3-羟丙醛对Klebsiella pneumoniae发酵产 1,3-丙二醇的影响及其调控

中间产物3-羟丙醛在发酵液中的积累对Klebsiella pneumoniae细胞生长及1,3-丙二醇的合成有显著的抑制作用,而调节发酵的起始甘油浓度及控制发酵pH值可调控发酵液中3-羟丙醛的积累.当起始甘油质量浓度分别为20、30、50、70g/L的批式发酵中,发酵液中3-羟丙醛的积累的高峰分别为4.31、6.87、11.48及13.49mmol/L,当起始甘油质量浓度大于50g/L时,3-羟丙醛在到达积累高峰后不能被菌体有效转化,在发酵后期维持较高浓度,抑制了细胞生长及1,3-丙二醇的合成,发酵不能继续进行.控制发酵pH值为7.75～8.0可促进发酵液堆积的3-羟丙醛被迅速转化.在流加发酵中起始甘油质量浓度采用30g/L,发酵pH值控制为7.75条件下,发酵32 h,1,3-丙二醇质量浓度可达37.16g/L,1,3-丙二醇的生产强度和质量得率分别达到1.16g/(L·h)和52.66%.     

发酵甘油产1,3-丙二醇研究进展

综述微生物发酵甘油生产1,3-丙二醇的研究进展,内容包括生产菌种、发酵方式、优良生产菌株的选育和培养条件,并展望1,3-丙二醇发酵的前景。     

氧对Klebsiella pneumoniae产1,3-丙二醇代谢的影响

考察了氧对Klebsiella pneumoniae发酵产1,3-丙二醇(PDO)代谢的影响. 研究结果表明,在厌氧或供氧条件下,K. pneumoniae都能利用甘油产PDO. 起始甘油浓度20 g/L,发酵时间4 h,在充分供氧条件下,PDO产量仅为1.1 mmol/L;但在微量供氧条件下,PDO产量为16 mmol/L,是厌氧发酵时的1.28倍. 在微量供氧条件下,调控PDO合成的关键酶甘油脱氢酶、甘油脱水酶及1,3-丙二醇氧化还原酶的活性分别为7.28, 1.14, 0.52 U/mg,高于厌氧或充分供氧条件下的相应酶活性. 氧对细胞内NADH的合成也有影响,厌氧及微量供氧条件下菌体内NADH含量分别为3.78及3.72 μmol/g (DCW),高于充分供氧发酵时的0.85 μmol/g (DCW).     

克雷伯氏菌微氧发酵生产1,3-丙二醇的研究

对克雷伯氏菌在厌氧和通1.2L/min空气的条件下间歇连续发酵生产1,3-丙二醇进行了研究,在两种条件下1,3-丙二醇的转化率接近.在通空气的条件下细胞能够正常代谢,并获得较高菌体密度,但有氧发酵的生产强度高于厌氧发酵;甘油处于限制状态、稀释率为0.1h-1的连续发酵中,有氧发酵1,3-丙二醇的转化率和生产强度均高于厌氧发酵.     

3-羟基丙醛加氢制1,3-丙二醇的研究

以Ni／Al2O3为催化剂，在固定床反应器上考察了3-羟基丙醛(3-HPA)加氢制1，3-丙二醇(1，3-PDO)的反应工艺条件，结果表明，当反应温度为70℃、反应压力为5．0MPa、氢气与3-羟基丙醛摩尔比为7．0,3-HPA液时空速(IHSV)为6．0h^-1时，3．HPA转化率100％，1，3-PDO选择性大于99％。     

1,3-丙二醇有氧分批发酵动力学模型

在1,3-丙二醇有氧分批发酵中,研究了Klebsiella pneumoniae的生长、底物甘油消耗及1,3-丙二醇的产生特性.基于Logistic方程和Luedeking-Piret方程,得到了描述1,3-丙二醇有氧分批发酵过程的动力学模型及模型参数,该组模型能很好的拟合发酵过程,并在初始甘油浓度变化较大的范围内表现出很好的适用性.同时所建立的模型也基本反映了Klebsiella pneumoniae分批发酵过程的动力学特征.     

