克雷伯氏菌固定化技术发酵生产1,3-丙二醇

通过对4种常见的包埋材料固定化克雷伯氏菌发酵生产1,3-丙二醇的研究发现,海藻酸钙固定化无论在制备难易还是在发酵强度上都有很大优势,并进一步确定了海藻酸钙固定化的最优条件:海藻酸钠质量浓度6%,CaCl2质量浓度4%,交联时间4 h。相对于游离发酵,固定化发酵1,3-丙二醇终浓度提高了7.4%,发酵强度达到了1.04 g/(L.h)。此外,固定化克雷伯氏菌还能用于1,3-丙二醇半连续发酵。     

1,3-丙二醇氧化还原酶同功酶基因yqhD在肺炎克雷伯氏菌中的表达研究

以大肠杆菌(Escherichia coli)基因组为模板,PCR扩增出1,3-丙二醇氧化还原酶同功酶基因yqhD,经测序确认,将yqhD基因与四环素抗性基因TetR同时插入表达载体pUC18构建重组质粒pUC18-yqhD-TetR,重组质粒转化Klebsiella pneumoniae ME308;37℃,经1.0mmol/LIPTG诱导8h,重组肺炎克雷伯氏菌中1,3-丙二醇氧化还原酶同功酶的酶活力达到4.16U/mg,而对照菌株的酶活仅为0.62U/mg;将重组菌在摇瓶中进行微氧发酵培养,经IPTG诱导,可将60g/L甘油转化为33.8g/L1,3-丙二醇。     

强化乙醛酸和TCA循环对克雷伯氏菌合成1,3-丙二醇的影响

克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)代谢甘油合成1,3-丙二醇(1,3-propanediol,1,3-PDO)的过程中,存在乙酸溢流、TCA循环活性低的问题,影响1,3-PDO合成。该研究对K.pneumoniae中乙醛酸循环抑制因子iclR进行敲除,并过表达TCA循环中琥珀酸脱氢酶基因sdhC和苹果酸脱氢酶基因mdh,缓解乙酰辅酶A节点的碳流溢出。结果表明,敲除iclR后乙酸积累量降低了41%,1,3-PDO产量提高了8%。在K.pLric中单独过表达sdh C或mdh基因,2,3-丁二醇产量分别降低了47%和52%,1,3-PDO产量分别提高了7%和8%。共表达sdh C和mdh基因后,菌株的甘油利用能力增强,1,3-PDO产量比K.pLric提高了11%。5 L发酵罐分批补料发酵结果表明,K.pLric-sdh C-mdh的生物量明显提高,1,3-PDO产量达77.2 g/L,摩尔转化率为0.69 mol/mol。以上结果表明,敲除iclR激活乙醛酸循环、过表达sdh C和mdh强化TCA循环可以弱化乙酸溢流,增强菌株的甘油利用能力,促进合成1,3-PDO。     

1,3-丙二醇间歇发酵培养基的优化

从Na+、K+、NH4 +等 1价阳离子对甘油发酵生产 1,3-丙二醇过程中关键酶的活性影响分析出发 ,设计改进发酵培养基组成。通过间歇发酵 ,考察甘油初始质量百分比分别为 2 %、4 %和 6 %的发酵情况 ,结果表明 ,采用无铵培养基氨水调节 pH的发酵 ,甘油的转化率和 1,3 丙二醇的终浓度较高 ,而且与文献报道的培养基相比更为简单 ,有利于工业应用。     

克雷伯氏菌发酵条件的响应面设计

以中心组合设计为基础利用响应面法,对克雷伯氏菌利用甘油生产1,3-丙二醇(1,3-PD)的培养条件进行优化,建立了以甘油、硫酸铵、pH值、发酵时间、和发酵温度对1,3-PD发酵生产的单个因素和交互影响的数学模型,得到发酵生产1,3-PD的最佳条件为:甘油49.9g/L;硫酸铵5.28g/L;pH值为7.19;培养时间84h;温度36.1℃。在此条件下,模型预测1,3-PD最大产量为19.03g/L。并在此条件下进行实际实验,1,3-PD的产量为18.33g/L,与模型预测接近。     

克雷伯氏菌产1,3-丙二醇aldH基因缺失菌株的构建

该研究利用λRed重组技术对克雷伯氏菌（Klebsiella pneumonia）中的乙醛脱氢酶（aldH）基因进行敲除,成功构建缺失菌株K.pneumonia2-1ΔaldH,与原始菌株相比,缺失菌株K.pneumonia2-1ΔaldH发酵液中乙醇产量由原来的7.24 g/L降为0.47 g/L,降低了93.51%;1,3-丙二醇产量由原来的78.83 g/L增长至82.55 g/L,提高了4.72.%;甘油转化率由60.64%增长至63.50%,提高了2.86%。缺失菌株K.pneumonia2-1ΔaldH 50 L发酵罐小试试验中,1,3-丙二醇的产量为78.13 g/L,乙醇产量为0.50 g/L。     

