沙雷氏菌Serratia sp.BK-98发酵生产2-酮基-D-葡萄糖酸的工艺优化及动力学研究

引言 2-酮基-D-葡萄糖酸(2-KDG)有着广泛的用途,它能被用作食品添加剂、水泥增塑剂、洗涤剂,是照片显影剂的重要成分[1];同时它也是除草剂[2]、D-核酮糖、D-阿拉伯糖,特别是D-异抗坏血酸合成过程中的重要前体.     

葡萄糖直接发酵产2-酮基-L-古龙酸途径中代谢产物的HPLC分析

建立了利用高效液相色谱对葡萄糖发酵产2-酮基-L-古龙酸体系中的4种代谢产物D-葡萄糖酸、2-酮基-D-葡萄糖酸、2,5-二酮基-D-葡萄糖酸和2-酮基-L-古龙酸的定量测定方法,分析条件为：300 mm′7.8 mm Aminex HPX-87H柱,柱温30℃,流动相为50 mmol/L硫酸,流速0.2 mL/min,RID-10A示差检测器,以丙二酸为内标物. 结果表明,4种物质分离较好. 该方法对2-酮基-D-葡萄糖酸、2,5-二酮基-D-葡萄糖酸和2-酮基-L-古龙酸3种代谢物的检测平均误差分别为1.53%, 0.89%和1.84%.     

沙雷氏菌Serratia sp.BK-98发酵生产2-酮基-D-葡萄糖酸的工艺优化及动力学研究

Based on the optimization of culture conditions for producing 2-keto-D-gluconic acid(2-KDG)by Serratia sp.BK-98 in a Erlenmeyer flask, the factors of dissolved oxygen(DO)and pH affecting 2-KDG batch fermentation in 100 L fermenter were further optimized to be 30% and 6.0 respectively.Under the DO-stat and pH-stat batch culture conditions, 2-KDG production reached 211.2 g·L^-1.The kinetics of DO-stat and pH-stat batch fermentation were also investigated and the models for biomass, substrate consumption and product were established respectively based on the Logistic equation, Leudeking-Piret equation and Modified Leudeking-Piret equation.Curve fittings for the above models by using experimental data were performed by the non-linear least squares method with the software Origin 8.0.With the evaluated model parameters, the calculated values of the models and experimental data were in good agreement and the models could provide guidance for 2-KDG fermentation production.     

阴离子交换树脂D318分离提取发酵液中的2-酮基-D-葡萄糖酸

采用弱碱性阴离子交换树脂D318直接吸附发酵液中的2-酮基-D-葡萄糖酸,之后用浓硫酸-甲醇混合液解吸,解吸液直接用于异Vc钠生产的后续酯化环节,简化了工艺流程,提高了效率。探讨了离交液浓度、离交液流速和树脂床高径比对单位树脂吸交量的影响,并结合离子交换原理对有关结果进行了讨论。     

基于5-酮基-D-葡萄糖酸生物制造L-(+)-酒石酸的研究进展

利用生物质可再生资源为原料生产L-(+)-酒石酸符合当前国际的需求.从生产方式、发酵底物及工艺方面综述了L-(+)-酒石酸的研究情况,并指出糖质发酵法生物制造L-(+)-酒石酸的潜在优势,讨论了其中存在的问题、反应的机理以及前体物质的研究情况,并展望了今后的研究方向.     

一株脂肪酶产生菌及其脂肪酶催化性质的初步研究

从各种含油脂的土壤中筛选分离到一株高选择性拆分(R,S)-2-羟基-4-苯基丁酸乙酯[(R,S)-HPBE]的产脂肪酶菌株CF-12,经形态观察、生理生化试验和16S rDNA序列分析,鉴定该菌为沙雷氏菌属（Serratia sp.）。对菌株CF-12产脂肪酶的发酵条件进行了初步优化,确定最适产酶条件为：蔗糖5 g/L,酵母粉10 g/L,金属离子Mg²⁺ 0.75 mmol/L,发酵培养24 h,脂肪酶活性可达20.1 U/mL。该脂肪酶最适反应温度和pH值分别为40 ℃和7.0。利用冻干酶粉拆分 (R,S)-HPBE 15 h,(R)-HPBE产率达39.6%,ee=90.8%。     

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%.     

