高渗透压胁迫下Candida krusei的代谢分析

研究了指数生长期的克鲁氏假丝酵母细胞（Candida krusei）在高渗胁迫下的生理代谢。甘油和海藻糖是克鲁氏假丝酵母细胞的主要相容性溶质。在高渗环境下，胞外甘油浓度增加为对照的2倍，海藻糖含量也较对照提高7％。代谢流分析表明，在高渗环境下从节点葡萄糖六磷酸流向海藻糖合成的碳流量与常规培养相比较增加了1．6倍。从节点磷酸二羟丙酮和三磷酸甘油醛流向三磷酸甘油合成甘油的碳流量增加了67．2％，而流向三梭酸（TCA）循环的流量减少了26．9％。能量代谢分析也表明在高渗环境下用于NADH合成的碳流量仅为常规培养的三分之一，克鲁氏假丝酵母细胞在高渗环境下甘油与海藻糖的合成更为高效。     

氨基酸促进甘油合成的动力学分析

在产甘油假丝酵母分批发酵生产甘油的过程中,考察了添加甘氨酸、谷氨酸、天冬酰胺、丙酮酸和a-酮戊二酸等物质对菌体生长、维持代谢、甘油生成及副产物形成的影响. 结果表明,在发酵全过程中,它们对菌体的生长基本没有影响,但能加快葡萄糖的消耗速率、缩短发酵周期、提高甘油得率,从而使甘油的生产强度分别达到1.66, 1.59, 1.61, 1.54和1.68 g/(L×h),比对照分别提高了25.18%, 19.21%, 20.77%, 15.92%和26.32 %;副产物的形成主要发生在快速生长阶段,而此阶段用于菌体生长、维持代谢和甘油合成所消耗的葡萄糖基本没有变化;在稳定生长期,它们可以减少用于菌体生长、维持代谢和形成副产物的葡萄糖消耗量,导致流向甘油合成途径的葡萄糖代谢流增加.     

产甘油假丝酵母反复分批发酵法生产甘油

研究了合成培养基和复合培养基中产甘油假丝酵母反复分批发酵法生产甘油。结果表明,当产甘油假丝酵母细胞在贫磷合成培养基、贫磷复合培养基和补充微量元素的贫磷复合培养基中分别回用13次、9次和14次时,甘油平均产量（或平均得率）的增量均超过15.0%,而甘油平均产率的增加达到37.0%以上。因此限制反复分批发酵培养基中磷含量有利于增强产甘油假丝酵母细胞合成甘油的能力。产甘油假丝酵母细胞在贫磷复合培养基中的回用次数少于贫磷合成培养基中的回用次数,其原因是贫磷合成培养基仅限制了磷源的用量,而贫磷复合培养基除限磷外,微量元素缺乏使菌体生长和甘油生产能力受到影响,回用次数减少。与传统分批发酵相比,产甘油假丝酵母反复分批发酵具有发酵周期短、不需反复培养种子、节省原料成本、形成副产物少以及节约能源动力消耗等优点,可以实现甘油高产量、高得率和高产率的相对统一,且易于放大到工业化生产水平。     

2,3-丁二醇发酵过程中葡萄糖碳流分配数学模型

产酸克雷伯氏菌Klebsiella oxytoca在利用葡萄糖产2,3-丁二醇过程中,底物葡萄糖主要有7种去处:转化为生物量;通过TCA循环支路产生CO2和H2O;通过各发酵支路分别产生2,3-丁二醇、乙醇、乙偶姻、乙酸以及乳酸等代谢产物.在拟稳态假设的基础上分别利用ATP及辅酶平衡建立了该过程中葡萄糖碳流在这7条支路之间分配的数学模型,着重分析了氧气供给量对发酵过程影响的相关机制;并应用实验数据回归了模型参数,将模型预测值与实验值进行了比较.结果表明,模型预测值与实验值较吻合,该模型能较好地反映Klebsiella oxytoca发酵产2,3-丁二醇过程中葡萄糖碳流的分配规律,对利用溶氧合理控制代谢流分布具有一定的指导意义.     

