碳源和氮源对5-酮基-葡萄糖酸生成的影响

氧化葡萄糖杆菌Gluconobacter oxydans可以将葡萄糖氧化成葡萄糖酸,并进一步氧化成2-酮基-葡萄糖酸(2KGA)和5-酮基-葡萄糖酸(5KGA),其中5KGA在催化剂的作用下能够转化为L(+)-酒石酸。为了提高5-酮基-葡萄糖酸产量,以仅生成5KGA的氧化葡萄糖杆菌Gluconobacter oxydans HGI-1为出发菌株,研究不同碳源(蔗糖、乳糖、麦芽糖、淀粉、葡萄糖)和有机氮源(酵母浸粉、鱼粉、玉米浆、黄豆饼粉、棉籽饼粉)对5KGA产量的影响。500 mL摇瓶试验结果表明,当葡萄糖浓度为100 g/L时,5KGA产量最高为98.20 g/L;当有机氮源为酵母浸粉、鱼粉和玉米浆,其添加量的蛋白含量为1.60%时,5KGA产量分别为100.20 g/L、109.10 g/L和99.83 g/L,其中,使用鱼粉的5KGA产量最高,使用玉米浆的5KGA产量比酵母浸粉略低。出于经济考虑,文中选择玉米浆作有机氮源,并在5 L发酵罐中进行分批发酵放大试验,5KGA的产量为93.80 g/L,最大生成速率为3.48 g/(L·h),平均生成速率为1.56 g/(L·h)。结果表明,葡萄糖和玉米浆分别为Gluconobacter oxydans HGI-1规模化生产5KGA的最适碳源和氮源,可利用葡萄糖几乎全部(85.93%)转化为5KGA。     

溶氧对Blakeslea trispora分批发酵生产β-胡萝卜素的影响

在摇瓶和5 L发酵罐中研究了溶氧 (DO) 对Blakeslea trispora分批发酵生产β-胡萝卜素的影响,总结了5 L发酵罐中β-胡萝卜素发酵过程中溶氧的变化规律.结果表明,当500 mL摇瓶装液量为50 mL,转速为240 r/min条件下发酵生产β-胡萝卜素产量最大,达到3.416 g/L; 5 L发酵罐中,在搅拌转速为1 000 r/min,通气量为1.5 vvm的条件下,β-胡萝卜素的产量可达到3.712 g/L,略高于摇瓶,这可能是由于5 L发酵罐中的气液传递和混合状况好于摇瓶,促进了产物的合成.     

混合菌发酵1,3-丙二醇的初步研究

将表达酿酒酵母3-磷酸甘油脱氢酶基因(GPD1)和3-磷酸甘油酯酶基因(HOR2)的质粒PSE-gpd1-hor2转化到甘油激酶基因(glpK)和甘油脱氢酶基因(gldA)双缺失的大肠杆菌JM109C中,构建产甘油的工程菌JM109C/PSE-gpd1-hor2.接种JM109C/pSE-gpd1-hor2和Klebsiella在含1%葡萄糖的摇瓶发酵培养基中37℃发酵56 h,1,3-丙二醇的最高产量为1.28 g/L,葡萄糖摩尔转化率为37.5%;在30 L发酵罐中发酵68 h,1,3-丙二醇的最高产量为24.09 g/L,葡萄糖摩尔转化率为38.0%;5 g/L的乙酸、乳酸,10 g/L的乙醇分别使1,3-丙二醇的产量降低了91.41%、54.68%和51.56%.     

