多粘类芽胞杆菌利用生物柴油副产物粗甘油生产乙偶姻

研究多粘类芽胞杆菌利用廉价底物生物柴油副产物粗甘油批次发酵生产乙偶姻,考察不同pH条件、不同转速下乙偶姻、2,3-丁二醇和乙酸3种主要产物的产量,根据发酵结果设计一种三阶段溶氧调节的方法,结果表明:经76h批次发酵,乙偶姻产量为14.62 g/L,副产物2,3-丁二醇和乙酸分别为1.24和2.93 g/L;副产物量低,且易于分离,可以有效减少后期分离提取产物的成本。     

产琥珀酸工程菌株的发酵工艺条件优化

对实验室构建的产琥珀酸大肠杆菌工程菌株(E.coliQZ1111)进行发酵工艺条件研究。以AM1低盐培养基为基础,研究不同C、N源及其质量浓度,培养基初始pH和发酵温度等因素对琥珀酸的影响,并在5L发酵罐中进行了补料-分批发酵实验。优化后的发酵条件为葡萄糖20g/L,玉米浆10g/L,pH6.4,发酵温度37℃。在5L发酵罐中培养,琥珀酸产量达到47.9g/L。     

高产光学纯(R,R)-2,3-丁二醇工程菌株构建与发酵优化

[目的]构建能够专一性合成光学纯(R,R)-2,3-丁二醇的大肠杆菌工程菌,并进行发酵条件优化。[方法]将来源于多粘芽孢杆菌的(R,R)-2,3-丁二醇脱氢酶基因bdh,来源于阴沟肠杆菌的α-乙酰乳酸合成酶基因bud B和α-乙酰乳酸脱羧酶基因bud A与表达载体p Tr C99A连接,导入大肠杆菌中构建人工合成途径。筛选最适的培养基和发酵条件,提高(R,R)-2,3-丁二醇的产量、产率和得率。[结果]获得高效合成(R,R)-2,3-丁二醇的工程菌株GXASB,筛选到最适碳源及其浓度为120 g/L木薯淀粉,最适pH为6.5,最适接种量为10%,在发酵罐中进行同步糖化法发酵,(R,R)-2,3-丁二醇产量达到105.28 g/L,光学纯为99.1%,得率为0.47 g/g,生产强度为1.95 g/(L·h)。[结论]在大肠杆菌中表达基因簇bud B-bud A-bdh能够专一性合成光学纯(R,R)-2,3-丁二醇,经优化发酵条件后,能够显著提高(R,R)-2,3-丁二醇的合成效率。同时工程菌能够利用非粮原料木薯淀粉高效生产(R,R)-2,3-丁二醇,补料发酵产量达到105.28 g/L,为使用廉价原料工业化生产(R,R)-2,3-丁二醇提供参考。     

基因组改组技术选育耐酸性琥珀酸放线杆菌

以琥珀酸产生菌Actinobacillus succinogenes CGMCC 1593为出发菌,分别经过紫外线-甲基磺酸乙酯(UV-EMS)和紫外线-硫酸二乙酯(UV-DES)诱变处理,得到7株耐酸性有所提高的突变株.以此作为候选菌库,经3轮原生质体递进融合,筛选获得4株可以在pH 5.6下生长的改组菌株.其中改组菌株F3-21在pH 5.6的完全液体培养基中生长的OD值是原始菌的7倍,在pH 5.2条件下仍能生长;其摇瓶发酵48h琥珀酸产量较原始菌株提高48%.在5L发酵罐中进行分批发酵,当控制pH在较低值(5.6～6.0)时,F3-21厌氧发酵48h积累琥珀酸38.1g/L,较出发菌株提高了45%;当控制pH在6.5～7.0时,F3-21厌氧发酵32h积累琥珀酸40.7g/L.F3-21在5L发酵罐中进行补料分批发酵,厌氧发酵72h,产琥珀酸达67.4g/L.结果说明基因组改组技术能够改进琥珀酸放线菌的耐酸性能及其琥珀酸的产量.     

