西索米星分批发酵的动力学特性

伊尼奥小单孢菌F003的发酵特性研究表明,西索米星发酵过程具有典型的非生长耦联特征. 当以淀粉为主要碳源时,对数生长期最大菌体比生长速率为0.058 h-1,产物合成期最大产物比合成速率0.0018 g/(g×h). HPLC和酶法测定结果显示发酵液中主要的可发酵糖为麦芽糖,适合菌体生长的麦芽糖浓度或葡萄糖浓度分别为10.0~25.0和7.5~15.0 g/L,可发酵糖浓度低于10.2 g/L将限制西索米星合成. 西索米星发酵过程淀粉水解酶表观活性的动力学特性表明,在对数生长期淀粉水解酶表观活性较高,最大值为0.84 g/(L×h),在发酵中后期淀粉水解酶表观活性仅为最大值的1/4~1/20,导致可发酵糖浓度降低,限制西索米星的合成. 西索米星浓度大于0.50 g/L将明显抑制产物合成.     

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%.     

稀土元素对2-酮基-L-古龙酸发酵过程的影响

采用普通生酮基古龙酸菌(Ketogulonigenium vulgare)与巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)混合菌系,研究了不同稀土离子及其配合物对发酵生产维生素C前体物质2-酮基-L-古龙酸(2-KLG)的影响.结果表明,各稀土离子对2-KLG合成的最佳促进浓度均约为5mmol/L,且具有低浓度促进、高浓度抑制的作用规律.EDTA镧、柠檬酸镧均抑制2-KLG的合成,而1mmol/L草酸镧对其合成代谢有促进作用,使其产量提高6.4%.摇瓶中添加5mmol/LLa~(3+),发酵中后期菌体生长状况得到显著改善的同时提高了2-KLG最终产量并缩短了发酵周期.3.6L发酵罐中添加5mmol/LLa~(3+)进行分批发酵,平均山梨糖消耗速率和2-KLG生产强度比对照分别提高12.4%和14.8%,发酵周期缩短11.1%.     

铜离子与葡萄糖协同补料对球头三型孢菌产赤藓糖醇的影响

为考察葡萄糖和铜离子盐协同补料发酵对球头三型孢菌产赤藓糖醇的影响,在5L发酵罐中先采用不同浓度的葡萄糖进行分批发酵,然后采用优化的葡萄糖浓度并添加CuSO₄·5H₂O进行发酵研究。结果表明,初始葡萄糖浓度为300g/L的赤藓糖醇产量最大为44.52g/L,其体积生产速率为0.371g/（L·h）、转化率为0.167g/g。在此浓度葡萄糖的基础上添加30mg/L的CuSO₄·5H₂O后,赤藓糖醇产量达到49.62g/L,提高了11.5%。进一步控制总糖浓度为300g/L,且初始浓度为200g/L,分别进行单独补糖和协同补糖与铜离子的补料发酵,结果赤藓糖醇产量分别为47.25g/L和55.31g/L,比初始300g/L的葡萄糖分批发酵分别提高了6.1%和24.2%。特别地,协同补糖与CuSO₄·5H₂O后,赤藓糖还原酶（erythrose reductase,ER）的活性在84h达到最大,为0.152U/mg,比单独补糖时提高了18.8%;通过铜离子盐和葡萄糖的协同补料发酵可显著提高赤藓糖醇的产量,最终使赤藓糖醇产率达到0.461g/（L·h）。     

黄孢原毛平革菌选择性合成木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶

在黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)的限氮浸没式培养中，研究了不同条件对选择性合成木质素过氧化物酶(LiP)和锰过氧化物酶(MnP)的作用. LiP只在很窄的氮源浓度范围内(0.8~1.8 mmol/L)才能测到，而MnP在较宽浓度范围内(0.4~1.8 mmol/L)表现出较高的酶活水平. 培养基中缺乏Mn2+不能合成MnP，但可以得到活力较高的LiP. [Mn2+]在0.06~0.84 mmol/L时可获得LiP. 添加微量Mn2+即可获得较高活力的MnP，此后增加Mn2+对MnP的活力影响不大，直至浓度为3.36 mmol/L才表现出明显的抑制作用. 通纯氧可使LiP活力提高50%，但对MnP影响不大.     