出芽短梗霉产聚苹果酸发酵条件的优化

【背景】出芽短梗霉可发酵葡萄糖生成聚苹果酸,但存在转化率和转化效率低等瓶颈,阻碍其实现商业化生产。【目的】通过优化发酵培养条件,提高出芽短梗霉的聚苹果酸产量、糖酸转化率和生产强度。【方法】采用单因素试验优化适宜出芽短梗霉BK-10菌株产生聚苹果酸的培养条件,通过Plackett-Burman法对培养基组分筛选显著性影响因素,并对其培养基中无机盐进行正交试验优化,最后进行5 L发酵罐验证。【结果】最优培养基配方和培养条件:100 g/L葡萄糖,1.5 g/L尿素,0.20 g/L KH_2PO_4,0.20 g/L ZnSO_4,0.05 g/L MgSO_4,0.75 g/L KCl,30 g/L CaCO_3,0.01%吐温-80,发酵温度26°C,250 mL摇瓶装液量50 mL。【结论】通过优化,聚苹果酸的糖酸转化率达到0.71 g/g,生产强度达到0.89 g/(L·h),较优化前分别提高了18.33%和71.15%,为发酵葡萄糖合成聚苹果酸进而生产L-苹果酸工艺的工业化生产奠定经济性基础。     

代谢工程改造Gluconobacter suboxydans生产2-酮基-D-葡萄糖酸

2-酮基-D-葡萄糖酸是重要的抗氧化剂和食品添加剂——D-异抗坏血酸的重要前体。弱氧化葡糖酸杆菌(Gluconobacter suboxydans)具有丰富的周质空间氧化还原酶类,可将葡萄糖氧化为葡萄糖酸再氧化为2-酮基-D-葡萄糖酸。以提高2-酮基-D-葡萄糖酸的产量和减少副产物为目标,采用同源重组染色体修饰策略,将编码甘油脱氢酶的基因gldh置换为编码葡萄糖脱氢酶的基因gdh,将编码山梨醇脱氢酶的基因sdh置换为编码2-酮-D-葡萄糖酸脱氢酶的基因ga-2-dh。经PCR、酶活性显色及发酵产物HPLC检测验证表明:构建的工程菌株gdh和ga-2-dh基因被强化而gldh和sdh被敲除;使用10%的葡萄糖复合培养基,摇瓶发酵72h,工程菌2KGA3发酵液中没有副产物5-酮基-葡萄糖酸,2-酮基-D-葡萄糖酸的含量终浓度达到72.3 g/L,比野生菌株提高42.2g/L,工程菌和野生菌的2-D-KGA质量转化率分别为72.3%和30.1%,工程菌比野生菌提高1.4倍。构建获得的工程菌,不需要外加抗生素,可以保持稳定遗传,对于工业化规模生产具有一定优势,为获得可产业化显示的优势遗传资源打下了基础。     

氧化葡萄糖酸杆菌中硫辛酸合成模块对维生素C一步混菌发酵的影响

在由氧化葡萄糖酸杆菌和普通生酮古龙酸杆菌构建的维生素C两菌一步发酵体系中,为了强化氧化葡萄糖酸杆菌对普通生酮古龙酸杆菌生长和产酸的促进作用,文中在氧化葡萄糖酸杆菌中构建硫辛酸合成功能模块。由含硫辛酸功能模块的氧化葡萄糖酸杆菌和普通生酮古龙酸杆菌组成的两菌一步体系,能减轻普通生酮古龙酸杆菌单菌培养时的生长抑制,强化两菌的互作关系,使维生素C前体(2-酮基-L-古龙酸,2-KGA)的产量提高到73.34 g/L(对照组为59.09 g/L),醇酸转化率提高到86.0%。研究结果为进一步优化维生素C两菌一步发酵体系提供了新思路。     

氧化葡萄糖酸杆菌生物催化1,3-丙二醇合成3-羟基丙酸

3-羟基丙酸是一种潜在的重要化工产品,可作为中间体合成多种有经济价值的工业用化合物。文中利用氧化葡萄糖酸杆菌生物催化1,3-丙二醇合成3-羟基丙酸。首先在50 mL摇瓶中(转化体系为10 mL)考察细胞加入量、底物和产物浓度等对催化反应的影响。在此基础上,在2 L鼓泡塔中(转化体系为1 L),采取适当的补料方式和生物转化与分离相耦合的手段解除抑制,以提高目标产物终浓度。结果表明:高底物和产物浓度通过降低反应初速度抑制转化的进行,并确定了最佳催化反应条件为6 g/L菌体量,pH 5.5。利用流加补料方式维持反应体系中底物浓度在15~20 g/L,经过60 h的反应,3-羟基丙酸的浓度达到60.8 g/L,生产强度为1.0g/(L.h),转化率为84.3%。采用生物转化与分离相耦合的方法,经过50 h的转化反应,3-羟基丙酸的总产量达76.3 g/L,生产强度为1.5 g/(L.h),转化率83.7%。研究结果对利用氧化葡萄糖酸杆菌的不完全氧化醇类化合物特性实现其在工业生物催化中的应用具有一定的指导意义。     

