重组Humicola insolens角质酶的高密度发酵优化 *

在采用前期已构建的重组菌E.coli BL21(DE3)/pET20b(+)-hic进行高密度发酵制备角质酶时发现,在高诱导强度发酵时,菌体浓度下降明显。同时,通过测定纯化重组角质酶的磷脂水解活性,考察验证了重组酶对宿主细胞的损伤作用。重组酶的磷脂酰乙醇胺活性为9.8U/mg(NPB水解比活力为1 047.6 U/mg),在卵黄平板出现了明显的反应圈现象。在此基础上尝试了高菌体浓度结合高诱导强度的发酵策略,以进一步提高重组酶在3L罐中的表达水平。优化后的最佳条件及结果为:OD₆₀₀为75时,恒速流加0.8g/(L ·h)的乳糖溶液,发酵24h后,酶活达到最大值4 788.0U/ml,约为摇瓶发酵酶活的28倍,与OD₆₀₀为50时、流加0.2 g/(L ·h)进行诱导的发酵策略(酶活2 233.0 U/ml)相比,提高幅度约为114.0%,发酵时间缩短40.0%。     

Lactobacillus kefiranofaciens流加发酵法生产开菲尔多糖

研究了开菲尔基质乳杆菌(Lactobacillus kefiranofaciens)在不同初始蔗糖浓度下的开菲尔多糖(Kefiran)分批发酵过程.结果表明,分批发酵过程不能实现Kefiran高产量、高底物转化率和高生产强度的相对统一.在此基础上,进一步考察分批补料、恒速流加和指数速率流加等不同培养方式对Kefiran发酵的影响.这几种培养方式都可以实现乳酸菌细胞和Kefiran的高产.综合比较,4g/(L·h)的蔗糖恒速流加为Kefiran生产较适宜的流加方式,细胞干质量浓度为63.6 g/L,Kefiran产量达到4.95 g/L.     

酶水解菊芋糖浆发酵生产琥珀酸的初步研究

用产菊粉酶的一株黑曲霉菌株进行产酶发酵条件和水解条件研究,在30℃,pH 6.0,摇床转速200 r/min,发酵时间为3 d的最适产酶条件下,酶活可以达到45.9 U/mL.以总糖含量为85.2 g/L的菊芋粉为初始底物,最适酶水解条件为温度50℃,加黑曲霉培养液的量为10%(v/v),水解12 h后,水解率达到99.6%.用此酶解液在5 L搅拌发酵罐中进行琥珀酸发酵,初始还原糖浓度53.5 g/L,36 h发酵产琥珀酸43.8 g/L,琥珀酸产率0.83 g/g,糖利用率99.0%,琥珀酸生产强度1.22 g/(L·h).     

重组大肠杆菌BL21(pUC19-Hyp)产羟脯氨酸的补料分批培养

利用自主构建的组成型重组大肠杆菌BL21(pUC19-Hyp)为出发菌株,运用间歇流加、指数流加和恒速流加3种流加C源的方式进行补料分批培养。结果表明:在装液量为4 L的7 L发酵罐中,以0.30 g/min恒速流加为最优,在发酵44 h时,羟脯氨酸的质量浓度达到最高,为42.50 g/L,脯氨酸转化率为81%,此时细胞干质量为21.33g/L,残糖质量浓度为0.17 g/L。L-羟脯氨酸含量与摇瓶发酵时的1.39 g/L相比,提高了大约30倍,比日本株式会社的发酵产量提高了1.50 g/L,发酵过程中糖酸转化率约为4.0∶1。发酵液中的氨基酸分析结果表明,除脯氨酸、羟脯氨酸外的其他氨基酸质量浓度均低于0.1 g/L,发酵液中主要氨基酸为脯氨酸和羟脯氨酸。     

高发酵活力面包酵母的高产率流加培养策略研究

首先优化了面包酵母生产过程中分批培养阶段的操作条件,然后在连续培养实验的基础上．确定了面包酵母流加培养的最佳参数,并得出了发酵活力与比生长速率之间的关联式。根据这一关联式和指数流加培养模式,提出了两阶段控制比生长速度的流加培养策略。研究结果表明：采用初糖浓度为15～30g／L、残糖控制浓度为3～6g／L以及分阶段控制搅拌转速以提供不同的传氧速率;应用提出的流加培养策略进行面包酵母培养．在产率达到0．432g/g的同时发酵活力达到1180ml,可实现面包酵母培养过程高产率和高发酵活力的统一。     