budR表达水平对克雷伯氏菌甘油代谢的影响

通过过量表达和反义RNA抑制改变budR表达水平,考察budR表达水平对克雷伯氏菌甘油代谢的影响。过表达budR使得Bud B和Bud C的酶活提高了48.7%和69.7%,1,3-丙二醇产量降低了12.6%,2,3-丁二醇含量增加了73.3%,同时乙酸含量显著降低。反义RNA抑制budR表达后,Bud B和Bud C酶活分别降低了56%和78%,重组菌的生物量、2,3-丁二醇(BDO)、乙酸、乳酸等均表现为略有降低,1,3-丙二醇含量达到23.4g/L,提高约10%。上述结果进一步丰富了budR基因在调控bud操纵子的表达水平、2,3-丁二醇合成及克雷伯氏菌甘油代谢中的作用,为后续代谢改造克雷伯氏菌合成1,3-丙二醇提供了新的思路。     

产1,3-丙二醇菌株的筛选、改良及发酵

从自然界筛选得到了9株可发酵甘油生产1,3 丙二醇的肠道细菌,经鉴定均为肺炎克雷伯氏菌.经化学诱变,菌株的1,3 丙二醇产量有所提高,其最终产量达到2%左右.     

用克雷伯氏菌批式流加发酵法生产1,3-丙二醇

通过对克雷伯氏菌在 7L发酵罐中厌氧间歇发酵甘油生产 1,3 丙二醇的实验研究 ,建立了一种与 pH调节相偶联的批式流加甘油发酵策略。考察了不同甘油维持浓度条件下的流加方式及不同培养方式对 1,3 丙二醇产率的影响。结果表明 ,甘油质量分数维持在 2 %的流加方式有利于 1,3 丙二醇的发酵生产 ,其在 30 5h内消耗甘油 2 80 g ,得到 1,3 丙二醇152 6 g ,摩尔转化率 6 5 5% ,生产强度 0 91g/L·h     

磷酸转移酶系统关键基因敲除对Klebsiella pneumoniae产1,3-丙二醇的影响

克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)在以葡萄糖作辅底物发酵甘油生产1,3-丙二醇(1,3-propanediol,1,3-PDO)过程中,由于细胞存在碳分解代谢抑制现象,葡萄糖优先于甘油被菌体吸收代谢用于细胞生长及副产物的累积,影响1,3-PDO的合成。基于K.pneumoniae葡萄糖转运及碳代谢调控相关的磷酸转移酶系统(phosphotransferase system,PTS),利用Red重组技术对PTS系统中与葡萄糖特异性转运相关的基因ptsG(编码葡萄糖特异性转运膜透性酶EⅡBC~(Glc))、crr(编码胞浆可溶性葡萄糖特异性转运酶EⅡAGlc)分别进行敲除,并考察上述基因缺失对细胞生长、1,3-PDO合成和副产物代谢的影响。结果显示,敲除ptsG、crr基因后,甘油转化率较野生菌分别提高26.2%和42.7%,其中突变株K.pneumoniaeΔcrr的1,3-PDO的产量达到23.1 g/L,提高35.8%。上述结果表明,敲除ptsG、crr基因改造PTS系统能够有效提高底物甘油利用率,强化1,3-PDO合成。     

生物合成甘露聚糖酶中氮源作用的研究

为了研究不同氮源及氨基酸对微生物合成碱性甘露聚糖酶的影响,分别进行了不同氮源对碱性β-甘露聚糖酶合成的影响、酵母氮基作为唯一氮源对碱性β-甘露聚糖酶合成的影响、在合成培养基中添加不同的氨基酸对微生物产酶的影响、几种氨基酸作为唯一氮源对微生物产酶的影响、在粗酶液中添加氨基酸对酶活的影响和几种氨基酸复配对碱性β-甘露聚糖酶...     

碳源对克氏菌合成PTT原料PDO的影响及对DhaB的表达调控

为提高1,3-丙二醇（PDO）产量,加快聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）的产业化应用。考察了不同碳源对克雷伯氏菌合成PDO过程中碳流的影响和对关键酶DhaB的表达调控。结果表明,克雷伯氏菌不能直接利用葡萄糖合成PDO;以甘油为单一碳源时,PDO的产量仅为9 g/L,同时细胞生长受到一定抑制;而在甘油为底物的情况下,添加5 g/L的葡萄糖能够使菌体生物量提高66.7%、dhaB的转录上调20%、DhaB酶活提高64%,同时PDO产量提高1.5倍。上述结果表明混合碳源策略能够激活克雷伯氏菌PDO合成途径关键酶DhaB的表达,提高PDO的产量。     

正交旋转组合优化L-苏氨酸发酵的氮源

利用旋转回归法研究氮源对L-苏氨酸产量的影响并拟合出回归方程,探索L-苏氨酸发酵的最佳氮源及其用量.经回归分析表明,培养基中硫酸铵、酵母粉的含量及其配比对L-苏氨酸产量有显著影响,通过岭脊分析寻优得出:硫酸铵最佳浓度为17.66g/L、酵母粉最佳浓度为2.51 g/L.在此优化条件用10L自动发酵罐补料分批发酵38h,L-苏氨酸产量可达119.7g/L,糖酸转化率为47.9%.     