谷氨酸棒状杆菌合成5-氨基乙酰丙酸的途径构建与发酵优化

5-氨基乙酰丙酸(5-amino levulinic acid,ALA)是生物体内天然存在的一种非蛋白质氨基酸,在农业和医药等领域应用广泛。为了在谷氨酸棒状杆菌中建立ALA碳四合成途径并优化其发酵体系,首先在谷氨酸棒状杆菌中过表达沼泽红假单胞菌来源的ALA合成酶(ALAS),建立高效的ALA碳四合成途径,然后从不同发酵培养基的比较、诱导剂和底物甘氨酸的浓度以及初始接种量等不同方面对ALA摇瓶发酵工艺进行了优化。结果显示,过表达Hem A的13032/p ZWA1菌株ALA产量达到1.41 g/L,是对照菌株的67.14倍。ALA的最优摇瓶发酵条件为以酵母粉为氮源的M9培养基,采用5%的接种量0.1 mmol/L IPTG进行Hem A的诱导表达,体系中甘氨酸的浓度要控制在4 g/L,摇瓶中ALA产量可达到3.28 g/L,比优化前提高了132.62%。采用发酵优化的条件,在5 L发酵罐的放大发酵中ALA产量可达10.08 g/L,这是现有报道中谷氨酸棒状杆菌一步发酵合成ALA的最高产量。     

利用固定化啤酒酵母合成5'-核苷三磷酸

固定化啤酒酵母细胞由5’-核苷一磷酸(NMPs)合成5’-核苷三磷酸(NTPs)。在250mL摇瓶中加入20g固定化酵母细胞和20mL反应液(NMP 40mmol/L,葡萄糖150mmol/L,K2HPO4-KH2PO4缓冲液250 mmol/L,硫酸镁10mmol/L),pH 7.0,35℃,反应2.5h,NTP转化率达到80%。底物溶液添加NAD 后,该固定化酵母细胞可反复使用10次,NTP的转化率稳定维持在70%以上。     

聚-ε-赖氨酸高产菌株的筛选及其发酵工艺的初步研究

利用亚甲基蓝平板初筛、摇瓶复筛,从土壤中筛选了一株聚-ε-赖氨酸(ε-PL)高产菌株,ε-PL摇瓶产量大于2g/L,经初步鉴定该菌株为白色链霉菌(Streptomyces albulus)。对该菌株发酵生产ε-PL的培养基成分进行初步研究表明:葡萄糖是最好的碳源,酵母粉和硫酸铵是最佳的复合氮源,在优化培养基下,ε-PL摇瓶产量达到3.9g/L。     

代谢工程改造大肠杆菌合成丙二酸

丙二酸是一种重要的有机二元羧酸,其应用价值遍及化工、医药、食品等领域。本文以大肠杆菌为底盘细胞,过表达了ppc、aspC、panD、pa0132、yneI和pyc基因,成功构建了丙二酸合成重组菌株大肠杆菌BL21(TPP)。该菌株在摇瓶发酵条件下,丙二酸产量达到0.61 g/L。在5 L发酵罐水平,采用间歇补料的方式丙二酸的积累量达3.32 g/L。本研究应用了融合蛋白技术,将ppc和aspC、pa0132和yneI分别进行融合表达,构建了工程菌BL21(SCR)。在摇瓶发酵水平,该菌株丙二酸的积累量达到了0.83 g/L,较出发菌株BL21(TPP)提高了36%。在5 L发酵罐中,工程菌BL21(SCR)的丙二酸产量最高达5.61 g/L,较出发菌株BL21(TPP)提高了69%。本研究实现了丙二酸在大肠杆菌中的生物合成,为构建丙二酸合成的细胞工厂提供了理论依据和技术基础,同时也对其他二元羧酸的生物合成具有启发和指导意义。     

