两阶段溶氧控制及FeSO_4添加对谷氨酸棒杆菌合成4-羟基异亮氨酸的影响

优化4-羟基异亮氨酸发酵过程中溶氧水平及FeSO_4添加量,以提高其发酵水平。结合菌株Corynebacterium glutamicum HIL18及4-羟基异亮氨酸合成特点,首先考察不同溶氧水平及两阶段溶氧控制对4-羟基异亮氨酸发酵的影响。然后考察FeSO_4添加对其发酵的作用。20%溶氧有利于4-羟基异亮氨酸的合成。利用两阶段溶氧控制工艺(0～20 h、20%溶氧;20～64 h、30%溶氧)经64 h发酵,4-羟基异亮氨酸产量达到38.7 g/L,较未使用该工艺提高11.2%。采用两阶段FeSO_4添加策略(初始浓度为65μmol/L、20 h添加30μmol/L),4-羟基异亮氨酸的产量达到43.4 g/L。采用优化后的工艺使得4-羟基异亮氨酸产量较优化前提高27.3%。获得了4-羟基异亮氨酸发酵过程中两阶段溶氧控制及FeSO_4添加工艺。该结果为4-羟基异亮氨酸的高效发酵合成提供参考。     

过表达mqo对重组谷氨酸棒杆菌L-异亮氨酸和4-羟基异亮氨酸合成的影响

4-羟基异亮氨酸(4-hydroxyisoleucine,4-HIL)具有促进胰岛素分泌、降低胰岛素抵抗活性功能,在治疗糖尿病方面有潜在的应用价值。在产L-异亮氨酸(L-isoleucine,Ile)的谷氨酸棒杆菌SN01菌株中过表达ido基因后可以合成4-HIL。为了促进草酰乙酸的供应和4-HIL合成,在这株重组菌中又过表达了mqo。发酵144 h后,ido-mqo过表达菌的4-HIL产量是(60.86±2.24)mmol/L,低于ido过表达菌(72.06±5.60)mmol/L;但是,Ile的积累量高达(101.39±2.20)mmol/L,显著高于ido过表达菌(5.00±1.43)mmol/L。对ido-mqo过表达菌代谢途径中部分关键基因的RT-PCR分析表明,进入TCA循环的碳流由异柠檬酸裂解酶分流,进入乙醛酸循环,导致4-HIL合成所需的另一底物α-酮戊二酸(α-ketoglutarate,α-KG)供应不足和Ile过剩。于是添加α-KG,当添加量为40 mmol/L时,4-HIL的产量提高到(77.7±10.91)mmol/L,Ile到4-HIL的转化率提高到75%。因此,过表达mqo能够促进Ile合成,添加α-KG后能够促进Ile向4-HIL转化,从而提高4-HIL产量。     

增强回补途径对谷氨酸棒状杆菌合成L-异亮氨酸的影响（英文）

该实验考察和比较增强回补途径对谷氨酸棒状杆菌合成L-异亮氨酸的影响。通过以L-异亮氨酸生产菌Corynebacterium glutamicum YI为出发菌株,分别采用基因组整合和质粒的方式过表达磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶编码基因ppc及丙酮酸羧化酶编码基因pyc。结果表明,获得pyc基因组整合和质粒过表达菌株ILE01和ILE02,摇瓶条件下菌株L-异亮氨酸产量分别提高17.3%(6.1 g/L)和9.6%(5.7 g/L)、发酵罐条件下分别提高11.7%(24.8 g/L)和8.1%(24.0 g/L)。获得ppc基因组整合和质粒过表达菌株ILE03和ILE04,摇瓶条件下菌株L-异亮氨酸产量分别提高30.8%(6.8 g/L)和13.5%(5.9 g/L)、发酵罐条件下分别提高15.8%(25.7 g/L)和9.5%(24.3 g/L)。此外,过表达pyc和ppc还可不同程度地提高L-异亮氨酸转化率。然而采用质粒过表达pyc和ppc均使得菌株生物量下降。因此,过表达pyc和ppc均能显著提高L-异亮氨酸产量和转化率,基因组整合的过表达方式效果优于质粒过表达。该研究首次比较并报道了增强谷氨酸棒杆菌回补途径对谷氨酸棒杆菌生产L-异亮氨酸的影响,可为其代谢工程改造提供参考。     

