝酵母甘油生产的促进作用

以EMP途径与TCA循环中间代谢物的添加为对照,研究在尿素为氮源的产甘油假丝酵母发酵过程中添加氨基酸对甘油产量的影响。结果表明:对甘油产量有强促进作用的氨基酸有谷氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸、天冬酰胺、甘氨酸、赖氨酸、酪氨酸、脯氨酸、组氨酸和丝氨酸,其最适添加浓度在0.26～0.45g/L之间,丙酮酸、α_酮戊二酸、草酰乙酸、柠檬酸和琥珀酸的最适添加浓度在0.24～0.42g/L之间;赖氨酸最适于在0h添加,丙酮酸和草酰乙酸在第14h,谷氨酸、谷氨酰胺、组氨酸、脯氨酸、天冬氨酸、酪氨酸、甘氨酸、α_酮戊二酸和琥珀酸在第30h,天冬酰胺、丝氨酸和柠檬酸在第48h;在最适条件下添加这些促进剂,甘油产量均呈显著增加趋势,转化率和增加率分别达到60%和16%以上。氨基酸的作用机理为其脱氨形成的碳骨架经特定的分解代谢途径进入TCA循环,使其强化,导致碳代谢流在3_磷酸甘油醛节点处发生转移,使甘油合成途径的代谢流增加。     

甘油代谢中甘油激酶的研究进展

甘油作为重要的化工原料 ,其生产一直受到国内外的广泛关注。发酵法生产甘油是除皂化法和化学合成法外生产甘油的第三条途径。江南大学 (原无锡轻工大学 )在 90年代已成功地应用产甘油假丝酵母实现了工业化生产甘油 ,经江南大学研究人员多年不断努力 ,产甘油假丝酵母ＷＬ - 2 0 0 2 - 5发酵甘油可达 1 2 %以上 ,总糖转化率超过 5 1 % ,产率 3 0ｇ·Ｌ- 1ｄ- 1,发酵时间在 72～ 96ｈ。迄今为止 ,该菌株及专利技术已被多家企业运用于实际生产中[1,2 ] 。研究人员继续进行了多方面的研究 ,如运用穿梭载体建立产甘油假丝酵母质粒基因文库[3 ] 、…     

产甘油假丝酵母甘油代谢关键酶的研究

本文对产甘油假丝酵母的甘油代谢关键酶进行了研究,发现产甘油假丝酵母同化甘油能力极弱,少量葡萄糖明显改善其同化甘油的能力;线粒体3磷酸甘油脱氢酶受3磷酸甘油的强烈诱导,受葡萄糖代谢的阻遏。在甘油发酵过程中,产甘油假丝酵母胞浆3磷酸甘油脱氢酶酶活处于较高水平并在36h和60h时出现两次酶活高峰,其中第一次酶活峰值水平决定产甘油假丝酵母的甘油合成和积累水平,成为甘油高速积累期(18～48h)甘油合成的关键性的限速酶。在甘油发酵18～48h内,3磷酸甘油酯酶的酶活处于高水平,并在36h时出现酶活峰值;处于缓慢甘油积累阶段的48～72h间,3磷酸甘油酯酶已处于低水平表达,此时,3磷酸甘油酯酶则成为甘油合成的限速酶。产甘油假丝酵母稳定并高表达其胞浆3磷酸甘油脱氢酶基因并且其所表达的3磷酸甘油酯酶酶活远高于胞浆3磷酸甘油脱氢酶这一特征是其高产甘油根本所在。     

新一代高产甘油重组菌的构建及其初步发酵

产甘油假丝酵母(Candida glycerinogenes WL2002-5)是一株发酵生产甘油的工业化菌株。为进一步提高其产甘油能力,本研究利用前期研究中成功克隆的产甘油假丝酵母中甘油合成关键酶3-磷酸甘油脱氢酶基因CgGPD1,构建根癌农杆菌双元载体pCAM3300-zeocin-CgGPD1后,电击转化根癌农杆菌LBA4404,通过根癌农杆菌介导法(ATMT)转化产甘油假丝酵母,构建了产甘油假丝酵母重组菌。并从中筛选出一株酶活力和产甘油性能较好的产甘油假丝酵母重组菌株C.g-G8。以葡萄糖为底物摇瓶发酵96h后,重组菌C.g-G8的甘油产量比野生型菌株Candida glycerinogene提高18.06%,平均耗糖速率提高12.97%,平均酶活力提高27.55%。本研究成功利用ATMT法转化产甘油假丝酵母构建新一代高产甘油菌株。     

