谷氨酸脱羧酶工程菌的发酵工艺及酶学性质

对谷氨酸脱羧酶(GAD)工程菌DM201的发酵及转化条件进行优化,分析了发酵过程中异丙基-β-D-巯基半乳糖苷(IPTG)诱导条件、转化体系pH、底物浓度和金属离子等因素对谷氨酸脱羧酶活力的影响。发酵过程中最佳IPTG诱导条件为:浓度0.4mmol/L、时间5h、温度30℃;转化温度45℃,pH=4.0,ρ(L-谷氨酸)≈110g/L,镁离子在50mmol/L和5mmol/L浓度时对谷氨酸脱羧酶酶活有稳定作用,铜锌离子对其酶活的抑制作用显著。     

枯草芽孢杆菌HG-02聚谷氨酸发酵条件优化

筛选得到了一株高产γ-聚谷氨酸的枯草芽孢杆菌HG-02。通过单因素试验和正交实验对发酵培养基和培养条件进行了优化,小试发酵验证结果显示,优化后γ-聚谷氨酸的发酵质量浓度达35.9 g/L。优化后的发酵培养基为：蔗糖4%,蛋白胨3.5%,谷氨酸钠6%,硫酸镁0.1%,氯化钠0.5%,氯化钙0.01%,磷酸氢二钾0.05%,硫酸锰0.02%,消泡剂1%。优化后的培养条件为：初始pH7.0,装液量40%,接种量6%,摇床转速为220 r/min, 37℃恒温培养48 h。     

重组人aFGF工程菌发酵条件的优化

目的优化重组人酸性成纤维细胞生长因子(rhaFGF)工程菌的发酵条件。方法采用分批补料方式,在菌体快速生长阶段,通过变速流加碳源和氮源,控制流加比例,调节pH值和溶解氧(DO)含量,实现工程菌的高密度发酵及目的蛋白的高效表达。结果当碳源与氮源流加比例为3:1时,菌体湿重可达145g/L,干重达36g/L,目的蛋白表达量达28.9%;DO控制在20%时,全菌体和裂解液中目的蛋白的表达量均最高,分别可达29.11%和44.28%。结论已初步优化了rhaFGF工程菌的发酵条件。     

表达乙型肝炎表面抗原重组酿酒酵母工程菌发酵培养基配方的优化

目的优化重组酿酒酵母工程菌发酵培养基的配方,提高其表达HBsAg的水平。方法采用正交试验法对培养基配方进行优化,并对最佳培养基配方进行验证。结果最佳培养基配方为:在每50ml基础培养基中添加50%的甘油0.9ml和50%的蔗糖0.4ml,维持pH值为5.0。与基础培养基相比,以此培养基培养的工程菌表达HBsAg的水平平均可提高26%。结论在发酵过程中适当补充甘油和蔗糖,可以提高重组酿酒酵母工程菌表达HBsAg的水平。     

以Kla值优化L-谷氨酸发酵的供氧条件

以Kla（体积溶氧系数）值为重要参考对黄色短杆菌进行了分批补料发酵过程中有关供氧条件的研究。在10L台式发酵罐中进行补料分批发酵,当Kla为377 h-1左右时,供氧比较适宜,可发酵产生130g/LL-谷氨酸。     

有机溶剂透性化处理谷氨酸脱羧酶工程菌制备γ-氨基丁酸的研究

为了降低细胞壁和细胞膜的传质阻力对全细胞催化过程的不利影响,采用有机溶剂对表达重组谷氨酸脱羧酶(GAD)的工程菌BL21(DE3)-p ET28a-gad B进行了透性化处理。结果表明,菌体GAD表观催化活力的改善程度与有机溶剂的介电系数和疏水性具有较强相关性,低介电常数(6),高疏水性(log P0.68)的有机溶剂可以有效提高工程菌的GAD催化活性,其中最有效的透性化试剂为二甲苯(介电常数为2.4,log P为3.1)。当二甲苯的用量为5μL?mg?1(干重细胞)、处理时间5 min时,菌体表观催化活力达到最优值,为7.94 U?mg?1(干重细胞),是处理前表观催化活力的12.4倍。为了充分利用菌体的催化活力,采用海藻酸钙包埋的方法对二甲苯处理过的菌体进行固定化,结果发现固定化的透性化菌体可以较好地保持催化活力,反复催化10次后发现,第10次的GABA产率为第1次GABA产率的72.04%。研究为系统的选择有机溶剂来有效提高GAD工程菌表观催化活性提供了参考,同时制备的固定化的透性化菌体显示了良好工业应用前景。     