重组大肠杆菌产尿素酶B高密度发酵条件的优化

探究重组大肠杆菌产尿素酶B（urease B subunit, UreB）的高密度发酵条件。通过实验室摇瓶和30 L发酵罐对UreB基因工程菌的发酵条件进行优化。结果表明：30 L发酵罐中以TB培养基为发酵培养基,接种量为5%,发酵温度为37 ℃,pH为6.8,溶氧量为30%左右,培养至2 h开始恒速流加50%甘油,4 h流加50%酵母提取物和50%胰蛋白胨,并加入终浓度为0.5 mmol/L的异丙基β-D-硫代半乳糖苷（isopropyl β-D-thiogalactoside,IPTG),诱导表达4 h,结束发酵,所得菌体干物质约为25.7 g/L,UreB表达量为31.4%。此工艺可以提高UreB的产量。     

在线推定和控制葡萄糖浓度改善谷氨酸发酵性能

谷氨酸发酵过程一般需要定时、人工分批式地添加葡萄糖。该流加操作方式会引起发酵罐内葡萄糖浓度的剧烈波动, 不利于高效、稳定的谷氨酸生产。谷氨酸发酵具有显著的非增殖耦联特征, 产酸期葡萄糖耗量与氨水耗量存在非常明显的关联性。通过在线计量氨水耗量推定糖耗以及葡萄糖浓度, 可比较准确地将谷氨酸发酵产酸期的糖浓度控制在预先设定的水平。当糖浓度控制在5 g/L~10 g/L的低水平时, 最终谷氨酸浓度可以达到80 g/L的较高水平, 高糖浓度下的渗透压效应有望得到缓解, 有利于发酵生产的稳定。     

嗜热网球菌纤维二糖差向异构酶在枯草芽孢杆菌中的表达及发酵优化

通过化学方法合成嗜热网球菌(Dictyoglomus thermophilum)来源的纤维二糖差向异构酶基因ce,将其引入到载体pBSuL3-ce,构建重组质粒pBSuL3-ce并转化进枯草芽孢杆菌,发酵48h后测定胞内酶活为7. 5U/ml。酶学性质结果表明:该酶的最适pH为8. 5;最适温度为85℃,85℃的半衰期为120min。为降低发酵成本,对发酵培养基进行优化:以35g/L豆粕粉为氮源、5g/L甘油为碳源时,酶活力最高可达12. 3U/ml。依据摇瓶优化的条件在3L发酵罐中扩大培养,胞内酶活达到56U/ml,比摇瓶培养酶活提高了8倍。利用发酵所得酶制备乳果糖,在乳糖浓度为400g/L、反应温度为85℃、初始pH 8. 5、加酶量为20U/ml的条件下,乳果糖转化率可达51%。     

丙酮丁醇梭菌发酵菊芋汁生产丁醇

对丙酮丁醇梭菌Clostridium acetobutylicum L7发酵菊芋汁酸水解液生产丁醇进行了初步研究。实验结果表明,以该水解液为底物生产丁醇,不需要添加氮源和生长因子。当水解液初始糖浓度为48.36 g/L时,其发酵性能与以果糖为碳源的对照组基本相同,发酵终点丁醇浓度为8.67 g/L,丁醇、丙酮和乙醇的比例为0.58∶0.36∶0.06,但与以葡萄糖为碳源的对照组相比,发酵时间明显延长,表明该菌株葡萄糖转运能力强于果糖。当水解液初始糖浓度提高到62.87 g/L时,发酵终点残糖浓度从3.09 g/L增加到3.26 g/L,但丁醇浓度却提高到11.21 g/L,丁醇、丙酮和乙醇的比例相应为0.64∶0.29∶0.05,表明适量糖过剩有助于C.acetobutylicum L7胞内代谢从丙酮合成向丁醇合成途径调节;继续提高水解液初始糖浓度,发酵终点残糖浓度迅速升高,丁醇生产的技术经济指标受到明显影响。     

酪氨酸流加方式对重组大肠杆菌发酵生产L-苯丙氨酸的影响

研究了流加浓度对酪氨酸重组大肠杆菌Escherichia coli BR-165(pAP-B03)发酵生产L-苯丙氨酸的影响.结果表明,诱导后L-酪氨酸流加加速了菌体的生长,提高了生产强度,缩短了发酵周期.在流加浓度为75 mg/h时,最大菌体干重达到了40.13 g/L(对照11.48 g/L),生产周期缩短到30 h(对照48 h),生产强度达到1.409 g/h/L(对照0.876 g/h/L).但是L-酪氨酸的流加对L-苯丙氨酸的最终产量没有明显的影响,因此可认为流加酪氨酸是减少发酵时间并提高生产强度的有效方法.本研究获得的酪氨酸流加方式对L-苯丙氨酸的工业化生产具有一定的指导意义.     