不同溶氧控制方式下的谷胱甘肽分批发酵过程分析

分析了产朊假丝酵母生产谷胱甘肽（GSH）的摇瓶发酵过程,发现溶氧浓度的大小成为影响细胞生长和GSH产量的重要因素。在此基础上,研究了恒溶氧和恒转速条件下的GSH分批发酵过程,与恒转速发酵相比,恒溶氧控制发酵可以明显提高细胞干重和GSH产量,当恒溶氧浓度为35%时,二者的提高幅度最多可分别达到22%和30%。最后分别采用发酵动力学模型和代谢网络中各代谢物通量的分布情况对该结果产生的原因进行了定量解释。     

CAT基因敲除对热带假丝酵母产DCA13代谢网络的影响

肉毒碱乙酰转移酶在脂肪酸β-氧化过程中起着重要作用.利用同源重组技术,构建了热带假丝酵母CAT基因单拷贝缺失菌CZ-15和双拷贝缺失菌CKC-11后,发现CZ-15的β-氧化过程受到抑制,与原始菌F10-1相比,十三碳二元酸的产量和烷烃转化率都得到了明显提高,菌体生长情况与F10-1基本一致;CKC-11则无法代谢烷烃,菌体生长也受到了较大的影响.采用代谢动力学模型对发酵数据进行了计算与分析,实验结果与模型相符.根据实验和模型计算结果完善了热带假丝酵母代谢葡萄糖和十三碳二元酸的途径.     

低甘油产率的酿酒酵母工程菌构建研究进展

酿酒酵母具有安全、遗传背景清楚、生长速度快、高糖耐受性、高乙醇产量以及高胁迫耐受性等特性,是乙醇生产较为理想的细胞工厂.甘油是酿酒酵母发酵产乙醇过程中的一种主要伴生副产物,过量表达甘油影响糖醇转化率.通过基因工程改造甘油代谢和乙醇生产途径,是降低甘油产量和提高乙醇转化率的有效策略.首先分析改造酿酒酵母细胞中甘油和乙醇代谢路径,阐明甘油在酿酒酵母中生理功能;然后,根据甘油合成途径、分解途径和NAD+/NADH代谢途径,分析低甘油产率的酿酒酵母工程菌构建的技术路径,比较各种基因改造策略对甘油合成和乙醇产率的影响;最后,针对基因整合技术、工程菌遗传稳定型以及工程菌代谢负担加重方面存在的问题,提出可供参考的解决方案,为构建酿酒酵母工程菌高效生产乙醇提供参考.     

十三碳二元酸发酵与肉毒碱乙酰基转移酶酶活动力学研究

在利用热带假丝酵母发酵生产十三碳二元酸(DCA13)的过程中,建立了用荧光法测定酵母体内肉毒碱乙酰基转移酶(CAT)酶活的方法,方法简单,重现性高,测量精确。研究了热带假丝酵母中CAT酶活动力学与产酸速率的关系,结果表明:代谢前期细胞以生长为主,CAT酶活较高可提供更多的生长动力,而代谢后期细胞进入产酸期,CAT酶活与产酸速率的变化趋势成反比,即产酸速率高时,CAT的酶活较低。     

乙醛在酒精发酵生产中的应用

正本发明涉及发酵生产乙醇的方法和系统。乙醇是用酵母发酵的可发酵碳水化合物产生乙醛,从而从外部供给的酵母细胞减少酵母细胞甘油副产物的形成,提高酵母的性能在高乙醇含量和/或用于抑制发酵过程中的感染。通过乙醇的催化氧化可将外部供应到发酵介质中的乙醛生成。有利地,乙醇生产乙醛被集成在乙醇生产系统中。因此,在另一方面,本     

温度对产甘油假丝酵母产甘油发酵过程的影响

研究了温度对产甘油假丝酵母分批发酵生产甘油及其生长动力学的影响。结果表明:在温度为28—36℃时,由于发酵周期随温度升高而显著缩短,导致细胞生长、甘油合成和葡萄糖消耗的比速率也随温度升高逐渐增加;当温度为32℃时最适于产甘油假丝酵母合成甘油,甘油产量、得率和产率分别达到120.3 g/L,0.523 g/g,1.43 g/(L.h);应用Logistic方程对细胞生长动力学进行了模拟,获得不同温度下的生长动力学参数;根据细胞生长动力学参数,得到28—36℃时甘油分批发酵过程中细胞质量浓度同温度、时间之间的一般关系式,经验证该模型在28—36℃范围内可用于预测不同温度下的细胞生长情况。     

克鲁斯假丝酵母分批发酵生产甘油的代谢流分布

采用Candida krusei分批发酵生产甘油，在碳元素平衡基础上作代谢流分析得知，典型生长阶段（6－12h)形成菌体流量较大，占50％以上，且有12％的乙醇流量，甘油流量较小：典型生产阶段（48－54h)甘油流量增大为42%，菌体和乙醇流量为0，有11％的有机酸流量。     