不同发酵条件下产甘油假丝酵母有机酸代谢的研究

产甘油假丝酵母 (Candidaglycerolgenesis)发酵产生的有机酸对丙三醇产品质量和产率均有影响。发现在发酵其它条件恒定 ,装液比和玉米浆浓度增加时 ,发酵液总酸是递增的。在装液比为 0 2和玉米浆浓度为 8g L时 ,丙酮酸和乳酸在细胞生长期可分别积累达 4 1g L和 1 0g L ,比正常发酵时增加 2倍以上 ,丙三醇产率也低 ;然而 ,装液比为 0 0 8和玉米浆浓度为 4g L时 ,丙酮酸和乳酸产生较低 ,丙三醇产率较高 ,但乙酸积累比供氧不足时高 ,可达 2 6g L。发酵过程中有机酸被细胞代谢 ,含量逐渐下降 ,如在初糖浓度为 1 0 0g L时 ,有机酸在细胞生长期积累至高峰后 ,丙三醇和有机酸随之均降低至较低含量 ,并且丙酮酸或乳酸可以转化为乙酸。此外 ,在外加一些添加剂时对其产生有机酸也有影响 ,如添加 1 %油酸和VB1时可以降低乙酸的积累 ,同时增加丙酮酸的含量 ,丙三醇产量也有所增加 ;而丙酮酸结构类似物氟代丙酮酸和亚硫酸盐促进乙酸的产生 ,使酮戊二酸合成减少 ,丙三醇产量约增加 2 0 %。     

供氧对产丙三醇假丝酵母科丙三醇发酵研究

研究了产丙三醇假丝酵母（Ｃａｎｄｉｄａ ｇｌｙｃｅｒｏｌｇｅｎｅｓｉｓ）产丙三醇及副产物与氧供给的关系。摇瓶试验发现其它营养条件一定,玉米浆添加量决定酵母量。在０．４％的玉米浆和装液比０．０８时产丙醇最高,副产物乙醇、乙酸和乙酸乙酯最小,玉米浆和装液比影响丙三醇和副产物的形成。在５Ｌ的反应器中以搅拌转速控制供氧水平,菌体生长阶段比耗氧速率为２８ｍｇ／（ｇ．ｈ）,在发酵阶段比耗氧速率１６ｍｇ／（ｇ．     

供氧对产丙三醇假丝酵母产丙三醇发酵研究

研究了产丙三醇假丝酵母(Candidaglycerolgenesis)产丙三醇及副产物与氧供给的关系。摇瓶试验发现其它营养条件一定,玉米浆添加量决定酵母量。在04%的玉米浆和装液比008时产丙三醇最高,副产物乙醇、乙酸和乙酸乙酯最小,玉米浆和装液比影响丙三醇和副产物的形成。在5L的反应器中以搅拌转速控制供氧水平,菌体生长阶段比耗氧速率为28mg/(g·h),在发酵阶段比耗氧速率16mg/(g·h)。适量供氧能得到高产率的丙三醇,而只产生微量的乙醇、乙酸和乙酸乙酯。     

溶氧对Candida glycerinogenes产甘油发酵过程的影响

研究了溶氧浓度对产甘油假丝酵母分批发酵生产甘油过程的影响。实验结果表明：当溶氧浓度控制在30%时,C. glycerinogenes的甘油产量、得率和产率达到最高,分别为120.7 g/L、0.575 g/g和1.69 g/(L•h),而糖酵解代谢副产物形成最少。当溶氧浓度为10%时,发酵过程呈现出“巴斯德效应”的特征,生成的酵解代谢副产物维持在较高水平。在快速生长阶段,随着溶氧从10%增加到60%,细胞呼吸类型表现为从厌氧呼吸向好氧呼吸转变,酵解代谢副产物依次减少。在生长稳定期,控制的溶氧浓度越高,酵解代谢副产物乙醇、乙酸等的生成减少。分别选用Logistic方程、Luedeking-Piret方程和Luedeking-Piret-like方程,能较好地模拟细胞生长、甘油合成和葡萄糖消耗的动力学过程。     