原位转移技术用于酵母合成2-苯乙醇

研究了酵母转化L-苯丙氨酸(Phe)合成2-苯乙醇(Pea)的常规和带原位转移的补料分批培养过程特性. 在常规培养中,以优化补料策略将糖浓度控制在0.1~0.3 g/L,使副产物乙醇浓度小于1%,而Pea的最高终浓度仅为3.85 g/L,因产物抑制效应无法获得更高浓度. 采用大孔树脂FD0816作为原位转移产物的介质,Pea最终总浓度达到12.80 g/L,平均生成速率为0.38 g/(L×h),比未添加树脂的培养体系分别提高了232%和35.7%. 采用乙醇溶液对发酵用的树脂进行动态洗脱,Pea洗脱率达到95%以上,洗脱液中Pea浓度达到60 g/L.     

培养基组成成分对加利利链霉菌AF1发酵过程影响的初步探索

探索影响加利利链霉菌AF1发酵过程的培养基组成成分。碳、氮源试验结果表明菌株AF1能够较好的利用可溶性淀粉和胰蛋白胨。在基础培养基和培养条件不变的前提下,改变可溶性淀粉质量浓度,在质量浓度为3.5%时,菌株AF1的代谢产物对金黄色葡萄球菌的抑菌活性最高,达到15.5 mm。在基础培养基和培养条件不变的前提下,改变胰蛋白的质量浓度,当浓度达到0.25%时,抑菌活性最高,达到13.4 mm。供试的8种氨基酸试验结果表明Arg、Gln和Lys具有明显促进菌体生长的作用,Asn、Phe的促进作用不明显,而其他的氨基酸则表现出对菌体生长无显著效果;在产物合成方面,Arg、Asn、Phe、Tyr、Gln、Lys对产物合成具有较为明显的促进作用,但Met和Cys却表现出对产物合成有抑制作用。不同浓度的各种氨基酸试验结果表明,当基础培养基中Tyr浓度为0.13 mmol/L或者Lys 0.25 mmol/L时菌株生长和活性物质的代谢效果最为明显,100 mL的发酵液中菌体干重和发酵液抑菌活性分别达到0.19 g、14 mm和0.22 g、15.9 mm。     

肌苷发酵与分离组合过程的研究

用枯草芽孢杆菌(摇瓶产量3～4.5g/L)在2L 搅拌罐内进行发酵并引出部分发酵液流经一分离柱,把发酵和产物分离组合起来。结果表明,在进行肌苷发酵的同时,分离部分产物肌苷,可改善产物的反馈调节作用,从而使肌苷产量增加。对上柱流速、总糖浓度、补料流速进行正交试验考察表明,上柱流速对肌苷的生成及产量影响最大。适当提高上柱流速可以大大提高肌苷产量,在上柱流速为3mL/min 的条件下与分批发酵结果相比,肌苷的比生成速率大大提高,发酵终了产苷量由3.39g/L,提高到8.64g/L,产量提高了155.9%。说明了肌苷分离与发酵组合的可行性及开发潜力,它的应用可望能改变目前工业生产上产苷低的问题。     

添加甲萘醌促进嗜热子囊菌合成过氧化氢酶

研究了添加甲萘醌对嗜热子囊菌(Thermoascus aurantiacus)IFO9862合成过氧化氢酶(CAT)的影响. 结果表明,添加甲萘醌有助于促进CAT的合成. 在发酵的24或48 h分别添加1 mmol/L的甲萘醌,发酵终了CAT酶活比对照分别提高了11.0%和23.1%;而在发酵的36和48 h各添加1 mmol/L的甲萘醌,CAT酶活可提高32.5%. 在发酵0 h添加88 mmol/L的H2O2,同时在48 h添加1 mmol/L的甲萘醌,CAT酶活达到1725 U/mL,比对照(1074 U/mL)提高了60.6%.     