地衣芽孢杆菌P-104发酵生产g-聚谷氨酸条件优化

对地衣芽孢杆菌P-104发酵合成g-PGA的条件(接种时间、接种量和培养基组成等)进行了优化,并在发酵罐中进行了批式发酵实验. 结果表明,该菌可利用合成培养基生产较高浓度超高分子量(大于2500 kDa)的g-PGA,最佳培养基组分为(g/L)：葡萄糖 80,谷氨酸钠 70,柠檬酸钠 10, (NH4)2SO4 10, MnSO4 0.15, MgSO4 0.8, K2HPO4 0.6, NaNO3 4. 接种时间与量分别为8 h和3%(j)、初始pH 7.5条件下,37℃下180 r/min摇瓶培养24 h,发酵液中g-PGA浓度可达44.7 g/L,比生产速率为1.49 g/(L×h),是已报道的同类比生产速率的2倍. 采用优化培养基在6.6 L发酵罐中批式发酵培养33 h, g-PGA浓度为32 g/L,比生产速率为0.97 g/(L×h).     

地衣芽孢杆菌P-104发酵生产γ-聚谷氨酸条件优化

对地衣芽孢杆菌P-104发酵合成γ-PGA的条件(接种时间、接种量和培养基组成等)进行了优化,并在发酵罐中进行了批式发酵实验.结果表明,该菌可利用合成培养基生产较高浓度超高分子量(大于2500 kDa)的γ-PGA,最佳培养基组分为(g/L):葡萄糖80,谷氨酸钠70,柠檬酸钠10,(NH4)2SO4 10,MnSO4 0.15,MgSO4 0.8,K2HPO4 0.6,NaNO34.接种时间与量分别为8h和3％((φ))、初始pH 7.5条件下,37℃下180 r/min摇瓶培养24 h,发酵液中γ-PGA浓度可达44.7 g/L,比生产速率为1.49g/(L·h),是已报道的同类比生产速率的2倍.采用优化培养基在6.6 L发酵罐中批式发酵培养33 h,γ-PGA浓度为32 g/L,比生产速率为0.97 g/(L·h).     

谷氨酸发酵的智能控制

本文在控制策略上,对谷氨酸发酵过程的温度和pH值控制系统分别采用了非线性、变比例增益的实际微分PID算法与智能——模糊控制算法。现场投运表明,此微机控制策略正确、有效,控制软件智能较高,能缩短发酵周期,提高产酸2.26％,节省尿素5％。该成果获得90年广东省高教三等奖。     

谷氨酸发酵过程先进控制

阐述基于工业过程计算机和PLC的谷氨酸发酵过程控制,在若干生化过程理论模型的实际应用具有一定困难的情况下,研究了在发酵过程中对某些生化过程变量的估算方法及相应的先进过程控制策略,对谷氨酸发酵过程的主要控制回路作了介绍。通过对50m3发酵罐实时控制,表明本文所述控制系统的有效性。     

重组戊型肝炎疫苗抗原工程菌发酵工艺的优化

目的优化重组戊型肝炎疫苗抗原工程菌的发酵工艺,为其规模化生产奠定基础。方法以目的蛋白的表达量及菌体浓度作为综合评价指标,对重组戊型肝炎疫苗抗原工程菌的摇瓶发酵温度、初始pH值、溶解氧、IPTG浓度及诱导时间进行优化;以摇瓶发酵结果为基础,进一步对发酵罐培养工艺中诱导时机、诱导时间及补料培养基配方进行优化;以确定的罐发酵工艺条件连续发酵5批,验证该发酵工艺。结果最适摇瓶发酵工艺条件为:发酵温度为37℃,初始pH值为7.0,高溶氧,IPTG诱导浓度为0.05 mmol/L,诱导时间为4 h;最适罐发酵工艺条件为:菌体A600值约为40时开始诱导,诱导时间为4 h,补料培养基配方为葡萄糖25%,MgSO4.7H2O 0.5%。按照确定的工艺连续发酵5批,最终菌体A600均达50.0以上,目的蛋白的表达量均高于15%。结论优化的重组戊型肝炎疫苗抗原工程菌的发酵工艺稳定性良好,已达到中试生产规模的要求。     

毕赤酵母产重组木聚糖酶发酵条件的优化及其酶学性质

目的优化毕赤酵母工程菌GS115/xyn11A产重组木聚糖酶的发酵条件,并检测其酶学性质。方法采用单因素试验和L(934)正交试验考察摇瓶发酵条件下培养基起始pH值、诱导剂甲醇添加量、诱导温度及诱导时间对产酶活性的影响;并分析重组木聚糖酶的酶学性质。结果影响重组毕赤酵母产酶的因素重要性依次为:培养基起始pH值>诱导时间>诱导温度>甲醇添加量,重组酵母产酶最佳条件为:起始pH值7.5,甲醇添加量1.5%,32℃诱导96 h,在此条件下进行诱导表达重组木聚糖酶的酶活性可达228.35 IU/ml;酶的最适反应温度为50℃,最适反应pH值为5.5,在低于40℃和pH 4.5～7.5的范围内较稳定。结论优化了毕赤酵母产重组木聚糖酶的发酵条件,为木聚糖酶的工业化生产及应用提供了依据。     