产琥珀酸重组大肠杆菌的发酵性能研究

研究了重组大肠杆菌JM001(△ppc)/pTrc99a-pck发酵产琥珀酸的性能,结果表明厌氧条件下其耗糖能力和产酸能力分别为对照菌株JM001的4.2倍和15.3倍。进一步优化发酵条件表明：采用接入菌泥的发酵方式比按照10%接种量转接厌氧发酵的效果要好,琥珀酸的对葡萄糖的质量收率提高了约10%,且副产物乙酸的量进一步降低。初始葡萄糖浓度高于60g/L时会对菌株的生长和产酸产生抑制,且浓度越高,抑制作用越明显。7L发酵罐放大实验中,整个厌氧发酵阶段葡萄糖的消耗速率为0.42g/(L.h),琥珀酸对葡萄糖的质量收率为67.75%,琥珀酸的生产强度为0.28g/(L.h)。     

琥珀酸放线杆菌的耐高浓度钠离子菌株选育

以琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogenes CGMCC 1593为出发菌,经过紫外线和甲基磺酸乙酯(EMS)诱变处理,选育出一株耐高浓度钠离子菌株SE-6.该菌株在5 L发酵罐中进行分批发酵,单独使用Na2CO3控制发酵过程pH,发酵48 h琥珀酸产量达到35.8g/L,较出发菌(26.0 g/L)提高了37.7%;若采用MgCO3和Na2CO3共同调控发酵过程pH,发酵48 h琥珀酸产量达到45.0 g/L,较出发菌(37.4g/L)提高了20.4%.     

pH与溶氧控制对解淀粉芽胞杆菌发酵粗甘油生产2,3-丁二醇的影响

首次利用一株安全菌株解淀粉芽胞杆菌发酵生物柴油副产物粗甘油生产2,3-丁二醇。溶氧和pH是影响微生物法生产2,3-丁二醇的最主要因素。结果表明,发酵过程中不控制pH更有利于2,3-丁二醇合成;采用三阶段控制搅拌转速策略,2,3-丁二醇产量最大值达到?38.1?g/L,生产强度达到1.06?g/(L·h),与恒定转速获得的最好结果相比较,分别提高了14.8%和63.1%。采用脉冲流加发酵时,2,3-丁二醇产量达到71.2 g/L,2,3-丁二醇生产强度达到0.99 g/(L·h),这是目前报道的利用粗甘油合成2,3-丁二醇的最高产量。     

优化益生菌Lactobacillus casei Zhang高密度培养条件

为实现L. casei Zhang的高密度培养,在之前优化增殖培养基的基础上进一步寻求适宜该菌的培养条件。研究了不同中和剂、缓冲盐浓度、葡萄糖浓度、pH值控制、通气条件和补料分批培养对菌体在恒pH条件下发酵的影响,根据不同条件下菌体的比生长速率、菌体密度和活菌数情况,确定L. casei Zhang较适宜的高密度培养条件为：培养基葡萄糖浓度为80 g/L~100 g/L,以氨水为中和剂使pH保持5.9,采用间歇通氮气的方法保持环境厌氧,分批培养方式下37°C保温发酵10 h~12 h后,L. casei Zhang细胞干重达到7 g/L,活菌数3.5×1010 CFU/mL,比优化前提高7倍以上,能够满足益生菌制品生产要求的高菌体密度。     