不同氮源及浓度对苹果白兰地酒发酵的影响

以酿酒酵母1023和1620为实验菌株,以富士苹果汁为原料,添加氯化铵、蛋白胨、磷酸氢二铵和L-精氨酸做为有机和无机氮源,分析研究氮源种类及浓度对苹果白兰地发酵过程的影响.结果表明,在相同发酵条件下,添加氮源可以提高酵母酒精发酵力,加速糖的降解;无机氮源发酵酒精度低于有机氮源,且在氮源浓度为150mg/L以上时酒精度均与对照差异显著(p＜0.05),其中无机氮源中以氯化铵在水平250mg/L下酒精度最高,有机氮源中以蛋白胨在水平400mg/L下酒精度最高;总酸受不同氮源及浓度的影响,且无机氮源发酵后总酸变化量较有机氮源显著(p＜0.05).     

不同氮源及浓度对苹果白兰地酒发酵的影响

以酿酒酵母1023和1620为实验菌株,以富士苹果汁为原料,添加氯化铵、蛋白胨、磷酸氢二铵和L-精氨酸做为有机和无机氮源,分析研究氮源种类及浓度对苹果白兰地发酵过程的影响。结果表明,在相同发酵条件下,添加氮源可以提高酵母酒精发酵力,加速糖的降解;无机氮源发酵酒精度低于有机氮源,且在氮源浓度为150mg/L以上时酒精度均与对照差异显著（p<0.05）,其中无机氮源中以氯化铵在水平250mg/L下酒精度最高,有机氮源中以蛋白胨在水平400mg/L下酒精度最高;总酸受不同氮源及浓度的影响,且无机氮源发酵后总酸变化量较有机氮源显著（p<0.05）。      

拟干酪乳杆菌乳酸发酵培养基氮源优化

从发酵原料成本的角度出发,首先对发酵培养基中的碳氮比进行优化,将培养基中的碳氮比(质量比)提高为28.97;然后逐步将原始发酵培养基中的进口分析纯试剂替代为国产试剂及工业级试剂,并实现了工业级酵母粉FM802和蛋白胨FP101的完全替代。经过5 L发酵罐验证表明,原料替代后,成本降低为原来的1/3,而发酵时间仅增加1 h。     

氮源优化及新型补糖工艺提高红霉素效价研究

在总氮相等条件下优化了红霉素工业发酵培养基的速效氮源和迟效氮源比例,同时尝试性地引入羽毛蛋白胨作为新型速效氮源。实验结果表明,迟效氮源与速效氮源比值为3.9时,即羽毛蛋白胨浓度为6 g/L、黄豆饼粉为33 g/L时,红霉素效价最高为11 059 U/m L。与玉米浆相比,羽毛蛋白胨具有质量稳定的特点,从而可避免玉米浆质量不稳定引起的红霉素效价波动。采用优化后的培养基,比较了传统p H反馈补糖工艺和p H结合呼吸熵(RQ)反馈补糖工艺。结果表明,p H结合RQ反馈补糖工艺下的红霉素效价达到11 915 U/m L,比传统p H反馈补糖工艺的效价提高了7.7%,而新补糖工艺下的补糖总量降低了40%。     

固定化重组大肠杆菌产1,3-丙二醇发酵条件的研究

利用海藻酸钙将重组大肠杆菌JM109(pHsh-dhaB-dhaG-dhaF-yqhD)固定化,并对影响重组菌固定化细胞发酵的营养因子进行研究。实验结果表明,该重组菌固定化细胞发酵的适宜培养基组成为:甘油80 g/L、酵母膏5.0 g/L、VB120.05 g/L以及KH2PO47.5 g/L;在此培养条件下,1,3-丙二醇产量、转化率及生产能力分别可达61.5 g/L、76.8%和2.57 g(L.h),与游离细胞相比,重组菌固定化细胞对底物甘油和产物1,3-丙二醇的耐受力明显提高,且1,3-丙二醇产量明显提高。     

啤酒废酵母酶解液作为有机氮源厌氧发酵制备丁二酸的研究

确定了以啤酒废酵母为原料,酵母酶解液中α-氨基氮含量为考察指标的蜗牛酶酶解破壁条件;并以啤酒废酵母酶解液为有机氮源,厌氧发酵制备丁二酸。结果表明蜗牛酶破壁效果最好,其最佳反应条件为蜗牛酶用量10mg/g干物质,pH6.5,40℃水浴,反应16h,酵母酶解液中α-氨基氮含量为0.504g/100mL;当发酵培养基中葡萄糖浓度为50g/L,啤酒废酵母酶解液作为有机氮源时,菌株Actinobacillus succinogenes NJ113可以产34.6g/L丁二酸,收率69%,和以酵母膏为有机氮源厌氧发酵制备丁二酸(丁二酸浓度为35.1g/L,收率70.2%)比较,产量相近,成本较低。