3-羟基丙醛加氢制1,3-丙二醇催化剂及加氢条件

1,3-丙二醇是一种合成新型高分子材料的单体。化学合成1,3-丙二醇(PDO)的方法主要为以丙烯醛(HPA)为原料的丙烯醛水合加氢法和以环氧乙烷为原料的羰基合成法(OXO)。这两种方法中均采用3-羟基丙醛加氢制1,3-丙二醇步骤。本文综述了雷基镍、以金属氧化物为载体的载镍催化剂和以贵金属Pt、Ru等负载到金属氧化物的加氢催化剂的研制、组成并比较了反应条件、反应结果;描述了应用不同催化剂体系及反应条件采用两段或多段加氢以降低PDO产品中羰基含量及加氢前净化加氢原料HPA以提高催化剂寿命的方法。     

克雷伯杆菌生产1,3-丙二醇关键酶发酵条件研究

研究了克雷伯杆菌生产1,3-丙二醇关键酶(甘油脱氢酶、1,3-丙二醇氧化还原酶、甘油脱水酶)的发酵条件。研究各种碳源、无机氮源、有机氮源及无机盐对产酶的影响,应用均匀设计、神经网络和遗传算法优化发酵培养基组成,结果为(gL-1):甘油30、KCl 1.6、NH4Cl 6.7、CaCl2 0.28、酵母浸膏2.8。在温度37C、初始pH 7.0、摇床转速200rmin-1和接种量5%条件下,发酵24h,无细胞抽提液中甘油脱氢酶、1,3-丙二醇氧化还原酶和甘油脱水酶活力(U·mg-1)分别为9.16、18.72、0.48,发酵34h,发酵液中1,3-丙二醇(1,3-PD)最大浓度为7.96gL-1。代谢过程中关键酶酶活与1,3-PD峰值出现时间不一致,且提早于1,3-PD峰值的出现。此外,结果表明优化后的培养基去除了多种微量元素,克雷伯杆菌生产1,3-丙二醇关键酶可以在微氧条件下进行。     

大气压冷等离子体诱变产1,3-丙二醇菌株Klebsiella pneumoniae

采用大气压冷等离子体介质阻挡放电法对产1,3-丙二醇的克雷伯氏菌进行诱变,采用诱变与筛选同时进行的单细胞平板诱变方法,同时获得了可耐受高浓度甘油且1,3-丙二醇产量较高的优良突变株. 对诱变后菌的间歇发酵结果表明,诱变菌株比出发菌株1,3-丙二醇的质量转化率提高了23%,对数期比生长速率提高了18%. 批式流加发酵过程中,1,3-PD浓度在发酵36 h时达到70.5 g/L,甘油的质量转化率为0.57 g/g,分别比野生菌提高47%和58%. 该诱变和筛选方法具有操作简单、效率高等特点,对具有工业应用价值的菌株筛选具有实用价值.     

克雷伯氏杆菌发酵生产1,3-丙二醇的代谢通量优化分析

以克雷伯氏杆菌为研究对象,系统研究了1,3-丙二醇厌氧和微氧代谢途径.采用代谢通量分析法建立了代谢通量平衡模型,通过线性规划对1,3-丙二醇厌氧和微氧发酵进行了优化分析,得到其最优代谢通量分布和最大理论得率,并分析了比生长速率、底物浓度以及乙醇生成速率、氧气消耗速率、呼吸商对1,3-丙二醇得率的影响.     

重组甲酸脱氢酶对合成1,3-丙二醇的促进作用

在甘油厌氧发酵生产1,3-丙二醇的过程中,需要消耗还原当量NADH,NADH的有效供给决定了1,3-丙二醇的产量。本文从Candida boidinii基因组DNA中克隆了甲酸脱氢酶基因fdh,利用表达质粒pMAL TM-p2X-fdh转化到1,3-丙二醇生产菌 Klebsiella pneumoniae YMU2中,构建了具有NADH再生系统的重组菌Klebsiella pneumoniae F-1。在5 L发酵罐培养中,F-1合成1,3-丙二醇浓度和产率分别达到了78. 6 g·L-1 和1. 33 g·L-1·h-1,分别比YMU2提高了12. 5% 和41. 2%。根据F-1和YMU2菌株的主要代谢产物的生成情况比较了二者的代谢流分布。     