海洋中海藻糖产生菌的筛选及发酵条件优化

从180余份海水、海泥样品中筛选得到60株产海藻糖较高的菌株,编号为2-14的菌株海藻糖产量最高,为127.9mg/g cell。对2-14菌株进行形态特征、培养特征及生理生化试验,鉴定该菌株为红酵母属(Rhodotorula sp.)。研究摇瓶发酵条件对红酵母海藻糖产量的影响,结果为:初始pH5.5,发酵温度28℃,装液量75mL(250mL三角瓶中)。采用优化后发酵条件红酵母海藻糖产量为193.3mg/g cell,优化前对照值为132.1mg/g cell,优化后的结果是优化前的1.46倍。在5L发酵罐中培养得到最佳发酵时间为54h,发酵罐培养发酵液中海藻糖含量最高达2.5g/L,为摇瓶培养的1.6倍。     

根瘤菌BK-20固定化细胞生产L(+)-酒石酸

顺式环氧琥珀酸水解酶(CESH)是根瘤菌BK-20生产L(+)-酒石酸的关键酶。为提高其生产效率和生产稳定性,首先优化根瘤菌BK-20的产酶条件,然后利用固定化细胞连续生产L(+)-酒石酸。结果显示,优化后游离细胞酶活达(3 498.0±142.6)U/g,较优化前提高643%。固定化细胞酶活达(2 817.2±226.7)U/g,其最适包埋剂、菌体浓度和凝胶浓度分别为海藻酸钠,10%(W/V)和1.5%(W/V)。固定化细胞连续反应10批后,其形状和酶活均无明显改变,单批次转化率达98%以上,具有良好的生产稳定性。     

Enhanced production of (+)-terrein by Aspergillus terreus strain PF26 with epigenetic modifier suberoylanilide hydroxamic acid

New strategies for improving the fermentation yield of (+)-terrein which is a fungal metabolite with multiple bioactivities are very urgent. In this study, the effect of suberoylanilide hydroxamic acid, one kind of epigenetic modifier, on the biosynthesis of (+)-terrein by Aspergillus terreus strain PF26 isolated from the marine sponge Phakellia fusca was investigated. It was found that suberoylanilide hydroxamic acid exhibited a positive impact on (+)-terrein production, resulting from promoting the biosynthesis of 6-hydroxymellein, the precursor of (+)-terrein. Through optimization of feeding concentration and time of suberoylanilide hydroxamic acid, 5.58 g/L (+)-terrein could be obtained in shake flask cultivation, 29.5% higher than the control. Correspondingly, the fermentation of A. terreus strain PF26 in 7.5-L stirred bioreactor with feeding suberoylanilide hydroxamic acid (900 μM, day 4) yielded 9.07 g/L (+)-terrein, 77.1% higher than the control. These results showed that the epigenetic modifier-suberoylanilide hydroxamic acid could be utilized to enhance the production of (+)-terrein, which laid the foundation of massive production of (+)-terrein by fermentation.     

重组毕赤酵母生产β-葡萄糖苷酶发酵条件初步研究

为提高重组毕赤酵母(P.pastoris KM71/pPIC9K-bgl)生产β-葡萄糖苷酶的产量,在摇瓶条件下对重组P.pastoris产β-葡萄糖苷酶的发酵过程进行了优化,得到最佳的条件:生长阶段甘油浓度为30 g/L,接种量为10%,诱导阶段甲醇的初浓度为4%,过程补加甲醇0.5%,诱导温度30℃,pH7.5,诱导周期120 h,酶活可达到245 U/mL。在此基础上,在3 L发酵罐上进行初步放大,流加甘油提高细胞密度至OD_(600)为170,开始流加甲醇诱导,最终BGL酶活达到1 175 U/mL。比摇瓶提高了4.8倍,为β-葡萄糖苷酶工业化生产打下了坚实的基础。     