响应面法优化产低温脂肪酶工程菌Cl02的发酵条件

目的采用响应面法优化产低温脂肪酶工程菌Cl02的发酵条件。方法通过单因素试验考察培养基中酵母氮源含量、pH值、甘油含量和甲醇含量对酶活的影响,确定产酶的主要影响条件,在此基础上,根据Box-Benheken中心组合试验设计原理,采用三因素三水平的响应面分析法,综合考察各因子对低温脂肪酶酶活的影响,建立低温脂肪酶酶活的二次回归模型。结果培养基中酵母氮源含量、pH值和甲醇含量对酶活的影响显著。最适产低温脂肪酶条件为:酵母氮源含量7.3 g/L、pH 6.0、甲醇含量9.1 g/L,在此条件下,低温脂肪酶酶活可达42.25 IU/ml,比优化前(28.0 IU/ml)提高了50.9%。结论利用响应面法优化的发酵条件可显著提高工程菌的产酶能力,为规模化生产低温脂肪酶奠定了基础。     

Permeabilization of Escherichia coli with ampicillin for a whole cell biocatalyst with enhanced glutamate decarboxylase activity

The activity of whole-cell biocatalysts is strongly compromised by the cell envelope, which is a permeability barrier against the diffusion of substrates and products. Although common chemical or physical permeabilization methods used in cultured cells enhance cell permeability, these methods inevitably add several extra processing steps after cell cultivation, as well as impede large scale processing. To increase membrane permeability and cellbound glutamate decarboxylase(GAD) activity of recombinant Escherichia coli(BL21(DE3)-p ET28a-gad B) cells without the need for an additional permeabilization step, we investigated the permeabilizing effects of adding cell wall synthesis inhibitors or surfactants to the culture media. Ampicillin was the most effective at improving cell-bound GAD activity of the BL21(DE3)-p ET28a-gad B, although it decreased the cell biomass yield. The best permeabilization effect was observed using an ampicillin concentration of 5 μg·ml-1. Using this concentration,the cell biomass did decrease by 40.58%, but the cell-bound GAD activity of BL21(DE3)-p ET28a-gad B and total cell-bound GAD activity per milliliter of culture was enhanced by 6.24- and 3.64-fold, respectively. Treatment of BL21(DE3)-p ET28a-gad B cells with 5 μg·ml-1ampicillin resulted in structural changes to the cell envelope,but did not substantially affect GAD expression. By entrapping the ampicillin-treated cells in an open pore gelation matrix, which is a polymer derived from polyvinyl alcohol(PVA), alginate, and boric acid, the transformation rate of γ-aminobutyric acid(GABA) at the 10 th cycle produced by immobilized and permeabilized cells remained 46% of the first cycle. GAD activity of the immobilized, permeabilized cells remained over 90% after30 days of storage at 4 °C.     

重组免疫毒素IL-6_(T23)-PE38KDEL在大肠杆菌中自诱导表达条件的优化

目的优化重组免疫毒素IL-6(T23)-PE38KDEL在大肠杆菌中的自诱导表达条件,以提高菌体浓度及可溶性目的蛋白的表达量。方法采用摇瓶培养,利用单因素和正交试验对工程菌自诱导的培养条件(接种量、诱导时间、诱导温度、装瓶量)和培养基组分(有机氮源、无机氮源、碳源、有机酸)进行优化,检测菌体浓度、可溶性目的蛋白的表达量及质粒稳定性。结果确定最适自诱导培养条件为装瓶量20 ml/250 ml、接种量2%,28℃诱导25 h;最适自诱导培养基组分为:蛋白胨2%、酵母浸粉0.5%、Na2HPO425 mmol/L、KH2PO425 mmol/L、硫酸铵25 mmol/L、葡萄糖0.05%、甘露醇1%、乳糖0.6%、苹果酸钠20 mmol/L、MgSO40.5 mmol/L。此时可溶性目的蛋白的表达量和菌体浓度分别为LB培养基(IPTG诱导)的1.76和2.12倍,质粒稳定性由87%提高至98%。结论优化了重组免疫毒素IL-6(T23)-PE38KDEL在大肠杆菌中的自诱导表达条件,为其工业化生产奠定了基础,也为自诱导在其他重组蛋白药物生产中的应用提供了参考。     

Optimization of the culture conditions for production of glutamate decarboxylase by Streptococcus salivarius ssp. thermophilus