基于基因转录和代谢物分析的异亮氨酸生产菌谷氨酸棒状杆菌YILW的理性改造

为获得异亮氨酸生产菌谷氨酸棒状杆菌（Corynebacterium glutamicum）YILW的理性改造策略,考察该菌株与出发菌株C. glutamicum ATCC 13032异亮氨酸合成途径中关键酶及代谢产物的差异。结果表明,C. glutamicumYILW丙酮酸羧化酶编码基因pyc的下调表达使得其胞内草酰乙酸含量降低,过表达该基因显著增加胞内草酰乙酸含量及异亮氨酸产量（分别从1.32 μmol/g（细胞干质量,下同）和5.18 g/L提高至3.32 μmol/g和5.81 g/L）,但副产物赖氨酸及胞内2-酮丁酸积累量提高。针对该问题采用强启动子替换手段过表达ilvBNC操纵子,使得其异亮氨酸产量提高至6.63 g/L。为进一步增加异亮氨酸合成,过表达输出载体编码基因brnE和brnF,其产量提高至7.31 g/L,较出发菌株C. glutamicum YILW提高41.1%,转化率提高40.0%。由此可见,在基因转录及代谢物分析结果指导下理性过表达pyc、ilvBNC操纵子及brnE和brnF能够显著提高异亮氨酸产量并降低副产物浓度。     

韦兰胶生产菌的选育

从实验室保藏的韦兰胶生产茵中筛选出作为育种的出发菌株,用紫外诱变得到系列突变体,经平板、摇瓶发酵_及传代实验,筛选出韦兰胶生产菌株NC-2,并对其发酵培养基组分进行了正交优化实验,得到最优的发酵培养基配方为:蔗糖40g/L,酵母膏3g/L,K2HPO4·7H2O5g/L,MgSO4·7H2O 4g/L,FeSO4·7H2O Img/L,CaCl2 0.5g/L,产量达到15.20g/L,在出发茵株的基础上提高102.67%.     

代谢工程改造大肠杆菌合成L-异亮氨酸的研究

以L-苏氨酸生产菌Escherichia coli THRD为出发菌株,利用基因重组技术替换ilvLXGMEDA启动子并过表达解除L-异亮氨酸反馈抑制的ilvA和ilvIH,以期获得L-异亮氨酸生产菌.将ilvLXGMEDA启动子替换为强启动子Ptrc并敲除ilvLXGM后获得ILE01菌株,于该菌株中分别过表达解除L-异亮氨酸反馈抑制的ilvIH及共表达解除L-异亮氨酸反馈抑制的ilvA和ilvIH,获得菌株ILE02和ILE03,其L-异亮氨酸产量分别达到1.75 g/L和2.19g/L.针对ILE03 α-酮丁酸积累量过高的问题,通过改变操纵子中ilvA和ilvIH的顺序调节其转录水平,获得菌株ILE04,其L-异亮氨酸产量达2.85 g/L.利用ILE04于5L发酵罐中进行发酵实验,L-异亮氨酸产量、发酵强度及转化率分别为5.23 g/L、0.17 g/(L·h)及4.6％.     

菌体蛋白水解液应用于谷氨酸发酵的研究

谷氨酸菌体蛋白来自温敏型谷氨酸发酵生产废渣,经水解后替代适量豆粕水解液用于温敏型谷氨酸发酵培养基中。通过进行发酵工艺优化,实验结果表明在温敏型谷氨酸发酵培养基中添加一定量的谷氨酸菌体蛋白水解液,发酵的产酸和转化率有显著的提高。经过工艺优化,温敏型谷氨酸发酵培养基组成确定为:淀粉水解糖55g/L,玉米浆20mL/L,谷氨酸菌体蛋白水解液10g/L,豆粕水解液10g/L,糖蜜15g/L,Na2HPO47g/L,KCl 4g/L,MgSO4·7H2O 1.5g/L,MnSO4·7H2O 30mg/L,FeSO4·7H2O 30mg/L,维生素B1350μg/L,维生素H 500μg/L,消泡剂0.1mL/L。在此培养条件下,谷氨酸的产酸率达18g/L,转化率达65%,温敏型谷氨酸发酵综合水平有所提高。     

