光滑球拟酵母发酵生产丙酮酸的补料过程优化

为了提高1株光滑球拟酵母(Candida glabrata)高产突变菌株的丙酮酸产量和底物转化率,对发酵过程进行了系统优化。首先,对诱变筛选获得的7株菌株进行发酵验证,确定最佳菌株为C. glabrata 4H2。对种子培养基重要成分及浓度进行优化,确定最佳氮源为大豆蛋白胨,质量浓度为10 g/L。突变菌株在30℃条件下摇瓶发酵52 h,产量达到(48. 56±0. 46) g/L,生产强度为0. 93 g/(L·h),糖酸转化率为0. 46 g/g,比优化前分别提高了25. 0%、52. 5%和43. 8%。基于上述结果,在15 L发酵罐中进行发酵条件优化,确定了以初始葡萄糖质量浓度为80 g/L,当葡萄糖质量浓度剩余55 g/L时,恒速流加70 g/L葡萄糖的补料发酵工艺,最终丙酮酸的产量达到最高,为(86. 63±0. 29) g/L,较摇瓶水平提高了78. 4%,生产强度为1. 07 g/(L·h),糖酸转化率为0. 78g/g。研究表明,发酵过程优化强化光滑球拟酵母生产丙酮酸是一种有效的方法,该研究为进一步提升工业水平丙酮酸发酵性能奠定了基础。     

重组大肠杆菌全细胞催化合成NMN

基于前期研究构建的一株能以烟酰胺(nicotinamide,NAM)和葡萄糖为底物高产β-烟酰胺单核苷酸(β-nicotinamide mononucleotide,NMN)的大肠杆菌工程菌株Escherichia coli BL21(DE3)-NF017,采用全细胞催化方式进行NMN合成。首先,在摇瓶水平上对菌株培养过程的发酵培养基类型、诱导温度和诱导剂异丙基-β-D-硫代吡喃半乳糖苷(IPTG)浓度,以及全细胞催化过程的反应体系初始pH、反应温度和底物NAM与葡萄糖的添加比例（质量浓度比）进行了优化,在最优条件下,NMN的生成量（质量浓度）达1.84 g/L。为了进一步提高NMN的生成量,在5 L发酵罐上对全细胞催化过程中溶氧水平和底物NAM的流加方式进行控制和优化。最终,应用恒定速度流加NAM的补料模式,NMN的生成量提高至12.24 g/L,底物NAM的摩尔转化率达85.65%。该研究结果为应用全细胞催化法生产NMN提供了一定参考。     

降解浓香型白酒中氨基甲酸乙酯菌株的筛选及产酶特性研究

氨基甲酸乙酯(Ethyl carbamate,EC)是一种可致癌物质,普遍存在于发酵食品中,研究如何降低发酵食品中EC的含量对提高发酵食品的安全性具有重要意义。该研究采用高通量筛选技术,从浓香型白酒酒醅中分离得到1株能够同时降低EC及其前体尿素的解淀粉芽孢杆菌JP21。将该菌株用于模拟白酒窖内发酵,发酵结束时酒醅中的尿素和EC分别减少了12%和17%,并且对酒醅中挥发性物质无显著影响。通过对该菌株所产EC和尿素降解酶进行初步纯化及酶学性质研究,发现该酶对尿素和EC均有降解作用。酶的最适反应p H值为5.5,最适反应温度为35℃,可耐受低浓度乙醇。研究采用发酵食品体系内源微生物干预的方法,实现了对混菌发酵体系中氨(胺)类危害物的有效减控。     

高产α-酮戊二酸解脂亚洛酵母的选育及其发酵过程优化

为了提高解脂亚洛酵母(Yarrowia lipolytica)发酵生产α-酮戊二酸(α-ketoglutaric acid,α-KG)的效率,对前期获得的1株α-酮戊二酸高产菌株1-C6进行了迭代诱变处理,并对最终获得的高产突变菌株进行了系统的发酵过程优化。首先,基于前期构建的高通量筛选方法,应用甲基磺酸乙酯(ethylmethylsulfone,EMS)、亚硝基胍(nitroso-guanidin,NTG)和紫外(ultraviolet,UV)等诱变方法对菌株1-C6进行迭代诱变,最终获得了1株高产突变菌株4-E2,其α-KG的产量相对出发菌株1-C6提高了56.7%。在3 L发酵罐水平上研究了搅拌转速、通风比、乙酸钠和CaCO 3添加量等条件对高产突变菌株4-E2积累α-KG的影响。结果表明,较高转速的两阶段通风比更适合于α-KG的生产,乙酸钠和CaCO 3的最佳添加量分别为6 g/L和10 g/L。在此基础上进行补料发酵策略的探索,确定了恒速连续补料发酵的策略,α-KG产量达75.86 g/L,相比分批发酵提高了44.4%。研究结果为促进发酵法生产α-KG的工业化提供了借鉴意义。     

