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。     

氧化还原电位对Actinobacillus succinogenes厌氧发酵生产丁二酸的影响

为提高琥珀酸放线菌Actinobacillus succinogenes CGMCC1593厌氧发酵产丁二酸的水平。研究了以葡萄糖为C源,发酵液中不同氧化还原电位（VORP）对A．succirtogenes CGMCC1593生长和代谢产物分布的影响。结果表明：菌体生长和丁二酸积累的较佳VORP分别为-220mV和-270mV;利用代谢流分析法,比较VORP在-220mV和-270mV时发酵对数生长期（8h）和稳定期（20h）的代谢通量分布,以及发酵过程中磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）、丙酮酸（Pyr）节点,NADH通量分配的变化,由此得出在VORP为-270mV时,NADH总通量和丁二酸方向代谢通量增幅明显。在发酵过程中,通过降低VORP至-270mV,使丁二酸的产率从70％提高到85％。     

响应面优化产琥珀酸放线杆菌生产丁二酸

丁二酸是一种重要的C4化合物平台,可以合成一系列重要化合物。文中对产琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogenes GXAS137发酵生产丁二酸培养基成分进行优化。通过单因素和Plackett-Burman试验设计筛选出影响丁二酸发酵的重要参数,采用最陡爬坡实验逼近最大丁二酸生产区域后,利用Box-Behnken设计确定重要参数的最佳水平。筛选结果表明,影响丁二酸产量的重要参数是葡萄糖、酵母提取物和碱式碳酸镁浓度。最佳条件为(g/L)：葡萄糖70.00,酵母提取物9.20,碱式碳酸镁58.10。优化后丁二酸产量达到47.64 g/L。与初始条件 (36.89 g/L) 相比,丁二酸浓度提高了30 %。在最佳工艺条件下得到的试验结果与模型预测值很吻合,说明建立的模型是有效的。     

产琥珀酸放线杆菌发酵生产琥珀酸的研究进展

近年来,因瘤胃微生物产琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogenes具有高的琥珀酸产量,并能够利用多种碳源进行发酵等优点,在利用发酵法生产琥珀酸领域具有广泛的应用前景和商业化价值,因而其代谢途径和发酵工艺等基础研究成为国内外研发的热点。近年来,人们在产琥珀酸放线杆菌的代谢途径、琥珀酸发酵动力学模型、新型经济培养基以及高产菌株选育等方面的研究取得了很大进展,对研发琥珀酸发酵工艺、降低生产成本和节能减耗等具有重要的理论意义。     

不同pH调节剂对产琥珀酸放线杆菌NJ113发酵产丁二酸的影响

在3L发酵罐中分别采用不同的碱性物质作为pH调节剂,考察其对产琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogenes NJ113厌氧发酵制备丁二酸的影响。结果表明:Ca2+、NH4+调节剂对菌体生长代谢有较大阻碍作用,丁二酸产量较低;采用含Na+调节剂,在发酵中后期菌体出现絮凝现象严重,且产丁二酸能力骤降;采用含Mg2+调节剂,整个发酵过程菌体代谢旺盛,发酵效果较佳。根据各碱性物质的调节能力以及对菌体生长代谢的影响,选择NaOH、Mg(OH)2和Na2CO3、Mg(OH)2分别作为混合碱组分调节pH,并对两组混合碱中各物质的质量比例进行优化。结果表明,以NaOH、Mg(OH)2混合,两者质量比为1:1时,发酵效果最好,丁二酸质量浓度高达到69.8g/L,质量收率74.5%。该种混合碱配比可有效替代碱式MgCO3调节pH,既达到高产丁二酸的目的,又可降低生物制备丁二酸的成本。     

碳源对琥珀酸放线杆菌发酵产丁二酸的影响及其代谢流量分析

在厌氧条件下, Actinobacillus succinogenes能够利用单糖、双糖和糖醇等碳水化合物发酵生成丁二酸, 其中以山梨醇为碳源时丁二酸的产量最高。代谢流量分析结果表明: 与葡萄糖发酵相比较, 由于代谢系统中积累了更多的NADH, 使得代谢网络关键节点PYR和AcCoA处的代谢流量分配有了较大的变化, 导致更多的碳源流向丁二酸和乙醇, 而乙酸和甲酸的分泌相对减少。     

外源添加代谢中间体对产琥珀酸放线杆菌厌氧发酵制备丁二酸的影响

考察了外源添加中间代谢产物对菌体生长及发酵产酸的影响,结果表明添加0.5g/L磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)时丁二酸产量最高。围绕产琥珀酸放线杆菌NJ113厌氧发酵产丁二酸的代谢网络进行代谢通量分析,发现添加PEP后己糖磷酸途径(HMP)与糖酵解途径(EMP)的通量比由39.4∶60.3提高至76.8∶22.6,解决了丁二酸合成过程中还原力不足的矛盾,导致PEP生成草酰乙酸的通量提高了23.8%,丁二酸代谢通量从99.8mmol/(gDCW·h)增至124.4mmol/(gDCW·h),而副产物乙酸及甲酸的代谢通量分别降低了22.9%、15.4%;关键酶活分析结果表明,添加0.5g/LPEP后PEP羧化激酶比酶活达到1910U/mg,与对照相比提高了74.7%,而丙酮酸激酶的比酶活降低了67.5%。最终丁二酸浓度为29.1g/L,收率达到76.2%,比未添加PEP时提高了11.0%。     

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.     