用于谷胱甘肽合成的重组大肠杆菌的培养和诱导表达

研究了用于谷胱甘肽合成的温度诱导型重组大肠杆菌的补料分批发酵,通过葡萄糖的脉冲补入,结合溶氧反馈控制技术,实时控制发酵过程中乙酸的产生. 在此基础上,进一步考察了在谷胱甘肽合成酶系诱导表达阶段,流加酵母粉和蛋白胨时重组大肠杆菌的补料分批发酵过程. 结果发现,脉冲补料-溶氧反馈控制技术在流加酵母粉和蛋白胨的补料分批发酵中仍能得到很好的应用,乙酸浓度可被有效地控制在2.5 g/L以下. 通过比较诱导表达阶段流加不同组成的补料液成分,发现添加适量酵母粉和蛋白胨可促进谷胱甘肽合成酶系的表达,在42℃诱导4 h收获的重组大肠杆菌酶法合成谷胱甘肽达到2.46 g/L.     

Kitasatospora sp.MY 5-36菌株补料重复发酵生产ε-聚赖氨酸

以Kitasatospora sp. MY 5-36菌株为研究对象,首次采用带补料的重复发酵工艺发酵生产e-聚赖氨酸(e-PL),并对工艺参数进行初步研究. 在摇瓶上对重复发酵e-PL的可行性及稳定性进行了验证,并在5 L发酵罐上初步构建了带补料的重复发酵e-PL工艺. 研究结果表明,重复发酵过程中最佳留种量为10%(j). 通过对间歇补料、变速补料2种补料方式的考察,确定当残糖浓度下降至10 g/L时,采用变速补料并控制残糖浓度在10 g/L时能较好地进行带补料的重复发酵生产e-PL. 经5批次发酵后发酵体系仍具有较高的e-PL生产能力,e-PL批次平均终浓度为20 g/L,生产强度达到0.159 g/(L×h).     

补料分批培养提高转氨酶发酵产酶密度的研究

转氨酶是苯丙酮酸酶法制备L-苯丙氨酸的关键酶源,为提高转氨酶的发酵产酶密度,文章采用补料分批培养方式对大肠杆菌A5发酵产酶进行了研究。优化的补料培养工艺为:初始葡萄糖质量浓度5 g/L,初始氮源体积分数为玉米浆5 mL/L、蛋白胨质量浓度1.5 g/L,控制发酵过程pH值7.5,当葡萄糖质量浓度下降为2 g/L,开始每隔2 h补加质量浓度为120 g/L的葡萄糖溶液,从8 h起每隔2 h补加20 mL/L玉米浆+6 g/L蛋白胨及0.6 g/L的4种氨基酸溶液(L-甲硫氨酸、L-缬氨酸、L-异亮氨酸和L-谷氨酸)。在此条件下发酵培养24 h,菌体干质量浓度达10.5 g/L,比优化前产酶量提高了126%。     

Mathematical modelling and its use for design of feeding strategies for L‐Sorbose fermentation

Batch sorbitol to sorbose bioconversion by Acetobacter suboxydans using initial sorbitol concentration (S₀ = 100 g/L) yielded a productivity of 10.11 g/L‐h and 98.6% conversion in 10 h time. The batch kinetics was then used to develop an unstructured mathematical model. Model parameters were identified using a nonlinear regression technique assisted by a computer program which minimized the deviation between the model predictions and actual batch experimental data. F test indicated 99% confidence on the prediction of model using optimized parameters. The batch model was eventually extrapolated to identify nutrient feeding strategies to maintain constant noninhibitory sorbitol supply and eliminate substrate limitation for fed‐batch fermentation in order to improve the sorbose productivity. The adequacy of the fed‐batch model was established by excellent agreement between experimental data and model simulation (except towards the end of fermentation).     

