出芽短梗霉发酵生产聚苹果酸的代谢通量及关键酶活性分析

野生型出芽短梗霉菌株TKPM00006及其诱变菌株CGMCC30007在相同条件下,使用5 L罐进行聚苹果酸发酵,分析这2株菌在相同发酵状态下发酵中后期代谢网络的代谢流分布和关键酶活变化,对出芽短梗霉合成聚苹果酸的机理进行探究。结果表明,菌株TKPM00006和菌株CGMCC30007的菌体生长情况相似,但产酸量分别为20.54 g/L和30.2 g/L。.通过代谢通量分析及关键酶活性的测定可知,丙酮酸羧化途径及乙醛酸途径是PMLA合成的主要途径,TCA循环途径在发酵后期比较弱,该结论通过添加代谢抑制剂及中间代谢物实验加以证明。酶活分析同时还证明了高产菌株比出发菌株的PMLA合成能力强主要是因为丙酮酸羧化途径的加强。根据实验分析可在丙酮酸节点进行靶点改造或通过发酵调控改变丙酮酸节点处碳架的分配,通过加强丙酮酸羧化途径来减少因副产物的生产而造成的碳架流失,达到增加聚苹果酸生物合成的目的。     

裂殖壶藻发酵过程中脂肪酸合成代谢规律及其影响因素探讨

探究裂殖壶藻(Schizochytrium sp.)A3-9在不同发酵条件下生物量和脂肪酸含量的变化规律。结果显示,初始葡萄糖含量90 g/L,碳氮比8时最有利于裂殖壶藻生物量积累,此时生物量可达38.12 g/L,较对照组提高了104.59%;装液量220 m L/500 m L,柠檬酸添加量1.6 g/L,碳氮比23时总脂肪酸的积累可达47.16 g/100 g藻粉,较对照组提高了40.25%。不同发酵条件下裂殖壶藻胞内脂肪酸的代谢流量分布分析显示,初始葡萄糖含量90 g/L,碳氮比8,装液量60 m L/500 m L,柠檬酸和苹果酸添加量1.6 g/L时最有利于乙酰辅酶A(CoA)流入聚酮合酶(PKS)途径合成不饱和脂肪酸,此时不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸含量之比可达1.15,相比对照组提高了21.28%;而当碳氮比14.75,装液量220 m L/500 m L时二十二碳六烯酸(DHA)与二十二碳五烯酸(DPA)含量之比可达6.82,较对照组提高了3.02%。     

Candida etchellsii产2(5)-乙基-4-羟基-5(2)-甲基-3(2H)-呋喃酮的影响因素

在埃切假丝酵母(Candida etchellsii)发酵过程中,通过盐度调控和氨基酸添加,强化目标产物HEMF(2(5)-乙基-4-羟基-5(2)-甲基-3(2H)-呋喃酮)的合成效率。分阶段调控发酵体系的盐度(初始阶段控制CaCl浓度为200 g/L,发酵40 h后提升至220 g/L),结合氨基酸添加(向发酵体系中添加丙氨酸、精氨酸和甘氨酸各1.67 g/L)。摇瓶结果表明:酵母C.etchellsii合成HEMF,其产量为110.74 mg/L。7 L发酵罐上罐验证,HEMF产量达到121.51 mg/L,相比空白(200 g/L CaCl浓度下且没有添加氨基酸)提高了21.2倍。分阶段盐度调控结合氨基酸添加策略显著强化了C.etchellsii对HEMF的合成。     

双重营养缺陷型蛹虫草突变株的选育及其高产虫草素的研究

虫草素是蛹虫草菌发酵的重要生物活性物质之一,具有多种医学功效,然而,低产率限制了其大规模生产和应用。为了提高虫草素产率,本研究通过超声波和硫酸二乙酯复合诱变、定向筛选得到一株黄嘌呤和鸟嘌呤双重营养缺陷型突变株xan-gua--c,其虫草素产量较原始菌株提高约40%,达到1.76 g/L(发酵20 d)。本研究进一步考察了外源添加虫草素结构类似物对突变株合成虫草素的影响,发现添加1.0 g/L腺苷和1.0 g/L腺嘌呤后,第20 d虫草素产量分别提高了33.5%和103.5%,达到2.35 g/L和3.59 g/L。代谢途径分析表明,蛹虫草菌中可能同时存在由腺嘌呤或腺苷合成虫草素的代谢途径,甚至这两条合成途径本就是重合的,且阻断黄嘌呤和鸟嘌呤的合成代谢是促进蛹虫草菌积累虫草素的有效策略。     

