克雷伯氏肺炎杆菌LDH526产1,3-丙二醇的甘油自动流加策略

1,3-丙二醇是一种重要的化工原料,主要作为平台化合物用于合成聚酯,如聚对苯二甲酸丙二醇酯。经基因工程改造的克雷伯氏肺炎杆菌LDH526能以甘油作为唯一碳源合成1,3-丙二醇,最终发酵浓度超过90 g/L。甘油浓度是影响1,3-丙二醇合成的关键因素。为了实现对甘油浓度的精确控制,设计并优化了基于发酵动力学的甘油自动流加策略。通过将底物流加速率与易观察变量p H和发酵时间偶联,实现了发酵过程中甘油流加的自启动和甘油浓度的动态控制。发酵72 h,1,3-丙二醇的浓度可稳定超过95 g/L。自动控制甘油流加的发酵过程具有可重复性、连续性以及人工工作量少的特点,有望从实验室规模扩大到生产规模。     

pH对克雷伯氏菌1,3-丙二醇合成关键酶酶活及发酵特性的影响

在5 L发酵罐进行甘油脉冲流加发酵,分析了不同pH值对克雷伯氏肺炎杆菌发酵特性的影响,pH 6.5为菌体最佳生长条件,克雷伯氏肺炎杆菌合成1,3-丙二醇的产量最高。在1,3-丙二醇合成速率较大的对数中前期,进行甘油脉冲流加发酵,提高甘油浓度促进甘油脱水酶、1,3-丙二醇氧化还原酶和甘油脱氢酶活性。不同pH值的脉冲试验表明,甘油脱水酶,2,3-丁二醇脱氢酶比酶活随着pH值的升高而升高,1,3-丙二醇氧化还原酶,乳酸脱氢酶比酶活在pH6.5最高,因此偏酸性的发酵条件和对数期维持一定的甘油浓度能够促进1,3-丙二醇的合成。     

基于傅里叶变换近红外光谱实时分析1,3-丙二醇发酵过程生物量的在线监测方法

生物量是反映生物发酵过程进展的重要参数,对生物量进行实时监测可用于对发酵过程的调控优化。为克服目前主要采用的离线方法检测生物量时间滞后和人工测量误差较大等缺点,本研究针对1,3-丙二醇发酵过程设计了一个基于傅里叶变换近红外光谱实时分析技术的生物量在线监测实验平台,通过对实时采集光谱预处理以及敏感光谱段分析,应用偏最小二乘算法,建立了1,3-丙二醇发酵过程生物量变化的动态预测模型。以底物甘油浓度为60 g/L和40 g/L的发酵过程作为外部验证实验,分析得到模型的预测均方根误差分别为0.341 6和0.274 3,结果表明所建立的模型具有较好的实时预测能力,能够实现对1,3-丙二醇发酵过程中生物量的有效在线监测。     

利用克雷伯肺炎杆菌限制性底物发酵生产1，3-丙二醇

研究了克雷伯肺炎杆菌（Klebsiella pneumoniae）批式流加发酵生产1,3-丙二醇的发酵工艺,根据1,3-丙二醇的生产和菌体生长相关的特点,采用营养基质限制性流加的发酵工艺,通过控制氮源氯化铵以保持细胞稳定生长。结果表明：过低的氮源浓度,细胞生长受到限制,影响产物1,3-PD的合成;过高的氮源浓度,细胞比生长速率增加,但1,3-PD关于消耗甘油的得率降低,用于生长和维持代谢所消耗的甘油量增加。以0.41 g/(L·h)的氮源流加速率,残余氯化铵浓度在0.1 g/L时,转化率和生产强度最高。发酵25 h～28 h后,1,3-丙二醇最终浓度达到52.03 g/L,生产强度为2.04 g/(L·h),相对于甘油的摩尔转化率为0.66,分别比氮源限制前提高了28.0 ％、35.1 ％及29.4 ％。通过限制性流加氯化铵,控制细胞的比生长速率,使底物甘油有效转变为发酵的目标产物1,3-PD,有效实现产物1,3-PD的高生产强度以及对甘油的高转化率。     

微生物连续发酵模型及正解的存在性与稳定性分析

本文引入一个新的非线性动力系统,描述Klebsiella pneumoniae以甘油为底物发酵生成1,3-丙二醇的过程.此模型考虑了细胞内物质的浓度,研究甘油主动运输及1,3-丙二醇被动扩散的跨膜方式.证明模型解的存在唯一性,通过引入微分包含和上哈密尔顿函数证明正解的存在性.此外,以稀释速率0.1为例计算平衡点,并对系统的稳定性做出分析.     