粘质沙雷氏菌发酵生产D-乳酸的研究

本文对粘质沙雷氏菌发酵生产D-乳酸进行了研究。以粘质沙雷氏菌G1(Serratia marcescens G1)为出发菌种,摇瓶试验确定了发酵培养方式:前12 h为菌体生长阶段,有氧培养,温度28℃,pH值7.0;后36 h为D-乳酸合成积累阶段,无氧培养,温度44℃,pH值6.0。且发现使用葡萄糖为碳源时更有利于D-乳酸的合成积累。采用缺失2,3-丁二醇合成能力的基因工程菌株R1为出发株,经筛选后得到耐受较高浓度乳酸盐的菌株R150,以R150为发酵菌种,在3.7 L发酵罐上采用两阶段发酵法,并通过增加起始菌体浓度的方法,发酵生成的D-乳酸浓度达到83.5 g/L,光学纯度达到98.9%。本研究成果为使用粘质沙雷氏菌发酵生产D-乳酸的深入研究打下了基础。     

Optimization of Exopolysaccharide Overproduction by Lactobacillus confusus in Solid State Fermentation under High Salinity Stress

It is believed that high concentrations of sodium chloride (NaCl) suppress the biosynthesis of exopolysaccharide (EPS) in lactic acid bacteria (LAB). Nevertheless, overproduction of EPSs due to high salinity stress in solid state fermentation performed on an agar surface was demonstrated in this study using a response surface methodology via a central composite design (CCD). Under optimized conditions with NaCl 4.97% and sucrose 136.5 g/L at 40.79 h of incubation, the EPS yield was 259% (86.36 g/L of EPS), higher than the maximum yield produced with the modified MRS medium containing only 120 g/L of sucrose without NaCl (33.4 g/L of EPS). Biosynthesis of EPS by Lactobacillus confusus TISTR 1498 was independent of biomass production. Our results indicated that high salinity stress can enhance EPS production in solid state fermentation.     

城市污泥添加厨余垃圾厌氧发酵产挥发性脂肪酸的研究

为了考察污泥产酸工业化的可行性和添加食品废弃物对污泥产酸的影响,本实验在实验室的基础上进行扩大研究,考察了不同的底物总固体浓度对产挥发性脂肪酸的影响.结果显示添加厨余垃圾之后挥发性脂肪酸的累积量可达到17.62g/L.综合产挥发性脂肪酸效果、底物降解效果和产率等情况建议在较大规模的生产过程中选择130g/L的底物浓度为...     

红曲多糖液态发酵工艺条件的优化

实验研究红曲多糖的液态发酵条件,得出优化后红曲菌ZKOA发酵工艺条件：蔗糖40g/L,酵母粉4．5g／L,KH2PO4·3H2O3．5∥L．MgSO40．4g／L,植物油2mL／L,接种量8％,种龄30h,发酵液起始pH5．0,发酵时间90h,在此条件下,摇瓶和中试发酵罐中的粗多糖质量浓度分别为7．6g／L和7．34g/L。     

树干毕赤酵母NLP31发酵产乙醇的研究

研究了树干毕赤酵母NLP31在木糖质量浓度为45 g/L的3种发酵培养基Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ上发酵3轮的发酵性能以及在45 g/L木糖或混合糖(葡萄糖30 g/L,木糖15 g/L)的发酵培养基Ⅲ上的代谢历程。结果表明:树干毕赤酵母NLP31在发酵培养基Ⅲ上,乙醇浓度和乙醇得率均达到最高,分别为(17.29±0.15)g/L和(84.65±0.58)%。在45 g/L木糖或混合糖(葡萄糖30 g/L,木糖15 g/L)的发酵培养基Ⅲ上的代谢历程表明:混合糖发酵达到最大乙醇得率的时间仅为12 h,要比单一木糖发酵缩短了8 h。树干毕赤酵母NLP31在以廉价的无机N源为发酵培养基上的乙醇发酵性能高,能够降低燃料乙醇的生产成本。     