新型生物絮凝剂REA-11的代谢模型建立与代谢网络分析

利用代谢通量分析方法,对谷氨酸棒杆菌Corynebacterium glutamicum CCTCC M201005分批发酵不同阶段和不同溶氧浓度下的代谢网络模型进行了计算,考察了代谢节点对絮凝剂REA-11合成的影响,并对C. glutamicum生长代谢过程中能量和还原力的产生及消耗问题进行分析.结果发现,磷酸戊糖途径(PP)通量在整个发酵过程中始终维持在较高的水平;REA-11合成通量随溶氧浓度的增加而降低,菌体合成通量则随溶氧水平的增加而增加;ATP通量的增加可以促进菌体生长,而与REA-11的合成呈负相关.     

溶氧强制振荡对L-苏氨酸发酵产率及其代谢流迁移的影响

为有效降低L-苏氨酸发酵过程中副产物的积累,考察了发酵过程中的溶氧强制振荡对L-苏氨酸发酵产率及其多种副产物积累的影响,并深入探讨了振荡行为对L-苏氨酸生物合成代谢网络的代谢流分布的影响。结果表明:采用溶氧强制振荡工艺能够明显提高L-苏氨酸的发酵产率和降低多种抑制性产物的合成。与非振荡工艺相比,经过36h培养,细胞生物量达到29.5g·L-1,苏氨酸的质量浓度达到118.9g·L-1,而乙酸质量浓度下降到0.8g·L-1,副产的其他氨基酸也大大降低。通过代谢流分析表明,在发酵后期的一个振荡周期(30h至31h)内,与非振荡组相比,HMP途径的代谢流量由6.5提高至95.88,CO2固定反应代谢流量由45.1提高至86.1,TCA循环相对代谢流量从1.86提高至17.78,从而导致苏氨酸对葡萄糖的质量转化率从30.0%增加至57.0%。溶氧强制振荡条件下的苏氨酸发酵液中各种副产物更少,更适合今后的大规模工业化生产。     

活性污泥合成PHAs单体组分的调控方法

聚羟基烷酸酯（PHAs）是一类生物合成的环境友好高分子塑料，具有广泛应用前景。活性污泥合成PHAs可降低PHAs生产成本，实现废物资源化。PHAs的物化性质取决于其单体组分的结构和含量。基于优化PHAs产量的工艺研究，总结了调控活性污泥合成的聚羟基丁酸 羟基戊酸（PHBV）中羟基戊酰含量的工艺措施和生化原理。已有研究表明，好氧时，碳源类型决定PHBV中的单体组分;一般地，溶解氧浓度（DO）降低，PHBV中HV含量会增加;污泥来源、pH值以及碳源与氮磷浓度比的变化都会影响HV含量;各参数对PHAs组分的影响存在关联性。展望了调控活性污泥合成PHAs中单体组分的进一步研究方向。     

ARTP选育ε-聚赖氨酸高产菌株及其发酵条件优化

ε-聚赖氨酸(ε-PL)是由25~35个L-赖氨酸单体组成的一种天然聚合物,在食品、医学、农药等领域有很大的应用潜力。目前,微生物法生产ε-PL存在生产强度低、发酵周期长、工艺不稳定等问题。为此,本研究以S.albulus FMME-545为出发菌株,通过常温常压等离子诱变(ARTP)结合核糖体工程选育了一株具有利福霉素抗性的高产菌株S.albulus FMME-545RX,其ε-PL产量达到2.44 g/L,相较于出发菌株提升了105%。为了进一步提高ε-聚赖氨酸的产量,在5 L发酵罐中通过分批补料的方式对碳源的调控策略、pH调控方法、DO控制水平进行了系统的研究。结果表明,采用葡萄糖-蔗糖双碳源调控策略有助于提高菌体代谢强度;在发酵过程中添加柠檬酸钠能有效帮助菌体抵御酸性环境;产物合成所需的最适pH值和DO值分别为3.80和30%。经过192 h的分批补料发酵,ε-PL的产量、生产强度、单位细胞合成能力分别达到了53.0 g/L, 6.63 g/(L?d), 0.88 g/g,相比于原始菌株分别提高了130%, 131%, 118%。上述研究结果为ε-聚赖氨酸工业化生产提供了有益的借鉴。