醋酸菌对高产酯酿酒酵母酒精发酵及酯醇代谢的影响

将白酒生产中常见的1株醋酸菌(巴氏醋杆菌Acetobacter pasteurianus)与高产酯酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)进行混合发酵,研究醋酸菌对高产酯酿酒酵母酒精发酵及酯醇代谢的影响。保持高产酯酿酒酵母的接种量不变,向高粱汁培养基内添加不同浓度的醋酸菌菌悬液、醋酸菌发酵上清液,结果发现:醋酸菌菌悬液的添加量对高产酯酿酒酵母酒精发酵及酯醇代谢的影响不大。随着培养基内醋酸质量浓度的增加(0～6 g/L),高产酯酿酒酵母乙酸酯和高级醇产量逐渐降低,乙酸酯最多下降60%,高级醇最多下降50%,酒精发酵没有受到影响;当醋酸质量浓度为8 g/L时,高产酯酿酒酵母酒精发酵及酯醇代谢受到严重抑制,乙醇产量下降85%。在培养基初始醋酸质量浓度为6 g/L时,高产酯酿酒酵母共有394个基因转录水平上调,282个下调,这些差异基因主要富集在细胞膜的组成,其中高产酯酿酒酵母的次生代谢产物合成、碳代谢、三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle, TCA)、氨基酸生物合成、糖酵解、氧化磷酸化、丙酮酸代谢等多条代谢途径受到影响。     

基于胃液动态消化模型下SPI乳液酶解产物特性的研究

虫草素是蛹虫草菌发酵的重要生物活性物质之一,具有多种医学功效,然而,低产率限制了其大规模生产和应用。为了提高虫草素产率,本研究通过超声波和硫酸二乙酯复合诱变、定向筛选得到一株黄嘌呤和鸟嘌呤双重营养缺陷型突变株xan－gua－-c,其虫草素产量较原始菌株提高约40%,达到1.76 g/L（发酵20 d）。本研究进一步考察了外源添加虫草素结构类似物对突变株合成虫草素的影响,发现添加1.0 g/L腺苷和1.0 g/L腺嘌呤后,第20 d虫草素产量分别提高了33.5%和103.5%,达到2.35 g/L和3.59 g/L。代谢途径分析表明,蛹虫草菌中可能同时存在由腺嘌呤或腺苷合成虫草素的代谢途径,甚至这两条合成途径本就是重合的,且阻断黄嘌呤和鸟嘌呤的合成代谢是促进蛹虫草菌积累虫草素的有效策略。     

氧应力和前体氨基酸对酿酒酵母生物合成谷胱甘肽的影响

本实验考察了氧应力和前体氨基酸对酿酒酵母HSJB1生物合成谷胱甘肽(GSH)的影响。在酿酒酵母HSJB1发酵过程中,将0.01、0.1、1g/L浓度的双氧水分别在发酵开始、对数期中期、稳定期和产生GSH最高时加入发酵培养基中,结果表明：发酵开始和对数期中期加入0.01g/L双氧水和稳定期和产生GSH最高时加入0.1g/L双氧水对GSH的合成有促进作用,其余的情况都对GSH的合成有抑制作用,GSH含量最高达到43.73mg/L,比添加前GSH含量提高了5.3%,所有的添加双氧水实验都对细胞生长有抑制作用。研究了添加前体氨基酸对菌体生长及GSH合成的影响,随着甘氨酸浓度的增加细胞生长受到抑制,GSH含量减少;随着谷氨酸添加浓度的增加细胞生长和GSH含量变化不大;半胱氨酸对谷胱甘肽的合成有明显的促进作用,其浓度为9mmol/L,GSH含量为67.11 mg/L,比未添加半胱氨酸提高了81.88%。     

生物防腐剂纳他霉素生物合成途径及调控机制的研究进展

纳他霉素是由链霉菌发酵产生的次级代谢产物,是一种高效、广谱、安全的二十六元多烯大环内酯类真菌抑制剂,作为新型的生物防腐剂被广泛的应用于食品与医药领域中,但目前较低的发酵水平造成了生产成本较高,限制了其进一步的使用。重点介绍了纳他霉素生物合成的基因基础、多烯大环内酯合成过程及其修饰过程的最新研究进展,揭示了纳他霉素的生物合成基因簇长度约110kb,包含19个基因,包括编码纳他霉素二十六元环的5个聚酮合酶基因(pim S0-pim S4)、10个修饰和转运蛋白及4个调控因子。结合实验室的研究,就前体和真菌诱导子的添加对纳他霉素生物合成的影响进行了系统分析,包括前体和真菌诱导子对纳他霉素生物合成的促进作用及作用机理的研究,最后对纳他霉素的胞外调节途径进行了展望。     