丙酮酸对肺炎克雷伯氏菌微氧发酵甘油产1,3-丙二醇的影响

微氧条件下,考察肺炎克雷伯氏菌发酵生产1,3-丙二醇过程中柠檬酸和丙酮酸对发酵过程的影响。摇瓶实验结果表明:添加柠檬酸能抑制菌体生长和1,3-丙二醇合成;丙酮酸对菌体生长和1,3-丙二醇合成有一定的促进作用。5 L发酵罐批式发酵表明:补料培养基中加入8 g/L丙酮酸,1,3-丙二醇的产量提高了约10.8%,转化率提高了约4.4%,比生长速率提高了约10.8%。上述结果初步表明,强化能量的产生能够有效促进1,3-丙二醇的合成,可以利用分子生物学手段强化丙酮酸的产生以促进1,3-丙二醇的合成。     

Effects of different pH regulators on 1,3-propanediol production by Klebsiella pneumoniae in fed-batch culture

对肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)发酵生产1,3-丙二醇(1,3-Propanediol,1,3-PD)的补碱策略进行了研究.分别利用NaOH、氨水、KOH三种溶液作为pH调节剂,优化三种pH调节剂并得到按一定比例混合的混合碱.当采用混合碱调控发酵pH值为7.0时,1,3-丙二醇的产量达到了55 g/L,比无pH调控(对照)发酵过程发酵水平提高了10.6倍.     

补料分批发酵过程中两阶段发酵生产1,3-丙二醇

在补料分批发酵过程中提高比生长速率不仅减少乙醇、甲酸的生成,而且提高1,3-丙二醇的得率和比生产速率.发酵后期甘油的浓度在15～26 g/L时有利于提高1,3-丙二醇的生产.采取在发酵前期控制菌体较高比生长速率和发酵后期控制适宜甘油浓度相结合的策略,有效地提高了1,3-丙二醇的生产,降低副产物乳酸和乙醇的生成.     

1,3-丙二醇生产的研究进展

作为一种重要的化工材料,1,3-丙二醇凭借其自身的优点,在工业生产中具有很高的应用价值。但其传统的生产方法,操作繁琐、技术难度大、设备投资高,已无法满足对1,3-丙二醇的日益增长的需要;而微生物发酵法又面临着产率低、发酵条件难以控制等弊病。相反,基因工程技术在1,3-丙二醇生产过程中扮演着越来越重要的角色。简要综述了1,3-丙二醇研究及生产工艺的进展。     

新型复合诱变法筛选高产1,3-丙二醇菌株

为提高肺炎克雷伯氏茵生产l,3-丙二醇的能力,使用一种新型的以氮气为工作气体的等离子体复合紫外的诱变系统(MPMS-UV)对菌种进行诱变.用含有90g/L～100g/L1,3-丙二醇的选择培养基进行筛选驯化,最终获得一株高产PDO且甘油利用率高的优良菌株k2.2L批式流加发酵结果表明,该菌株PDO产量为69.71 g/L,摩尔产率为0.57 mol/mol,比原始菌株分别提高了44.7％和21％.     

1,3-丙二醇发酵液后提取技术研究进展

1,3-丙二醇是一种重要的化工原料,以甘油或葡萄糖为原料发酵法制备1,3-丙二醇具有原料可再生、反应条件温和等优点,是近年来国内外的研究热点。由微生物发酵获得的1,3-丙二醇发酵液是含多种强极性的醇及盐类的稀溶液,这使得采用传统的分离方法难以经济、有效地的将1,3-丙二醇从发酵液中纯化出来,后提取过程成为发酵法工业化生产1,3-丙二醇的瓶颈。1,3-丙二醇后提取过程主要包括微生物菌体等高分子物质的去除,盐的去除、回收,有机物的纯化和水的去除。以下对应用于以上分离过程的技术的研究进展进行讨论,提出在该领域应该重视的发展方向。     

原生质体紫外诱变技术选育1,3-丙二醇高产菌株

以肺炎克雷伯氏杆菌(Klebsiella pneumoniae)为研究对象,应用原生质体紫外诱变技术提高其对甘油及1,3-丙二醇的耐受性,获得1,3-丙二醇高产菌.在原生质体制备过程中,运用滤膜去除酶解后细胞悬液中的正常菌体,简化菌体酶解过程,提高再生率及形成率.经过原生质体诱变后,以耐受高浓度甘油和1,3-丙二醇及高产酸能力为筛选方向,最终筛选到了3株高产菌株(Kp-1、Kp-4和Kp-5).在补料发酵实验中,上述诱变菌产1,3-丙二醇能力分别为70.24 、65.21和75.51 g/L,比野生菌株WT(55.78 g/L)分别提高了25.92%、16.91%和35.37%.     

最新专利文摘

酵母菌混合发酵乳清生产燃料乙醇的方法;微生物处理工业废弃物的方法和发酵生产微生物油脂的方法及其专用菌株;重组表达载体和用其转化的宿主细胞发酵甘油高产1,3-丙二醇的方法;用基因工程菌发酵生产腺苷蛋氨酸的方法     

用遗传算法优化流加培养的底物流加轨迹

遗传算法（Genetic Algorithm,GA)j是把生物进化论和遗传学原理应用于工程优化而创造出来的新的优化算法,在复杂问题的优化方面显示出了优良性能。近年来GA开始应用于发酵工程领域,本文介绍了应用GA优化流加培养流加轨迹的原理和方法。     