2-脱氧-D-葡萄糖的合成

以无水葡萄糖为原料,通过乙酸酐保护、HBr溴代、锌粉还原、脱保护和酸水解5步反应合成了2-脱氧-D-葡萄糖,总收率为30%,其结构经过核磁共振谱图分析验证。该合成新方法与传统方法相比,避免了催化加氢步骤,缩短了总反应时间,提高了总产率,减少生产成本,简化工艺操作,适宜工业化规模生产。     

间歇流加L-山梨糖发酵生产2-酮基-L-古龙酸研究

利用氧化葡萄糖酸杆菌(Gluconobacre roxydans)和蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)混合菌系及自动控制温度、pH和溶氧系统,在发酵过程中间歇流加L-山梨糖发酵生成2-酮基-L-古龙酸(2-KLG).结果表明:间歇流加L-山梨糖可以解除高浓度糖对产酸的抑制作用,提高了糖的转化率,当将L-山梨糖的终浓度调高到14%(w/V)时,2-KLG产量为130 mg/mL左右,转化率达90%,发酵周期40～60 h之间,发酵周期略有延长.     

2-乙酰氨基-D-葡萄糖-3,4,6-三乙酸酯的合成

以盐酸氨基葡萄糖、乙酸酐和三乙胺为原料,合成了2 乙酰氨基 D 葡萄糖 1,3,4,6 四乙酸酯。n(C6H13NO5·HCl)∶n〔(CH3CO)2O〕∶n〔(C2H5)3N〕=1∶10∶10,反应温度为60℃,反应时间为3h,收率为85 2%。冰水浴条件下,在2 乙酰氨基 D 葡萄糖 1,3,4,6 四乙酸酯的乙腈溶液中通入氨气达饱和,室温反应28h,得到2 乙酰氨基 D 葡萄糖 3,4,6 三乙酸酯,收率为58 6%,通过元素分析及核磁波谱验证了产品的结构。     

一株腈化物降解菌的分离、鉴定及降解特性

从长期被腈化物污染的土壤中分离到一株具有较宽腈化物降解利用谱的菌株YL-1。经过对YL-1形态特征及生理生化指标的分析,初步鉴定为红球菌。YL-1能降解丙烯腈生成丙烯酰胺。YL-1培养40h后可获得54U/mg的干细胞比活力。YL-1降解丙烯腈的最佳条件是温度30℃,pH=7 0,在该条件下对φ(丙烯腈)=0 2%的降解率可达99 4%。     

普鲁兰酶产生菌的筛选、鉴定及其发酵条件优化

从土壤中分离出一株产普鲁兰酶活性较高的菌株Z1,初步鉴定为盐球菌（Halococcus sp．）。研究了其产酶最适条件,确定产酶最适碳源为糯米淀粉、最适氮源为酵母膏＋蛋白胨,优化的培养条件如下：发酵初始pH值为6．0,接种量为14％,500mL摇瓶装液量为150mL,转速为180r·min^-1,培养温度为30℃,培养时间为52h。在优化条件下产酶量达到最高峰,酶活力可达5．06U·mL^-1。     

恩拉霉素高产菌株的筛选

从原始生产菌BKSFJ06出发,对其进行了紫外诱变、氯化锂与紫外复合诱变、亚硝基胍诱变和亚硝基胍与紫外的复合诱变及恩拉霉素抗性筛选工作,用HPLC检测方法,以恩拉霉素的产量为指标,筛选高产菌株。最终筛选出的最优突变菌株ERS42-101108产量提高了50%,且该菌株具有良好的遗传稳定性。通过实验内容可以看出,通过亚硝基胍和紫外复合诱变的方法,抗自身产物定向筛选出的突变株具有较优良的性质。     

一株甲醇降解菌Methylobacterium sp.SDM11的筛选鉴定及生长条件优化

从活性污泥中筛选到一株可利用甲醇为唯一碳源和能源生长的细菌SDM11,该菌革兰氏染色阴性,短杆状.经16S rDNA序列比对分析发现,与Methylobacterium sp.的部分16S rDNA同源性达98%.结合其形态特征和生理生化特性,该菌被初步鉴定为甲基营养菌属.在培养温度为30℃、甲醇含量为0.6%、pH值为7.0的最适生长条件下,菌体对甲醇的降解率可达82.5%.     