Throughput screening of a high succinic acid-producing strain

以琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogenes F3-21为出发菌株,分别用吖啶黄、紫外线、紫外线-硫酸二乙酯和亚硝基胍进行诱变,产生突变菌库.用“96孔板培养-HPLC浓缩检测.厌氧瓶复筛”的模式筛选高产突变株.从1056株突变株中,筛选到一株高产菌株Ⅵ-10-C.连续传代10次,产酸水平不变.在5L发酵罐中补料分批发酵72 h,Ⅵ-10-C产琥珀酸87.6 g/L,生产强度1.22 g/(L·h),糖酸转化率0.66 g/g;琥珀酸产量比出发菌提高了30％.代谢通量与关键酶活性分析表明:相比于F3-21,Ⅵ-10-C发酵过程中从磷酸烯醇式丙酮酸节点处流向草酰乙酸的代谢流量增加了28.9％,相对应的磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶(PEPCK)酶活提高了23.5％.结果表明用“96孔板培养-HPLC浓缩检测-厌氧瓶复筛”的模式能快速有效筛选高产琥珀酸菌株.     

调控大肠杆菌胞内ATP和NADH水平促进琥珀酸生产

琥珀酸作为一种重要的C4平台化合物,广泛应用于食品、化学、医药等领域。利用大肠杆菌(Escherichia coli)发酵生产琥珀酸受胞内辅因子不平衡的影响,存在产率低、生产强度低、副产物多等问题。为此,对不同氧气条件下琥珀酸产量和化学计量学分析发现,微厌氧条件下E.coli FMME-N-26高效积累琥珀酸需要借助三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle,TCA)为还原性三羧酸途径(reductive tricarboxylic acid pathway,r-TCA)提供足够的ATP和NADH。通过减少ATP消耗、强化ATP合成、阻断NADH竞争途径和构建NADH回补路径等代谢工程策略,组合调控胞内ATP与NADH含量,获得工程菌株E.coli FW-17。通过发酵条件优化,菌株E.coli FW-17在5 L发酵罐能积累139.52 g/L琥珀酸,比出发菌株提高了17.81%,乙酸浓度为1.40 g/L,降低了67.59%。进一步在1000 L发酵罐中进行放大实验,琥珀酸产量和乙酸浓度分别为140.2 g/L和1.38 g/L。     

木薯粉同步糖化发酵(SSF)产丁二酸

【目的】通过优化产琥珀酸放线杆菌GXAS137同步糖化发酵木薯粉产丁二酸的发酵培养基,提高丁二酸产量,降低生产成本。【方法】在单因素试验的基础上,先利用Plackett-Burman试验设计筛选出影响丁二酸发酵的重要参数,再采用正交试验确定重要参数的最佳水平。【结果】价格低廉玉米浆可用作氮源,影响丁二酸产量的重要参数是木薯粉、玉米浆、碱式碳酸镁和糖化酶浓度。最佳条件为(g/L):木薯粉100,玉米浆14,糖化酶2.0 AGU/g底物,碱式碳酸镁75。优化后丁二酸产量达到69.31 g/L,丁二酸得率为90.01%,生产强度为1.44 g/(L·h)。与初始条件(52.34 g/L)相比,丁二酸浓度提高了32.42%。并利用1.3 L发酵罐对SSF与SHF两种发酵工艺进行了比较,SSF丁二酸产量(72.21 g/L)远高于SHF(56.86 g/L)。【结论】产琥珀酸放线杆菌同步糖化发酵木薯粉丁二酸产量高,生产成本低,具有较好的工业化应用前景。     

Adaptive evolution improves acid tolerance and succinic acid production in Actinobacillus succinogenes

Fermentation at low pH is an efficient way to improve the competitiveness of biological succinic acid-producing process. Actinobacillus succinogenes shows good performance of succinic acid production under anaerobic conditions, but its succinic acid production capability at the low-pH is inefficient due to the poor acid resistance. Herein, a mutant A. succinogenes BC-4 with improved cell growth and succinic acid production under weak acid conditions was obtained by adaptive evolution. The specific growth rate and succinic acid production of BC-4 reached 0.13 g/L/h and 20.77 g/L, which were increased by 3.25- and 2.95- fold, respectively compared with the parent strain under anaerobic condition at pH 5.8. The activities of specific enzymes with ATP generation were significantly enhanced under weak acidic conditions, resulting in 1.28-fold increase in the maximum ATP level. Membrane fatty acid composition analysis demonstrated that the ratio of saturated to unsaturated fatty acids was decreased from 1.62 to 1.44 in mutant BC-4, leading to improved intracellular pH homeostasis. Furthermore, the change from long-chain to median-chain fatty acid might lower the permeability of H⁺ into cytoplasm for survival under acid stress. These results indicated that A. succinogenes BC-4 is a promising candidate for succinic acid production under weak acid condition.     