从代谢流量分析角度探讨培养条件改变下对放射型根瘤茵WSH2601合成辅酶Q10的影响

分析了放射型根瘤菌(R．radiobacter)WSH2601生物合成辅酶Q10的代谢途径网络,并在溶氧条件改变和培养基中添加玉米浆条件下对辅酶Q10发酵细胞内代谢途径流量变化作定量的分析,结果表明：提高溶氧浓度(20％)5-磷酸核酮糖(RuSP)物流(r7)增加26．6,即糖酵解途径(EMP)途径向磷酸戊糖途径(HMP)转移;添加1％玉米浆r7增加17．2,EMP与HMP途径物流比值与三羧酸循环(TCA)途径物流都下降,而癸异戊烯基焦磷酸(DPP)生成物流通量(绝对值)变化都较小,即辅酶Q10的生物合成更大程度地取决于辅酶Q10生物合成途径中催化DPP的合成和4-羟基苯甲酸(PHB)与DPP的缩合反应的两种关键酶活性。6-磷酸葡萄糖(G6P)节点是辅酶Q10生物合成代谢途径的柔性节点,而丙酮酸节点是半柔性节点。细胞生物量的提高与HMP途径物流增加有关。     

Glycerol production by a novel osmotolerant yeast Candida glycerinogenes

Candida glycerinogenes, an osmotolerant yeast isolated from a natural sample in an environment of high osmotic pressure, had a modest sugar-tolerance and an extremely high glycerol productivity. The optimum conditions for glycerol formation by C. glycerinogenes were a temperature of 29-33 degrees C and a pH of 4-6. The optimum medium for glycerol production consisted of 230-250 g glucose/l, 2 g urea/l and 5 ml corn steep liquor/l (55-65 mg phosphates/l); the pH was not adjusted. The highest yield of glycerol was 64.5% (w/w) based on consumed glucose from 240 g glucose/l, and the highest concentration of glycerol was 137 g/l from 260 g glucose/l. These results were obtained by using a 30-l agitated fermentor under optimal fermentation conditions. In ten batch-fermentations carried out in a 50,000-l airlift fermentor, an average yield of glycerol of 50.67% (w/w) and an average glycerol concentration of 121.9 g/l were obtained from an average 240.6 g glucose/l.     

鸟苷发酵过程代谢流迁移的分析

以典型的代谢控制发酵产品鸟苷为例说明了一种基于过程参数的相关分析来研究发酵过程中代谢流迁移的方法。通过对发酵过程多参数的相关性分析,结合生物合成代谢途径、氨基酸和有机酸积累的分析,确认了发酵过程代谢流向EMP途径的迁移,认为造成这种代谢流迁移的原因可能是过程铵离子积累。在此基础上,通过对过程参数实时检测分析和及时调整EMP和HMP代谢通量使产率提高了35％。      

Improvement of bacterial cellulose production by manipulating the metabolic pathways in which ethanol and sodium citrate involved

Nowadays, bacterial cellulose has played more and more important role as new biological material for food industry and medical and industrial products based on its unique properties. However, it is still a difficult task to improve the production of bacterial cellulose, especially a large number of byproducts are produced in the metabolic biosynthesis processes. To improve bacterial cellulose production, ethanol and sodium citrate are added into the medium during the fermentation, and the activities of key enzymes and concentration of extracellular metabolites are measured to assess the changes of the metabolic flux of the hexose monophosphate pathway (HMP), the Embden–Meyerhof–Parnas pathway (EMP), and the tricarboxylic acid cycle (TCA). Our results indicate that ethanol functions as energy source for ATP generation at the early stage of the fermentation in the HMP pathway and the supplementation of ethanol significantly reduces glycerol generation (a major byproduct). While in the EMP pathway, sodium citrate plays a key role, and its supplementation results in the byproducts (mainly acetic acid and pyruvic acid) entering the gluconeogenesis pathway for cellulose synthesis. Furthermore, by adding ethanol and sodium citrate, the main byproduct citric acid in the TCA cycle is also reduced significantly. It is concluded that bacterial cellulose production can be improved by increasing energy metabolism and reducing the formation of metabolic byproducts through the metabolic regulations of the bypasses.     

Characterization and evaluation of corn steep liquid in acetone-butanol-ethanol production by Clostridium acetobutylicum

Corn steep liquor (CSL) obtained from a commercial starch manufacturing process was analyzed and tested as a complex nutrient source for ABE (acetone, butanol, and ethanol) production by Clostridium acetobutylicum PJC4BK_AdhE1. CSL contained a wealth of trace elements and nitrogenous components, proteins and amino acids. ABE production increased the content of CSL was raised up to 6% (v/v) in medium and then decreased at higher contents. In 6% CSL-containing medium, C. acetobutylicum PJC4BK_AdhE1 produced 21.4 g/L of ABE with a yield of 0.41 g/g in 18 h of fermentation. Although the final titer of ABE was similar in CSL containing media and Clostridial Growth Medium (CGM, containing yeast extract and asparagines as complex nutrients), the yield and productivity of ABE in 6% CSL-containing medium were found to be higher than 32 and 26%, respectively.