乙醇促进法夫酵母虾青素合成的机理及其代谢调控

采用代谢通量分析的方法,分析乙醇促进法夫酵母生物合成虾青素的代谢调控机理。研究发现,乙醇促进法夫酵母细胞代谢中丙酮酸、乙酰辅酶A代谢节点处的通量,使流向虾青素合成途径的通量增加,是对照组通量的2.3倍,进而促进了虾青素的合成。根据代谢调控机理,对法夫酵母菌株JMU-MVP14合成虾青素代谢途径的α-酮戊二酸和5-磷酸核酮糖代谢节点进行调控,结果表明:在培养环境中添加0.5 g/Lα-酮戊二酸,能促进法夫酵母细胞生长,生长量提高0.4 g/L。添加3 g/L的谷氨酸时,法夫酵母总类胡萝卜素产量达67.9 mg/L,是对照试验总类胡萝卜素产量的1.7倍。     

氯化铵对紫色红曲霉固态发酵红曲色素和桔霉素合成的双向调控作用

研究了氯化铵对紫色红曲霉M3103次级代谢产物中红曲色素和桔霉素合成代谢的影响及其调控机制。结果表明:在以红米为固态发酵基质的培养基中外加氯化铵能显著提高红曲色素产量,降低桔霉素产量;通过高效液相色谱-紫外可见光全波长扫描分析红曲色素组成,发现添加氯化铵显著提高了红曲黄色素和橙色素的产量;通过实时荧光定量PCR检测,红曲色素合成关键基因mppC、mppD、mppE、MpFasA2和MpPKS5的表达量与空白组相比均显著上调,而桔霉素合成关键基因ctnA和PksCT的表达量与空白组相比均显著下调。固态发酵中添加适量的氯化铵可影响紫色红曲霉M3103对营养物质吸收和代谢,有利于促进红曲色素尤其是黄色素的生物合成,抑制桔霉素的合成。     

硝酸盐促进环磷酸腺苷发酵合成的生理机制研究

目的:阐明硝酸盐促进环磷酸腺苷发酵合成的生理机制.方法:首先通过摇瓶实验确定硝酸钠最适添加条件,并在发酵罐上进行添加硝酸钠的cAMP发酵实验,然后对发酵过程动力学数据、硝酸盐代谢、还原力水平、关键酶活性、氨基酸水平和能量代谢进行分析.结果:确定在发酵24 h添加3 g/L-broth硝酸钠为最适条件,cAMP发酵产量和...     

淀粉质原料在普鲁兰多糖生物合成中的作用及生理机制

为了考察不同淀粉质原料对出芽短梗霉生物合成普鲁兰多糖的影响,本文分别选用来源于木薯、玉米、马铃薯、红薯和小麦等作物的淀粉作为碳源发酵生产普鲁兰多糖。结果发现,木薯淀粉有利于普鲁兰多糖的生物合成,最高产量达到23.96 g/L;红薯淀粉则不利于普鲁兰多糖的合成,显著（P<0.05）降低了普鲁兰多糖的产量和分子量。进一步地,对普鲁兰多糖分批发酵动力学参数和生理学指标进行分析比较,发现木薯淀粉提高了普鲁兰多糖合成关键酶活性和胞内前体物质尿苷二磷酸葡萄糖的含量,进而提高了普鲁兰多糖的合成能力和产量;而红薯淀粉则提高了普鲁兰多糖降解酶活性,显著（P<0.05）降低了普鲁兰多糖的分子量。对普鲁兰多糖分批发酵碳源成本进行估算,发现利用木薯淀粉合成普鲁兰多糖的碳源成本只有葡萄糖对照组的56.6%。该研究结果为普鲁兰多糖的廉价高效生产提供了可行的技术参考。     

大红浙醋醋酸菌分离及其产酸关键氨基酸分析

该研究首先采用钙透明圈法从大红浙醋中分离筛选醋酸菌,并通过分子生物学技术对其进行菌种鉴定;然后研究10种氮源对巴氏醋酸杆菌的生长及产酸量的影响,并对10种氮源组分进行定性和定量分析,得出产酸代谢的关键氨基酸;最后挑出10种氨基酸进行验证。结果表明,分离筛选得到一株产酸菌株,编号为SHQ-A,经鉴定为巴氏醋酸杆菌（Acetobacter pasteurianus）。该菌株利用10种氮源发酵的产酸量在8.8～34.5 g/L范围内,且以酵母抽提物为氮源的产酸量明显高于蛋白胨。当缺少丙氨酸和精氨酸时,产酸量仅为18.0 g/L和19.2 g/L,分别低于空白组62.5%和60%,表明丙氨酸和精氨酸是产酸代谢的关键积极氨基酸;当缺少脯氨酸时,产酸量为61.2 g/L,高于空白组27.1%,表明脯氨酸是产酸代谢的关键消极氨基酸。     