耐铵型产琥珀酸放线杆菌的选育

以Actinobacillus succinogenes NJ113为出发菌株,经硫酸二乙酯(DES)诱变,在含8～20 g/L硫酸铵平板中筛选到一株耐铵型突变株YZ25,该菌株在含8 g/L硫酸铵培养基中厌氧发酵,琥珀酸产量达32.68 g/L,比出发菌提高了180.5%,对葡萄糖收率达65.4%,副产物乙酸、甲酸产量分别下降3.5%、28.7%,琥珀酸/乙酸比值由0.63提高到2.5。在7.5 L发酵罐中,用氨水调节pH分批实验,发酵34 h琥珀酸产量达27.13 g/L,较出发菌株提高了85.3%。     

环境因素对琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogenes CGMCC 1593发酵生产丁二酸的影响

琥珀酸放线杆菌是发酵生产有应用前景的生物基原料-丁二酸的微生物。本研究室从牛瘤胃中筛选获得一株琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogenes CGMCC 1593, 分析了环境气体、pH、氧化还原电位(ORP)环境因素对琥珀酸放线杆菌A. succinogenes CGMCC 1593发酵生产丁二酸的影响。结果表明: CO2不仅提供了A. succinogenes CGMCC 1593发酵生产丁二酸的最佳气体环境, 也是发酵生产丁二酸的底物之一; MgCO3是A. succinogenes CGMCC 1593发酵过程较好的pH调节剂, 发酵过程维持pH7.1~6.2, 可满足菌体生长与产酸的要求; 发酵液初始ORP过低, 不利于菌体生长, ORP在-270 mV时对丁二酸产生有利。在菌体对数生长期结束时, 通过Na2S·9H2O降低发酵液ORP到-270 mV, 发酵48 h时可产丁二酸37 g/L, 摩尔产率达到129%。这对深入研究A. succinogenes CGMCC 1593发酵生产丁二酸具有参考价值。     

过量表达苹果酸脱氢酶对大肠杆菌NZN111产丁二酸的影响

大肠杆菌NZN111是敲除了乳酸脱氢酶的编码基因 (ldhA) 和丙酮酸-甲酸裂解酶的编码基因 (pflB) 的工程菌,厌氧条件下由于辅酶NAD(H) 的不平衡导致其丧失了代谢葡萄糖的能力。构建了苹果酸脱氢酶的重组菌大肠杆菌NZN111/pTrc99a-mdh,在厌氧摇瓶发酵过程中通过0.3 mmol/L的IPTG诱导后重组菌的苹果酸脱氢酶 (Malate dehydrogenase,MDH) 酶活较出发菌株提高了14.8倍,NADH/NAD+的比例从0.64下降到0.26,同时NAD+和NADH浓度分别     

进化代谢选育高渗透压耐受型产琥珀酸大肠杆菌

在以碳酸钠为酸中和剂的大肠杆菌两阶段发酵产琥珀酸的过程中,由于Na+的积累造成发酵体系中渗透压的提高,严重抑制了琥珀酸的产物浓度。为了增强大肠杆菌对渗透压的耐受性,考察了利用进化代谢方法筛选高渗透压耐受型高产琥珀酸大肠杆菌菌株的可行性。进化代谢系统作为一种菌株突变装置,可以使菌体在连续培养条件下以最大的生长速率生长。以NaCl为渗透压调节剂,通过在连续培养装置中逐步提高NaCl浓度使菌体在高渗透压条件下快速生长,最终得到了一株高渗透压耐受型琥珀酸生产菌株Escherichia coli XB4。以碳酸钠为酸中和剂,在7 L发酵罐中利用Escherichia coli XB4进行两阶段发酵,厌氧培养60 h后,琥珀酸产量达到了69.5 g/L,琥珀酸生产速率达到了1.81 g/(L.h),分别比出发菌株提高了18.6%和20%。     