High-titer n-butanol production by clostridium acetobutylicum JB200 in fed-batch fermentation with intermittent gas stripping

Acetone–butanol–ethanol (ABE) fermentation with a hyper‐butanol producing Clostridium acetobutylicum JB200 was studied for its potential to produce a high titer of butanol that can be readily recovered with gas stripping. In batch fermentation without gas stripping, a final butanol concentration of 19.1 g/L was produced from 86.4 g/L glucose consumed in 78 h, and butanol productivity and yield were 0.24 g/L h and 0.21 g/g, respectively. In contrast, when gas stripping was applied intermittently in fed‐batch fermentation, 172 g/L ABE (113.3 g/L butanol, 49.2 g/L acetone, 9.7 g/L ethanol) were produced from 474.9 g/L glucose in six feeding cycles over 326 h. The overall productivity and yield were 0.53 g/L h and 0.36 g/g for ABE and 0.35 g/L h and 0.24 g/g for butanol, respectively. The higher productivity was attributed to the reduced butanol concentration in the fermentation broth by gas stripping that alleviated butanol inhibition, whereas the increased butanol yield could be attributed to the reduced acids accumulation as most acids produced in acidogenesis were reassimilated by cells for ABE production. The intermittent gas stripping produced a highly concentrated condensate containing 195.9 g/L ABE or 150.5 g/L butanol that far exceeded butanol solubility in water. After liquid–liquid demixing or phase separation, a final product containing ～610 g/L butanol, ～40 g/L acetone, ～10 g/L ethanol, and no acids was obtained. Compared to conventional ABE fermentation, the fed‐batch fermentation with intermittent gas stripping has the potential to reduce at least 90% of energy consumption and water usage in n‐butanol production from glucose. Biotechnol. Bioeng. 2012; 109: 2746–2756. © 2012 Wiley Periodicals, Inc.     

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。     

采用玉米秸秆水解糖和玉米浆发酵生产丁二酸

研究了以玉米秸秆水解糖为碳源,不同氮源条件下琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogenesSF-9的丁二酸发酵产酸能力。结果表明玉米浆可以替代酵母膏作为丁二酸发酵的廉价氮源。厌氧摇瓶丁二酸发酵单因素试验,得到在初糖浓度50 g/L时,玉米浆的较佳用量为20 g/L。在5 L搅拌罐上,考察了不同初始玉米秸秆水解糖浓度对A.succinogenes SF-9发酵生产丁二酸的影响,结果显示高初始秸秆糖浓度对琥珀酸放线杆菌的生长有抑制作用。采用补料分批发酵,发酵60 h丁二酸的产量达到42.7g/L,丁二酸产率82.7%,生产强度0.81 g/(L·h)。丁二酸的产量和生产强度较分批发酵有明显提高。     

响应面法优化普鲁兰多糖发酵培养基

以出芽短梗霉IFO 4464为实验菌种,采用响应面法(RSM)优化了出芽短梗霉IFO 4464产普鲁兰多糖的发酵培养基。通过实验得到出芽短梗霉最佳发酵培养基为蔗糖59.8g/L,硫酸铵0.7 g/L,硫酸镁0.3 g/L,磷酸二氢钾5.0g/L,氯化钾0.5g/L,氯化钠1.5g/L,酵母浸膏2.5 g/L,多糖产量可达21.92 g/L。     

高糖和氮源对鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus)L-乳酸发酵的影响

鼠李糖乳杆菌经实验室耐高糖高酸选育,能够在高糖浓度下高效高产L-乳酸。以酵母粉为氮源和生长因子,葡萄糖初始浓度分别为120 g/L和146 g/L,摇瓶培养120h,L-乳酸产量分别为104g/L和117.5g/L,L-乳酸得率分别为86.7%和80.5%。高葡萄糖浓度对菌的生长和乳酸发酵有一定的抑制。增加接种量,在高糖浓度发酵条件下,可以缩短发酵时间,但对增加乳酸产量效果不明显。乳酸浓度对鼠李糖乳杆菌生长和产酸有显著的影响。初始乳酸浓度到达70g/L以上时,鼠李糖乳杆菌基本不生长和产酸,葡萄糖消耗也被抑制。酵母粉是鼠李糖乳杆菌的优良氮源,使用其它被测试的氮源菌体生长和产酸都有一定程度的下降。用廉价的黄豆粉并补充微量维生素液,替代培养基中的酵母粉,可以使产酸浓度和碳源得率得以基本维持。