4-羟基异亮氨酸无抗发酵的菌株构建和上罐条件优化

为了提高谷氨酸棒杆菌生产4-羟基异亮氨酸(4-hydroxyisoleucine, 4-HIL)的发酵水平和减少发酵过程中抗生素的使用,在菌株SN01中敲除丙氨酸消旋酶编码基因alr,向敲除菌中转入表达alr基因和ido基因的质粒pJYW4-ido进行回补,构建了菌株Δalr/p4-ido。试验表明该方法能够为细胞带来足够的筛选压力,发酵过程中无需使用抗生素就可以维持质粒存在和4-HIL合成。在alr敲除菌中转入质粒pJYW4-ido-lysC-ido3,构建出Δalr-ILI3无抗发酵菌株,并进行上罐发酵条件优化。首先接种不同生长时间的种子进行上罐发酵,结果表明生长时间为18 h的种子最适合生产4-HIL,发酵96 h后,生成242.18 mmol/L 4-HIL。其次进行溶氧水平的两阶段调整,发酵96 h生成269.20 mmol/L 4-HIL,较未优化前产量提高了11.2%。最后调整了补料方法,4-HIL的产量达到了324.72 mmol/L,较未优化前产量提高了34.1%。该方法为谷氨酸棒杆菌生产4-HIL的无抗发酵提供了思路,为实际生产中提高4-HIL的产量提供了参考。     

伊枯草菌素A高产菌株的筛选鉴定及发酵工艺研究

该研究采用平板对峙法及高效液相色谱（HPLC）法从土壤中筛选高产伊枯草菌素A（iturin A）的菌株,通过分子生物学技术对其进行菌种鉴定,并以iturin A产量为评价指标,对培养基成分及发酵条件进行研究。结果表明,筛选得到1株高产iturin A的菌株,编号为ND,并鉴定其为贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis）;其产iturin A的最佳培养基成分为豆粕粉120 g/L、酵母浸粉16 g/L、L-谷氨酸钠1 g/L、甘油70 mL/L、MgSO4·7H2O 0.5 g/L、KH2PO4 1.0 g/L,FeSO4·7H2O 0.15 mg/L、MnSO4·H2O 5 mg/L、CuSO4·5H2O 0.16 mg/L;最佳培养条件为装液量12%、初始pH值8、接种量10%、培养温度28 ℃、培养时间5 d。在此最优条件下,菌株ND的iturin A产量为4.76 g/L,是优化前（0.35 g/L）的13.6倍。     

响应曲面设计法优化Streptomyces mediolani降解纤维素生成乙醇的培养基

选用梅久兰链霉菌（Streptomyces mediolani）K7-2进行培养,利用minitab15软件进行Plack-ett-Burman设计和响应曲面设计与回归分析,确定了影响乙醇生产的培养基成分中的3个主要效应因子是CMC-Na、尿素和pH,同时得到乙醇产量和各因素间的回归方程,通过计算,最终优化后的培养基成分是：CMC-Na10.3g/L,尿素0.2g/L、pH7.5、氯化铵10g/L、KH2PO42g/L、MgSO4·7H2O0.3g/L、CaCl20.3mg/L、（NH4）2SO41.4g/L、FeSO4·7H2O5mg/L、MnSO4.H2O1.56mg/L、ZnSO41.4mg/L、CoCl20.2mg/L。按照这个培养基成分培养菌株,发酵后得到的乙醇产量是0.3954g/L,乙醇产率是3.84%.     