Ergosterol production from molasses by genetically modified <Emphasis Type="Italic">Saccharomyces cerevisiae</Emphasis>

Ergosterol is an economically important metabolite produced by fungi. Recombinant Saccharomyces cerevisiae YEH56(pHXA42) with increased capacity of ergosterol formation was constructed by combined overexpression of sterol C-24(28) reductase and sterol acyltransferase in the yeast strain YEH56. The production of ergosterol by this recombinant strain using cane molasses (CM) as an inexpensive carbon source was investigated. An ergosterol content of 52.6 mg/g was obtained with 6.1 g/l of biomass from CM medium containing 60 g/l of total sugar in 30 h in shake flask. The ergosterol yield was enhanced through the increasing cell biomass by supplementation of urea to a concentration of 6 g/l in molasses medium. Fermentation was performed in 5-l bioreactor using the optimized molasses medium. In batch fermentation, the effect of agitation velocity on ergosterol production was examined. The highest ergosterol yield was obtained at 400 rpm that increased 60.4 mg/l in comparison with the shake flask culture. In fed-batch fermentation, yeast cells were cultivated, firstly, in the starting medium containing molasses with 20 g/l of total sugar, 1.68 g/l of phosphate acid, and 6 g/l of urea (pH 5.4) for 5 h, then molasses containing 350 g/l of total sugar was fed exponentially into the bioreactor to keep the ethanol level in the broth below 0.5%. After 40 h of cultivation, the ergosterol yield reached 1,707 mg/l, which was 3.1-fold of that in the batch fermentation.     

高效合成葡萄糖二酸酿酒酵母工程菌的构建

葡萄糖二酸是天然存在的一种重要二元酸,其在医疗保健和化工工业等领域具有很高的实际应用价值,因此被称为"最具价值的生物炼制产品之一".以酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)为底盘微生物,文中考察了过量表达肌醇转运蛋白Itr1、融合表达肌醇加氧酶和葡萄糖醛酸脱氢酶以及弱化表达葡萄糖6-磷酸脱氢酶基因...     

蛹虫草蓝光诱导两步法发酵产类胡萝卜素

采用黑暗摇瓶发酵和蓝光照射静置培养的两步培养法,进行蛹虫草(Cordyceps militaris L.)液体发酵产类胡萝卜素的蓝光诱导。结果表明蛹虫草在2d的黑暗培养和5d的蓝光照射静置培养后,其类胡萝卜素的含量可达到最高值558.4μg/gFW。而以黑暗摇瓶培养2d后,进行不同时间的蓝光照射静置培养。结果表明,蓝光照射最初2d,蛹虫草类胡萝卜素含量变化不明显,随后快速增加,并在第5天达到最大值558.4μg/gFW,随后类胡萝卜素的含量并无明显变化。通过研究解决了蛹虫草液体发酵产类胡萝卜素的培养过程中蓝光的给光问题。     

Enhanced production of (+)-terrein in fed-batch cultivation of Aspergillus terreus strain PF26 with sodium citrate

(+)-Terrein is a fungal metabolite with multiple biological activities, especially with great value in medicine. However, the mass production of single configuration terrein is still a big challenge. In this study, the effects of acetic acid, sodium acetate, citric acid and sodium citrate on the (+)-terrein production by Aspergillus terreus strain PF26 derived from marine sponge Phakellia fusca were investigated. Sodium citrate was selected for fed-batch cultivation because it showed the best effect on (+)-terrein production among the four regulators tested. As a result, 5.38 g/L (+)-terrein production was achieved by feeding 10 mM sodium citrate on the 3rd day in shake flask, which was 33.8 % higher than the control and represented the highest yield of (+)-terrein. In a 7.5-L stirred bioreactor, 2.58 g/L of (+)-terrein production was achieved by the feeding of 10 mM sodium citrate on the 8th day. The results from this study lay a basis for the high-yield production of (+)-terrein by fermentation.