The culture conditions for glutamate decarboxylase (GAD) production under submerged fermentation by Streptococcus salivarius ssp. thermophilus were investigated. The results indicated the optimum culture medium was composed as follows: 15.0 g L^?1 of peptone, 12.5 g L^?1 of beef extract, 12.5 g L^?1 of sucrose, 1.03 g L^?1 of dipotassium hydrogen phosphate, 5 g L^?1 of sodium acetate, 2 g L^?1 of ammonium dibasic citrate, 2.12 g L^?1 of calcium chloride, 1 g L^?1 of Tween 80, and initial pH 6.79. The optimum culture temperature and time were 37 °C and 12 h, respectively. Under these conditions, GAD production was 257.46 ± 5.12 U, which was about 1.45‐fold that of Man–Rogosa–Sharpe broth. Copyright © 2008 Society of Chemical Industry     

天然N-末端人白细胞介素-29成熟肽在毕赤酵母中表达条件的优化

目的优化天然N-末端人白细胞介素-29(Human interleukin-29,hIL-29)成熟肽在毕赤酵母中的表达条件,高效表达天然N-末端hIL-29成熟肽。方法采用单因素试验和L(934)正交试验,分析摇瓶发酵条件下甲醇添加量、起始pH值、诱导时间及诱导温度对毕赤酵母工程菌GS115/hIL-29发酵液A450值的影响;用5 L发酵罐初步探索工程菌株的高密度发酵策略。结果影响重组毕赤酵母摇瓶发酵液A450值的因素重要性依次为:诱导温度>起始pH值>甲醇添加量>诱导时间,最佳发酵条件为:起始pH值7.5、甲醇添加量1.5%、26℃诱导60 h,在此条件下,发酵液的A450值达1.72;高密度发酵策略为:pH 7.5,甲醇与溶氧反相偶联,26℃诱导12 h,在此条件下,目的蛋白的表达量明显高于摇瓶水平;高密度发酵12、24 h表达的蛋白与羊抗人IL-29多抗的反应强度明显高于摇瓶发酵表达的蛋白。结论优化了工程菌株GS115/hIL-29摇瓶发酵和发酵罐高密度发酵条件,实现了重组天然N-末端hIL-29成熟肽在毕赤酵母GS115中的高效表达,为其进一步的中试放大工艺奠定了基础。     

应用煎炸废油发酵制备槐糖脂生物表面活性剂

应用正交实验,优化了假丝酵母菌O-13-1以煎炸废油为油溶性碳源发酵槐糖脂的条件,并应用高效液相色谱-高分辨串联质谱（HPLC-MS/MS）鉴定了所产槐糖脂同系物的组成及结构。结果表明,经正交实验优化的O-13-1菌株以煎炸废油为底物制备槐糖脂的摇瓶发酵条件为：摇床转速200r/min,双碳源添加量均为90g/L,温度为25℃,接种量为体积分数12%,槐糖脂产量在菌株稳定生长期的后期即204h时达到最大,为57.64g/L;O-13-1菌株以煎炸废油为底物所合成槐糖脂由9种乙酰基取代的内酯型和酸型槐糖脂同系物构成,内酯型槐糖脂同系物所占质量分数达76%。基于摇瓶得到的以煎炸废油为油溶性碳源的优化发酵条件,O-13-1菌株在5L自动发酵罐中转速500r/min时发酵合成槐糖脂产量可达163.28g/L。以煎炸废油为碳源发酵槐糖脂的原料成本较普通大豆油降低18%,在有效降低槐糖脂生产成本的同时,实现了煎炸废油的资源化利用。     

应用煎炸废油发酵制备槐糖脂生物表面活性剂

应用正交实验,优化了假丝酵母菌O-13-1以煎炸废油为油溶性碳源发酵制备槐糖脂的条件,并应用高效液相色谱-高分辨串联质谱(HPLC-MS/MS)鉴定了所产槐糖脂同系物的组成及结构。结果表明,经正交实验优化的O-13-1菌株以煎炸废油为底物制备槐糖脂的摇瓶发酵条件为:摇床转速200 r/min,双碳源质量浓度均为90 g/L,温度为25℃,接种量为体积分数12%。在此条件下,槐糖脂产量达到最大,为73.26 g/L;O-13-1菌株以煎炸废油为底物所合成槐糖脂由9种乙酰基取代的内酯型和酸型槐糖脂同系物构成,内酯型槐糖脂同系物所占质量分数达76%。基于摇瓶得到的以煎炸废油为油溶性碳源的优化发酵条件,O-13-1菌株在5 L自动发酵罐中转速500 r/min时发酵合成槐糖脂产量可达163.28 g/L。以煎炸废油为碳源发酵槐糖脂的原料成本较普通大豆油降低18%,在有效降低槐糖脂生产成本的同时,实现了煎炸废油的资源化利用。