丙酮酸钠促进S腺苷蛋氨酸和谷胱甘肽联合高产及其生理机制

为了考察丙酮酸钠对S-腺苷蛋氨酸(SAM)和谷胱甘肽(GSH)联产发酵的影响,本文通过在不同培养时间向摇瓶中添加不同浓度丙酮酸钠,发现0 h添加2 g/L丙酮酸钠最有利于SAM和GSH生物合成。在该条件下进行分批发酵培养,结果表明:SAM和GSH联产量在27 h时达到最大值402.3 mg/L,比不添加丙酮酸钠的对照提高了35.1%。进一步地,对酵母胞内SAM合成酶、γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶、己糖激酶、异柠檬酸脱氢酶的活性以及NADH和ATP含量进行测定,结果发现:丙酮酸钠添加不仅提高了SAM和GSH代谢途径中的关键酶活性,还提高了胞内能量代谢物质的水平,最终提升了SAM和GSH的合成能力,实现了SAM和GSH的联合高产。该研究结果为类似耗能合成化合物的高效生产提供了一种可行的思路。     

不同有机氮源对葡萄酒发酵的影响

分别使用酵母浸粉和混合氨基酸作为模拟葡萄汁（36 °Bx）的有机氮源发酵葡萄酒,以保证葡萄酒的正常发酵和最终产品品 质。 通过测定发酵过程中的二氧化碳生成量、还原糖、可同化氮、甘油和挥发性化合物含量变化,比较酵母浸粉和混合氨基酸对葡萄酒 品质的影响。 结果表明,使用酵母浸粉耗还原糖量为295.7 g/L,生成乙醇97.20 g/L、甘油26.50 g/L、乙酸1.08 g/L和乙酸乙酯46.05 mg/L, 与使用混合氨基酸相比,多消耗还原糖130.47 g/L,多生成乙醇46.14 g/L、甘油7.95 g/L和乙酸0.54 g/L,增幅分别为78.95%、90.38%、 42.84%和99.35%。 使用酵母浸粉比混合氨基酸的发酵程度大,速度快。 因此,可用适量酵母浸粉替代混合氨基酸作为葡萄酒发酵的 氮源补充。     

普鲁兰生物合成中底物的作用及其生理机制

以1 株出芽短梗霉（Aureobasidium pullulans）CCTCC M 2012259为出发菌株,考察不同底物（葡萄糖、蔗糖和木糖）对普鲁兰分批发酵的影响。结果发现,蔗糖有利于实现普鲁兰的高产（72.33 g/L）,而葡萄糖有助于获得更高的普鲁兰分子质量（5.9×105 Da）。通过对不同底物条件下的发酵动力学参数进行计算以及对相关生理生化指标进行测定,发现蔗糖提高了普鲁兰生物合成途径中的关键酶活性,增加了胞内尿苷二磷酸葡萄糖水平和能量物质ATP的供给,促进了普鲁兰的高产;而葡萄糖降低了普鲁兰降解酶系的活性,最终将普鲁兰分子质量维持在更高的水平。研究结果部分揭示了底物影响普鲁兰生物合成的生理机制,同时也为实现不同分子质量普鲁兰的高效生产提供了可行的技术参考。     

镁、锰离子对黄原胶生物合成的影响

通过添加不同浓度镁、锰的一系列摇瓶实验,研究野油菜黄单胞菌代谢过程中的关键酶：葡萄糖-6- 磷酸脱氢酶(G-6-PDH)和丙酮酸激酶(PYK)的活性变化,确定最佳单因素金属离子添加方案：Mg2+ 添加量0.4g/100ml、Mn2+ 添加量0.04g/100ml,随后进行罐发酵实验,从而对摇瓶实验结果进行验证并研究金属离子对黄原胶罐发酵生物合成的影响。实验结果表明：0.4g/100ml Mg2+ 可以较大程度提高G-6-PDH 的活性,与摇瓶实验结果基本一致;0.04g/100ml Mn2+ 大大提高了PYK 的活性,与摇瓶实验结果一致;5L 发酵罐中发酵液残糖总体呈下降趋势,在60h以后趋向平稳,Mg2+、Mn2+ 会一定程度上增加发酵液中残糖含量,从而降低碳源的利用率。     