马铃薯淀粉产衣康酸发酵培养基的优化

以马铃薯淀粉为原料,利用土曲霉XL-6发酵生产衣康酸,并对发酵培养基组分进行优化。在单因素基础上,采用Plackett-Bur-man设计法从诸多因素中筛选出显著因素,通过响应面分析方法对其进行优化,建立衣康酸产率的二次多项式回归模型。试验结果表明,在最佳发酵培养基:碳源浓度130g/L,玉米浆2.14g/L,MgSO4.7H2O 2.19g/L,KH2PO4 0.14g/L,NH4NO3 3g/L,FeSO4.7H2O 0.10g/L,衣康酸产率达到7.04%。验证试验的实测值与预测值基本一致,说明模型可较好的反映实际情况。     

响应面法优化康宁木霉产纤维素酶的发酵培养基

采用响应面法对康宁木霉产纤维素酶的发酵条件进行了优化。首先运用Plackett-Burman法筛选出3个影响较大的重要因素,分别为:葡萄糖,MgSO4.7H2O,MnSO4.H2O。然后进行最陡爬坡实验,确定这3种重要因素的最适质量浓度范围。最后通过Box-Behnken设计,利用Design Expert软件进行回归分析,得出3种因素的交互作用及最佳发酵条件。确定康宁木霉发酵产纤维素酶的最佳发酵培养基为葡萄糖5.97 g/L,乳清粉7 g/L,玉米浆干粉13 g/L,(NH4)2SO4 4 g/L,KH2PO4 8 g/L,MgSO.4 7H2O 0.56 g/L,CaCl.2 2H2O 0.6 g/L,FeSO.4 7H2O 2.5 mg/L,ZnSO4.7H2O 0.7 mg/L,CoCl.2 6H2O 1.9 mg/L,MnSO.4 H2O 4.07 mg/L,吐温-80 1.5 mL/L,在此培养基下发酵酶活为0.233 IU/mL,比优化前提高了35.7%。     

金属离子对卤醇脱卤酶发酵生产的影响

在以基因工程大肠杆菌为生产菌发酵生产卤醇脱卤酶过程中,某些金属离子对卤醇脱卤的生产有较大的影响。首先,通过单因子实验确定几种典型微量元素的最佳产酶浓度,其次,通过2水平析因实验和最陡爬坡实验确定了显著影响因子及其浓度拐点,其分别是ZnSO4.7H2O、CoCl2.6H2O和FeSO4.7H2O。最后,运用响应面分析法确定了微量元素的最佳配比为FeSO4.7H2O 11.86g/L,ZnSO4.7H2O 2.0g/L,MnSO4.H2O 1.0g/L,CaCl20.05g/L,CoCl2.6H2O 1.2g/L,CuSO4.5H2O 0.8g/L。与对照生产水平相比,当添加最佳配比金属离子到培养基中后,酶活提高了2倍。     

齐整小核菌SCL2010产小核菌多糖培养基优化的研究

采用单因素和正交试验对小核菌多糖高产菌株齐整小核菌（Sclerotium rolfsii）SCL2010的培养基成分进行了深入地筛选与优化。结果表明,最佳培养基配方为葡萄糖45.0 g/L,玉米浆1.5 g/L,NaNO3 2.0 g/L,K2HPO4·3H2O 2.0 g/L,柠檬酸0.7 g/L,MgSO4·7H2O 1.5 g/L,KCl 2.0 g/L。在此优化条件下,小核菌多糖的产量为31.81 g/L,碳源转化率为70.69%。采用发酵罐进行小试放大试验,小核菌多糖的产量达到31.86 g/L,碳源转化率为70.80%,发酵液表观黏度达到4 500 mPa·s,并将发酵时间缩短至60 h左右,具有显著效果。     

类球红细菌产辅酶Q_(10)发酵工艺的优化

类球红细菌(Rhodobacter sphaeroides)是一类高产辅酶Q10的光合细菌,该研究对R.sphaeroides EIM-8产辅酶Q10的发酵条件和培养基进行了优化。采用单因素结合响应面设计优化后的培养基组成为:葡萄糖27.8 g/L、(NH4)2SO4 4.9 g/L、谷氨酸4.7 g/L、玉米浆粉2.5 g/L、MgSO49.5 g/L、FeSO41.5 g/L,NaCl 3.5 g/L,KH2PO44.0 g/L、辅液15.0 mL/L;通过单因素试验方法确定的培养条件为:pH 6.5、温度32℃、接种量10%、装液量40mL/250 mL,此条件下辅酶Q10产量可达128.9 mg/L,比优化前提高了89.0%。     