醛脱氢酶基因敲除对克氏肺炎杆菌合成1，3-丙二醇的影响

利用Klebsiella pneumoniae厌氧发酵甘油生产1,3-丙二醇时，一部分甘油通过氧化代谢途径大量合成副产物乙醇，降低了1,3-丙二醇的得率.醛脱氢酶ALDH是乙醇合成途径的关键酶之一，其催化作用不仅消耗了大量甘油，还将还原型辅酶NADH氧化为NAD⁺，降低了同为NADH依赖型的1,3-PD合成途径的效率.本文以醛脱氢酶ALDH为改造目标，以K.pneumoniae为宿主，通过同源重组技术在K.pneumoniae M5aL的ALDH基因中成功地插入了四环素抗性基因，经抗性筛选和基因水平鉴定，得到两株ALDH基因敲除的重组菌0623-1hb及0623-1hc.本文研究了这两株重组菌的生长代谢特性，结果表明两株重组菌的ALDH酶活基本检测不到，菌体生长受到明显抑制，乙醇合成浓度比出发菌株K.pneumoniae M5aL降低了43%～53%，1,3-PD合成浓度及摩尔得率分别提高了27%～42%和19%～24%.     

葡萄糖作辅助碳源对klebsiella pneumoniae发酵生产1,3-丙二醇的影响

在Klebsiella pneumoniae发酵甘油生产1,3 丙二醇的种子培养及发酵实验中,考察了葡萄糖作辅助碳源对菌体生长及1,3 丙二醇生成的影响. 结果表明,在种子培养期,以葡萄糖和甘油为混合碳源可缩短种子培养周期;在批次发酵和流加发酵中,葡萄糖作辅助碳源可使1,3 丙二醇产率及得率明显提高,但不同的葡萄糖加入方式对产率及得率促进的效果不同. 在初始发酵培养基中添加5 g/L葡萄糖、并在4 40 h进行葡萄糖与甘油混合液连续流加的条件下,1,3 丙二醇浓度、产率及得率较单一甘油为底物的流加发酵结果分别提高41.2 , 38.6 和8.3 .     

克雷伯杆菌微胶囊化生产1,3-丙二醇的研究

研究了用高压微胶囊成型装置制备克雷伯杆菌NaCS-PDMDAAC微胶囊生产1,3-丙二醇.考察了PDMDAAC浓度对微胶囊性能的影响及推进速度、电压、针头内径对微胶囊直径的影响.摇瓶条件下,微胶囊细胞连续发酵10批,粒径2.5 mm的微囊得到最大1,3-丙二醇浓度为13.38g/L,发酵时间从游离培养的34 h缩短为19 h,最大生产能力为0.60 g/(L·h),比游离细胞提高2 56倍.     

微胶囊固定化克雷伯杆菌生产1,3-丙二醇

引 言 1,3-丙二醇是合成新型聚酯材料--聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)的单体.近几年,利用微生物法生产1,3-丙二醇已成为国内外研究的热点[1-2].     

1,3-丙二醇分批发酵动力学模型

在分批发酵中，研究了Klebsiella pneumoniae的生长、底物甘油消耗及1,3-丙二醇的产生特性. 基于Logistic方程和Luedeking-Piret方程，得到了描述1,3-丙二醇分批发酵过程的动力学模型及模型参数，该组模型能很好地拟合发酵过程，并在初始甘油浓度变化较大的范围内表现出很好的适用性. 同时，所建立的模型也基本反映了Klebsiella pneumoniae分批发酵过程的动力学特征. 基于分批发酵动力学模型，提出了以甘油为单一碳源时的底物流加策略，通过与其他流加策略条件下的发酵对比实验表明，通过基于动力学模型的流加策略可获得更高的1,3-丙二醇浓度及生产强度.     

以葡萄糖为辅助底物发酵生产1,3-丙二醇的研究

采用Klebsiellapneumoniae对葡萄糖作为辅助底物发酵生产 1 ,3 丙二醇进行了研究。结果表明葡萄糖单独作为底物发酵时不生成 1 ,3 丙二醇。以葡萄糖和甘油为混合底物时 ,则可以显著提高菌体浓度 ,但是 1 ,3 丙二醇浓度和甘油到 1 ,3 丙二醇转化率没有提高。在甘油为底物的批式发酵过程中 ,通过流加葡萄糖作为辅助底物可以提高甘油到 1 ,3 丙二醇的摩尔转化率 ,同时可缩短发酵时间。通过选择合适的葡萄糖流加速率 ,较以甘油为单一底物的发酵结果 ,1 ,3 丙二醇的摩尔转化率最高可达0 649,提高了 53 4% ;生产强度为 1 0 0 5g/ (L·h) ,提高了 1 39 9%。