普鲁兰酶产生菌的筛选鉴定及其发酵条件优化与酶学性质研究

从淀粉厂附近土壤中筛选得到5株产普鲁兰酶的菌株,与实验室已有保藏菌株做活性对比,结果筛选得到的S1117产酶活性较高,根据其形态特征及16S rRNA序列分析,初步鉴定为芽孢杆菌。对其产酶条件进行了优化,确定了该菌株的最适发酵培养条件,其发酵54 h时酶活达到最大2.5 U/mL。初步研究了其酶学性质,其所产普鲁兰酶反应最适温度与pH分别为40℃,5.2;在60℃仍保持有80%以上酶活。     

土壤中纤维素分解菌株的筛选及形态观察

本实验从东北农村地区收集的腐烂土样中,分离具有纤维素降解能力的真菌,并通过对其发酵玉米秸产秆膳食纤维进一步考察,将分解膳食纤维含量较高的菌株进行分离纯化和遗传稳定性考察,并对其进行简单的形态学观察。结果表明,菌株JZ-11的发酵液中,膳食纤维含量最高,达到335.25 mg/L,其中可溶性膳食纤维含量为114.29 mg/L,不溶性膳食纤维含量为220.96 mg/L。并对菌丝形态观察,发现具有明显的霉菌特征。     

泰乐菌素高产菌株的筛选

以弗氏链霉菌(Streptomyces fradiae)TP-116菌株作为出发菌株,采用紫外线、氯化锂和微波三重复合诱变,通过泰乐菌素抗性定向筛选,获得一株高产菌株YBT-06,并对其进行了遗传稳定性试验,结果表明突变株YBT-06生产代谢旺盛,遗传稳定性好,发酵效价比出发菌株提高了25%,达到11066μg/m L。     

葡糖酸苷酶生产菌株的筛选及其酶学特性的研究

以生物合成单葡糖苷酸基甘草次酸为目的,建立了一种合成单葡糖苷酸基甘草次酸生物催化剂的筛选方法,并筛选到一株青霉菌属真菌,表达的葡糖酸苷酶具有高度底物特异性,能定向水解甘草酸生成单葡糖苷酸基甘草次酸,且研究了其酶学特质.结果表明:该催化反应的活化能E0为116.072 kJ·mol-1,反应动力学常数Km为0.328 mmol·L-1,最大反应速度Vmax为3.53×10-3 mmol·L-1·min-1.催化体系的最适反应温度为50℃,最适反应pH为4.2.该催化剂在45℃以下较稳定,pH稳定性维持在4.6～5.8,Mg2 对催化活力有一定促进作用,而Cu2 、Fe2 、Fe3、Ag 有较大抑制作用.     

微生物絮凝剂产生菌的选育及发酵罐放大试验研究

以产微生物絮凝剂的芽孢杆菌DHS-63为出发菌株,采用常压室温等离子体(ARTP)诱变系统进行诱变,经筛选及稳定性分析得到一株遗传稳定的突变株A265,摇瓶发酵絮凝剂产量达到1.08 g·L~(-1),比出发菌株提高12.9%。对该菌株进行发酵罐放大试验,10 L发酵罐絮凝剂产量为1.64 g·L~(-1),发酵时间48 h,比出发菌株缩短了10 h;70 L发酵罐絮凝剂产量为1.55 g·L~(-1),发酵时间44 h,比10 L发酵罐发酵时间缩短了4 h。