甲酸脱氢酶在Klebsiella pneumoniae中的表达和功能分析

在甘油厌氧发酵生产1,3-丙二醇的过程中,需要消耗还原当量NADH,NADH的有效供给决定了1,3-丙二醇的产量和得率。采用PCR方法从Candidaboidinii基因组中克隆编码甲酸脱氢酶基因fdh,将fdh基因片段插入载体pMALTM-p2X中,构建表达载体pMALTM-p2X-fdh,并转入1,3-丙二醇生产菌Klebsiella pneumoniae YMU2,获得重组菌Klebsiella pneumoniae F-1。研究了重组质粒的稳定性和IPTG诱导fdh基因过量表达的条件。结果表明,重组质粒具有良好的稳定性;fdh基因表达的蛋白分子量为40.2kDa;IPTG诱导表达研究表明,在IPTG浓度为0.5mmol/L时,诱导4h后甲酸脱氢酶表达明显;发酵过程中甲酸脱氢酶比酶活达到5.47U/mg;与出发菌株K.pneumoniae YMU2相比,重组菌F-1合成1,3-丙二醇的浓度提高了12.5%。     

异源表达木糖异构酶基因对克雷伯氏菌合成1,3-丙二醇的影响

【目的】提高克雷伯氏菌胞内还原力以强化1,3-丙二醇合成。【方法】将来源于大肠杆菌的木糖异构酶基因在克雷伯氏菌中异源表达,构建重组菌。研究重组菌添加不同浓度木糖为辅底物与甘油共发酵过程中代谢产物和NADH的变化规律。【结果】与对照菌相比,重组菌细胞内还原力NADH提高了0.1?0.3倍,1,3-丙二醇产量达到23.31 g/L,提高20%,1,3-丙二醇转化率从0.60 mol/mol提高到0.73 mol/mol。【结论】木糖异构酶基因的表达强化了木糖代谢途径,经磷酸戊糖途径积累大量还原力,促进了1,3-丙二醇的生成。     

生物发酵法生产1,3-丙二醇和2,3-丁二醇

1,3-丙二醇(1,3-PDO)和2,3-丁二醇(2,3-BDO)是工业生产中常见的二醇,可以直接由可再生原料经生物转化生成,在化学、能源等方面具有广泛的用途。本文综述并讨论了微生物发酵法生产这两种二醇的进展,重点介绍了生产菌株的改造及发酵过程的优化。     

酶法合成生物柴油工业化研究进展

介绍了北京化工大学近年来酶法合成生物柴油工业化研究的结果。主要内容包括以下几个方面:高产脂肪酶菌株的选育、脂肪酶发酵工艺优化及放大、脂肪酶固定化方法、酶反应器放大、生物柴油分离精制及副产物甘油综合利用。该脂肪酶假丝酵母Candida sp.99-125在5 m3罐发酵活力不低于8 000 IU/mL,然后将该脂肪酶吸附固定在织物膜上并进行表面改性,用于搅拌罐式反应器生产每吨甲酯的需酶量仅为4.2 kg,产品经分离精制调质后,其各项指标完全符合德国生物柴油生产标准。副产物甘油可用于1,3-丙二醇发酵,30 L发酵罐中1,3-丙二醇的产量可达到76.1 g/L。     

在Klebsiella pneumoniae醛脱氢酶失活菌中构建NADH再生系统

生物法生产1,3-丙二醇（1,3-Propanediol,1,3-PD）是当前工业生物技术研究的热点之一,生产过程中,需要消耗还原当量NADH,NADH的有效供给决定了1,3-PD的产量和得率。本文采用PCR的方法从Candida boidinii基因组中克隆编码fdh的基因,将该基因片段插入载体pMALTM-p2X,构建表达载体pMALTM -p2X-fdh,并转入醛脱氢酶失活菌Klebsiella pneumoniae DA-1HB,获得重组菌Klebsiella pneumoniae DAF-1。在IPTG浓度0.5 mmol/L时,诱导3 h后甲酸脱氢酶表达明显;发酵过程中甲酸脱氢酶比酶活达到4.82 U/mg;与出发菌株K. pneumoniae DA-1HB相比,重组菌DAF-1合成1,3-丙二醇的浓度提高了19.2%?。     

克雷伯氏菌产1,3-丙二醇ldhA基因缺失菌株的构建

克雷伯氏菌(Klebsiella pneumonia)甘油歧化发酵生产1,3-丙二醇(1,3-PD)的过程中,乳酸是氧化途径最主要的副产物,乳酸的产生和积累,不仅限制了菌体本身的生长,而且严重影响了1,3-丙二醇的转化率。利用λRed重组技术对Klebsiella pneumonia中的酶乳酸脱氢酶基因(ldhA)进行改造。在λRed重组系统作用下,将带有300 bp的线性同源片段ldhA1-Cm-ldh A2与基因组DNA的同源重组,经过抗性筛选和PCR鉴定最终获得了ldhA基因缺失菌株K.pneumonia2-1ΔldhA。经过24 h发酵可知,乳酸最大产出浓度由原来的10.16 g/L降为0.49 g/L,1,3-PD由原来的78.83 g/L增长为85.76 g/L,甘油转化率由60.64%增长到65.97%,提高了5.33%。