产琥珀酸放线杆菌的分离鉴定及其对瘤胃微生物发酵的影响

采用厌氧分离技术从奶牛瘤胃中分离出1株细菌,通过对其形态、培养特性、生化特性、16S rRNA基因序列测定与同源性分析的研究,确定分离菌株为产琥珀酸放线杆菌（Actinobacillus succinogenes）,体外发酵实验表明,发酵液中挥发性脂肪酸浓度（VFA）明显升高,乳酸浓度明显降低,对反刍动物的能量代谢和酸中毒具有一定的调节作用。     

Efficient succinic acid production from high-sugar-content beverages by Actinobacillus succinogenes

This study presents the production of succinic acid (SA) by Actinobacillus succinogenes using high-sugar-content beverages (HSCBs) as feedstock. The aim of this study was the valorization of a by-product stream from the beverage industry for the production of an important building block chemical, such as SA. Three types of commercial beverages were investigated: fruit juices (pineapple and ace), syrups (almond), and soft drinks (cola and lemon). They contained mainly glucose, fructose, and sucrose at high concentration—between 50 and 1,000 g/L. The batch fermentation tests highlighted that A. succinogenes was able to grow on HSCBs supplemented with yeast extract, but also on the unsupplemented fruit juices. Indeed, the bacteria did not grow on the unsupplemented syrup and soft drinks because of the lack of indispensable nutrients. About 30–40 g/L of SA were obtained, depending on the type of HSCB, with yield ranging between 0.75 and 1.00 g_SA/g_S. The prehydrolysis step improved the fermentation performance: SA production was improved by 6–24%, depending on the HSCB, and sugar conversion was improved of about 30–50%.     

琥珀酸发酵菌种研究进展

琥珀酸作为一种重要的化学中间体的潜力已经为人们所认识,而发酵法生产琥珀酸是使这一潜力变为经济上可行的最好方法之一。菌种在发酵法中占有非常重要的地位,是决定整个过程的关键。系统介绍了关于发酵法生产琥珀酸的菌种研究进展,并对各种菌株的发酵特点和问题做了分析,最后展望了菌种的发展方向。     

耐铵型产琥珀酸放线杆菌的选育及铵离子对其生长代谢的影响

经硫酸二乙酯(DES)诱变,在含61～242mmol/LNH4+梯度平板中,筛选到一株耐铵型突变株YZ25,该菌株在含121mmol/LNH4+发酵培养基中,琥珀酸产量达32.68g/L,转化率为65.4%,比出发菌提高了180.5%。进一步考察了不同形态铵盐对YZ25生长的影响,结果表明添加少量铵盐能够提高突变菌的生长速率,但当超过一定量后菌株生长受到抑制,不同铵盐对菌株的抑制程度不同,硫酸铵、碳酸氢铵、氯化铵和硝酸铵对突变株YZ25的半抑制浓度分别为:215mmol/L、265mmol/L、235mmol/L、210mmol/L。为了考察铵离子对YZ25发酵产琥珀酸的影响过程,在3.0L发酵罐以氨水作为pH的调控剂发酵,结果表明在稳定期前菌株生长基本不受铵离子抑制,生物量能够达到正常水平,但是进入稳定期后铵离子抑制作用越来越明显,导致菌株生长提前结束,耗糖不完全,产酸受阻。最后结合产琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogenes代谢途径分析了铵离子对菌株抑制作用的机理。     

产琥珀酸放线杆菌的原生质体制备与再生

基因组重组技术是一项重要的菌种改造技术,原生质体制备和再生是进行基因组重组的前提和基础。目前少有关于产琥珀酸放线杆菌(Actinobacillus succinogenes)CGMCC2650原生质体研究的报道。为了优化该菌的原生质体制备和再生条件,及利用基因组重组技术构建优良菌种提供参考,研究了甘氨酸预处理,菌龄,酶浓度,作用时间,温度对产琥珀酸放线杆菌原生质体制备和再生的影响,并考察了不同渗透压稳定剂对其再生的影响。结果表明,菌体在添加了0.6mg/ml甘氨酸的TSB培养基中培养5h后收集,用SMM稀释到OD660=1.0,用0.025mg/ml溶菌酶在37℃下酶解45min制备原生质体,将原生质体涂布于含0.3mol/L蔗糖的再生培养基中,再生率最大,达到40.9%。确定了产琥珀酸放线杆菌原生质体制备和再生的最佳条件,所用的原生质体制备的方法对琥珀酸的产生没有影响,这为进一步开展该菌的原生质体诱变及基因组重组等研究奠定了基础。