发酵生产环氧琥珀酸水解酶的研究

诺卡氏菌环氧琥珀酸水解酶是胞内酶,提高发酵过程酶的产量可以从提高菌体质量浓度和提高比酶活两方面入手。菌体质量浓度和培养基中葡萄糖的质量浓度有关,但葡萄糖质量浓度过高对菌体的生长会有抑制作用,培养基中初始葡萄糖质量浓度为5g/L,在消耗殆尽后以1.3g/(L·h)的速度流加,可以将菌体质量浓度提高到6g/L以上。环氧琥珀酸采用两段式流加,流加结束时比酶活达到3000u/g以上,菌体质量浓度达到了8g/L,与原产酶水平1200u/g和菌体质量浓度4g/L相比有较大的提高。     

谷氨酸脱氢酶发酵工艺的正交试验设计

谷氨酸脱氢酶是谷氨酸生物合成途径中的关键酶。为提高谷氨酸棒杆菌S0615发酵产谷氨酸脱氢酶的酶活,运用正交试验设计对其发酵培养基与培养条件进行了优化研究。结果表明,优化的培养基组成为:尿素0.8%,葡萄糖5%,玉米浆0.8%;优化的培养条件为pH值7.2,温度35℃,搅拌转速350 r/min,通气量1.5 L/min,采用恒定pH值控制尿素流加。在此发酵工艺条件下,谷氨酸脱氢酶的酶活可达到35.87 U/g。     

产烃葡萄藻在气升式光生物反应器中的分批补料培养

在3 L气升式光生物反应器中进行了产烃葡萄藻的培养. 批式培养时，葡萄藻消耗氮、磷的速度较快，培养液中氮、磷营养盐的缺乏限制了藻细胞进一步生长和增殖. 采取分批补料方式，使培养液中KNO3和K2HPO4浓度分别维持在100和30 mg/L，可克服氮、磷限制问题. 与批式培养相比，生物量从1.3 g/L增加到1.9 g/L，烃含量从占细胞干重的22%提高到29%，从而使烃产量从0.286 g/L增加到0.551 g/L，提高了92.6%.     

Development of dissolved carbon dioxide-driven-and-controlled repeated batch fermentation process for ethanol production

We previously observed that as glucose is completely exhausted during ethanol fermentation, the dissolved carbon dioxide (DCO₂) level in the fermenter will suddenly decline. This observation was implemented to design and develop a DCO₂-driven-and-controlled repeated batch fermentation process for ethanol production. The process was tested at four different glucose concentrations (~150 g/L, ~200 g/L, ~250 g/L, and ~300 g/L), and each glucose concentration was controlled under three respective DCO₂ control levels (without DCO₂ control, and DCO₂ controlled at either 1000 mg/L or 750 mg/L). The results show that reported process features complete glucose utilization and is self-driven. For glucose concentration less than 200 g/L, ~41%-50% of fermentation time per batch was saved during the repeated batch operation. It took 12.1 ± 1.1 hours-14.9 ± 1.9 hours to complete a batch with glucose feed at ~250 g/L and 21.7 ± 6 hours-31.5 ± 7 hours to complete a batch with glucose feed at ~300 g/L. The reported process is time saving and stable, but the ethanol yield is ~20% lower than the operation without DCO₂ control. Dissolved CO₂ control became essential for glucose concentrations greater than 250 g/L if zero glucose discharge in each batch during the operation is desired.     

氧化还原电位调控混合糖为底物的丁醇发酵

控制丁醇发酵过程中的氧化还原电位（oxidoreduction potential, ORP）能够大幅提高丁醇产量和果糖利用率,并降低终点有机酸浓度。实验考察了以葡萄糖和果糖混合糖为底物,通过泵入无菌空气控制ORP分别不低于-490、-460、-430及-400 mV丁醇发酵情况。其中,控制ORP不低于-460 mV时,丁醇和总溶剂产量分别达到13.19 g·L^-1及19.71 g·L^-1,相对于不控制ORP的丁醇自然发酵分别提高了139.38%及117.07%,残糖浓度降低至3.20 g·L^-1,糖利用率高达94.18%。该调控策略有效地解决了以葡萄糖和果糖混合糖为底物的丁醇发酵过程中存在的残糖浓度高、丁醇产量低的问题。