植物乳杆菌ZJ316高密度发酵条件优化

以1株植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）ZJ316为研究对象,在MRS液体培养基的基础上,以吸光度值（OD600 nm值）为响应值,通过单因素试验及响应面试验对其高密度发酵培养基组分和培养条件进行优化。结果表明,L. plantarum ZJ316高密度发酵的最优培养基组成为蔗糖43 g/L、玉米浆干粉60 g/L、Na2HPO4-柠檬酸0.12 mol/L、MgSO4·7H2O 0.20 g/L、MnSO4·H2O 0.10 g/L、吐温80 1 mL/L;最优发酵条件为接种量4%、发酵温度30 ℃、初始pH值6.5。在此优化条件下,采用发酵罐静置发酵24 h,植物乳杆菌ZJ316的OD600 nm值为5.13,活菌数可达8.01×109 CFU/mL,较优化前分别提高1.65倍、3.44倍。     

枯草芽孢杆菌JMUKC2 产肌苷摇瓶发酵培养基的优化

利用单因素试验和正交试验对肌苷生产菌枯草芽孢杆菌JMUKC2的摇瓶发酵培养基进行优化,优化后的最佳发酵培养基配方为葡萄糖140g/L、玉米浆20g/L、酵母膏17g/L、尿素7g/L、硫酸铵20g/L、MgSO4 ·7H2O 1g/L、KH2PO4 7g/L、CaCO3 20g/L。培养基经优化后,生物量比优化前提高了40.67%,肌苷产量比优化前提高了46.57%。     

基于玉米黄浆及淀粉培养的罗耳阿太菌发酵多糖工艺研究

从君子兰（Clivia miniata Regel）上筛选出一株罗耳阿太菌（Athelia rolfsii）AY6657741。通过响应面分析试验确定其较适发酵条件为：培养温度29 ℃、pH 4.55、接种量7%、转速200 r/min、发酵培养5.5 d;较适培养基成分为：玉米淀粉35 g/L、玉米黄浆50 mL/L、NaNO3 3.1 g/L、KH2PO4 1.0 g/L、KCl 0.5 g/L、MgSO4•7H2O 0.25 g/L、柠檬酸1.4 g/L,结果表明,在最适条件下菌株粗多糖产量达16.135 g/L。     

一株产L-赖氨酸菌株发酵培养基的响应面优化

本试验优化了一株黄色短杆菌HXLl09的发酵培养基以提高L．赖氨酸的产量。在研究葡萄糖、硫酸铵、豆饼水解液、KH2P04·3H20、MgS04·7H20、FeS04·7H20、MnSO4·H2O4＋单因素实验的基础上,DesignExpert软件的Box-BehnkenDesign（BBD）建立响应面模型。结果表明：HXL109最佳产酸条件为：葡萄糖89.48g／L,豆饼水解液30．77g／L,硫酸铵20．89g／L,KH2P04·3H204．5g／L。在此条件下L．赖氨酸的产量为142．65g门L,与预测值（143．67g／L）吻合度较高。通过发酵对比实验可见,用响应面分析法对该L-赖氨酸产生菌发酵培养基进行优化,可获得最佳的工艺条件。     

两株小球藻培养基的优化及其产EPA性能的研究

采用L18(37)正交法优化小球藻C95和小球藻C97的生长培养基,经15 L规模培养并收获小球藻;碱性乙醇法萃取游离脂肪酸,再经脲素包埋提取多不饱和脂肪酸,并用气相色谱检测二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid,EPA)的含量。研究结果表明:小球藻C95最优培养基(微量元素母液0.8 m L/L,维生素母液2.4 mL/L,NaH2PO4·2H2O6.0 g/L,Na2SiO3·9H2O 9.0 g/L,NaNO360.0 g/L,FeC6H5O7·5H2O 3.0 g/L);小球藻C97最优培养基(微量元素母液1.6 m L/L,维生素母液2.4 m L/L,NaH2PO4·2H2O 4.0 g/L,Na2SiO3·9H2O 11.0 g/L,NaNO380.0 g/L,FeC6H5O7·5H2O 3.0 g/L);小球藻C95和小球藻C97对数末期(分别是第4天和第5天)达到的细胞密度分别为9.53×10^7个/mL和8.91×10^7个/mL,EPA含量分别占总脂肪酸的30.2%和29.5%,小球藻C95的EPA含量要高于小球藻C97。