Gelatinised and hydrolysed corn starch is a cost-effective carbon source with higher production of L-lactic acid by Bacillus coagulans compared with glucose

L-lactic acid is an important organic acid widely used in pharmaceutical, food and textile industries. Bacillus coagulans BCS13002 can efficiently produce L-lactic acid with two kinds of carbon sources. BCS13002 produced L-lactic acid at a content of 10.23 ± 0.16 g/L and 11.67 ± 0.22 g/L, when glucose and gelatinised and hydrolysed corn starch （GHCS） were used, respectively. GHCS exhibits several advantages, including high yield of L-lactic acid and low cost. Proteomics analyses identified several key enzymes, which contributed to the higher production of L-lactic acid when GHCS was used as the carbon source. Those key enzymes were involved in the two-component system (SpoOF), pantothenate and CoA biosynthesis (pantothenate synthetase, 1.584-fold; dihydroxy-acid dehydratase, 1.517-fold), beta-alanine metabolism (1.605-fold) and valine, leucine and isoleucine biosynthesis (1.517-fold) pathways. This study provides a biological basis for using GHCS as a substitute of glucose in the production of L-lactic acid.     

利用生物技术生产甲硫氨酸的研究进展

甲硫氨酸广泛应用于饲料、食品、医药等诸多领域,其市场需求量逐年增长。现行的化学合成甲硫氨酸产物为外消旋混合物,且对环境污染严重,与生物技术生产甲硫氨酸相比,不具备可持续性。生物技术生产甲硫氨酸可分为微生物发酵法和酶法。科研人员一直尝试阐明甲硫氨酸生物合成途径并进行高产菌株的选育,但由于其合成途径复杂,尚未获得适用于工业生产的菌株。对于现有菌株,深入研究甲硫氨酸生物合成途径、扩大甲硫氨酸向胞外的输出量、对发酵培养基组分及工艺条件进行优化都是有效提高甲硫氨酸产量的途径。酶法生产甲硫氨酸可分为异构体拆分和化合物酶解,其中利用微生物酶实现D型向L型的转化更有助于增加L-甲硫氨酸得率;最新的化合物酶解法结合了基因工程及酶的固定化技术,在实际生产中也具有巨大潜力。本文总结了国内外甲硫氨酸生产近况,重点论述了微生物发酵法、酶法及二者相结合生产甲硫氨酸的最新研究进展,并针对甲硫氨酸的发酵生产特点,提出变构抑制的解除、复合硫源的应用及关键酶的稳定性三方面的问题及建议。鼓励将酶法与发酵法相结合,并提倡通过酶解植物蛋白获得甲硫氨酸的研究,以实现低成本、低污染、高产量、高纯度的甲硫氨酸生产。     

定量代谢物组学研究硫酸铵添加对高产红色糖多孢菌生理代谢的影响

为了考察添加硫酸铵对高产红色糖多孢菌生理代谢的影响,首先研究了硫酸铵添加对菌体量、红霉素效价、比葡萄糖消耗速率、比红霉素合成速率等表观生理参数的影响;并进一步采用13C辅助的定量代谢物组学初步探索其调控机理,对比了硫酸铵添加后胞内有机酸、氨基酸等代谢物水平的变化情况。结果表明:在红霉素发酵后期的培养基中添加硫酸铵后,比红霉素合成速率和比葡萄糖消耗速率分别比对照组提高了30.0%、47.2%,表明菌体代谢活性得到提高。与对照组相比,红霉素效价从830 μg/mL提高至1126 μg/mL,红霉素A组分的比例从802.9 μg/mL提高到956.1 μg/mL,红霉素C的转化率在96 h达到99.2%。定量代谢物组学结果表明添加硫酸铵后胞内有机酸水平差异明显,其中α-酮戊二酸浓度的降低(4.15 μmol/g DCW到1.05 μmol/g DCW)有利于菌体生长维持。胞内菌体合成前体类和红霉素合成前体类氨基酸均有所提高,其中脯氨酸、丝氨酸、天冬氨酸、异亮氨酸浓度分别提高了60.4%、90.0%、204.2%、106.7%。利用定量代谢物组学研究红霉素发酵过程中氮源对胞内中心碳代谢影响大大加深了对红霉素工业生产菌代谢特性的认识,为后续的工业化生产提供了一定的指导意义。