大肠杆菌AFP111菌体回收连续转化生产丁二酸

在利用大肠杆菌AFP111厌氧发酵生产丁二酸过程中,随着产物丁二酸的不断积累,菌体活力和产酸能力逐渐降低,而通过回收菌体在新鲜培养基中重复发酵,可延长厌氧发酵时间,但是丁二酸生产效率较低。为了提高菌体回收丁二酸的转化效率,通过在回收菌体时有氧诱导 3 h,以纯水为培养基,进行丁二酸转化发酵。在连续进行 3 批次的发酵后,丁二酸的总产量和最终收率分别为 56.50 g/L和90%,生产速率达到了 0.81 g/(L·h),比未诱导情况下的生产速率提高了13%。     

重组大肠杆菌利用蔗糖及糖蜜发酵生产丁二酸

富含蔗糖的甘蔗糖蜜可作为制备丁二酸的廉价原料。然而生产丁二酸的潜力菌株大肠杆菌Escherichia coli AFP111不能代谢蔗糖。为了使其具有蔗糖代谢能力,将E.coli W中非PTS蔗糖利用系统蔗糖通透酶的编码基因csc B,果糖激酶的编码基因csc K和蔗糖水解酶的编码基因csc A克隆并表达到AFP111中,获得重组菌株AFP111/p MD19T-csc BKA。经厌氧发酵验证,重组菌株72 h消耗20 g/L蔗糖,丁二酸产量达到12 g/L。在3L发酵罐中采用有氧阶段培养菌体、厌氧阶段发酵的两阶段发酵方式,厌氧发酵30 h,重组菌株以蔗糖和糖蜜为碳源丁二酸产量分别为34 g/L和30 g/L。结果表明,通过外源引入非PTS蔗糖利用系统,重组菌株具有较强的代谢蔗糖生长及合成丁二酸的能力,并且能够利用廉价糖蜜发酵制备丁二酸。     

Biosynthesis of 1,3-propanediol from recombinant E. coli by optimization process using pure and crude glycerol as a sole carbon source under two-phase fermentation system

The environmental and nutritional condition for 1,3-propanediol (1,3-PD) production by the novel recombinant E. coli BP41Y3 expressing fusion protein were first optimized using conventional approach. The optimum environmental conditions were: initial pH at 8.0, incubation at 37 °C without shaking and agitation. Among ten nutrient variables, fumarate, (NH₄)₂HPO₄ and peptone were selected to study on their interaction effect using the response surface methodology. The optimum medium contained modified Riesenberg medium (containing pure glycerol as a sole carbon source) supplemented with 63.65 mM fumarate, 3.80 g/L (NH₄)₂HPO₄ and 1.12 g/L peptone, giving the maximum 1,3-PD production of 2.43 g/L. This was 3.5-fold higher than the original medium (0.7 g/L). Two-phase cultivation system was conducted and the effect of pH control (at 6.5, 7.0 and 8.0) was investigated under anaerobic condition by comparing with the no pH control condition. The cultivation system without pH control (initial pH of 8.0) gave the maximum values of 1.65 g/L 1,3-PD, the 1,3-PD production rate of 0.13 g/L h and the yield of 0.31 mol 1,3-PD/mol crude glycerol. Hence, using crude glycerol as a sole carbon source resulted in 32 % lower 1,3-PD production from this recombinant strain that may be due to the presence of various impurities in the crude glycerol of biodiesel plant. In addition, succinic acid was found to be a major product during fermentation by giving the maximum concentration of 11.92 g/L after 24 h anaerobic cultivation.