微液滴适应性进化强化大肠杆菌耐受高浓度L-山梨糖

前期研究构建了1株组成型表达山梨糖脱氢酶(sorbose dehydrogenase,SDH)的大肠杆菌工程菌,该菌株能利用L-山梨糖生产维生素C前体2-酮基-L-古龙酸(2-keto-L-gulonic acid,2-KLG),但对底物L-山梨糖的耐受性较差。为解决这一问题,对该菌株进行适应性进化,并强化了进化菌株发酵生产2-KLG的能力。首先,应用基于微流控技术的全自动高通量微生物液滴培养系统,将出发菌株在不同浓度梯度的L-山梨糖培养基中生长、传代,获得能够耐受高浓度L-山梨糖的进化菌株。在摇瓶上进一步验证,最终获得了1株能耐受高浓度L-山梨糖的进化菌株2-F6。然后在2-F6中共表达了能促进2-酮基-L-古龙酸积累的山梨酮脱氢酶(sorbosone dehydrogenase,SNDH),并在摇瓶水平上对接种量、发酵温度、SNDH诱导时间、IPTG诱导浓度以及L-山梨糖添加量进化了优化,在最优条件下,2-KLG的产量达6. 05 g/L。最终,将摇瓶发酵条件放大至5 L发酵罐后,2-KLG的产量为5. 70 g/L。研究结果为一菌一步发酵法生产维生素C前体2-KLG提供了参考。     

钙盐沉淀法从酮酸发酵液中提取α-酮戊二酸

酮戊二酸作为一种重要的有机酸,在食品、化工、医药等领域具有广泛的用途。目前,发酵法是生产α-酮戊二酸最具优势的方法。但在解脂亚洛酵母发酵生产α-酮戊二酸的过程中,丙酮酸作为副产物总是大量积累。这2种酮酸物化性质相似,为下游分离提取过程造成了很大的困难。研究对比3种不同钙盐对酮酸分离的影响,建立了一种有效分离发酵液中α-酮戊二酸的钙盐沉淀方法。采用CaCO3为α-酮戊二酸的最佳沉淀剂,α-酮戊二酸的回收率和纯度分别为82.5%和98.89%。同时,结果表明在偏中性和高温作用下,丙酮酸的稳定性受到影响,丙酮酸分离不适用于钙盐沉淀法。该研究可为酮酸的分离提取过程提供重要的理论参考。     

吡咯喹啉醌高产菌株选育及发酵优化

吡咯喹啉醌(pyrroloquinoline quinone, PQQ)是一种红褐色、芳香、三环邻醌的化合物,作为辅因子参与电子传递。在食品、医药和化妆品领域具有重要的应用价值。近几年,微生物发酵法合成PQQ受到了越来越多的关注。该研究以一株具有PQQ生产能力的脱氮生丝微菌(CGMCC 1.12893)为出发菌株,其在摇瓶水平上初始PQQ产量为31.4 mg/L。通过采用常压室温等离子体(atmospheric and room temperature plasma, ARTP)诱变和高通量筛选相结合的方法,筛选得到一株PQQ的高产突变菌株,编号为34,其PQQ产量提高至48.4 mg/L,相比原始菌株提高了54.1%。针对该最优突变菌株,在摇瓶水平上对碳源、氮源、金属离子和维生素等成分进行了优化,PQQ产量提高至105.2 mg/L。最后,在5 L发酵罐上对突变菌株进行验证培养,PQQ产量进一步提高至349.8 mg/L。该研究通过随机诱变筛选得到一株高产PQQ突变株,并通过培养基优化及发酵罐验证培养进一步提高了PQQ产量,研究结果为后续建立相应的发酵过程控制策略奠定了基础。     

高产那西肽活跃链霉菌的高通量选育

为提高活跃链霉菌(Streptomyces actuosus)发酵生产那西肽的强度,对1株已应用于工业化生产那西肽的菌株11-27进行了恒温常压等离子体诱变(atmospheric and room temperature plasma,ARTP),并对最终获得的高产突变菌株进行了工业化生产应用。首先,根据那西肽的分子特征,建立了以FeCl₃为络合显色剂的多孔板高通量筛选方法。应用ARTP诱变方法对菌株11-27进行诱变处理,最终获得了1株高产突变菌株22-3B6,其那西肽的效价相对出发菌株11-27提高了13.7%。对高产菌株进行遗传稳定性分析后,在50 m³工业生产罐上对最优菌株进行了16个批次的发酵验证,结果表明诱变菌株22-3B6生产那西肽的平均效价较对照菌株提高了10.1%。该文所建立的高通量筛选方法能简单、快速地获得高产突变菌株,从而有效地降低了那西肽的工业化生产成本。     

高产辅酶Q10类球红细菌的选育及发酵优化

辅酶Q10(coenzyme Q10,CoQ10)是一种淡黄色的脂溶性醌类,常见于动植物和微生物的细胞内膜中,是天然的抗氧化剂和细胞代谢激活剂。该研究以1株具有CoQ10生产能力的类球红细菌(Rhodobacter sphaeroides)为出发菌株,其在摇瓶水平上初始CoQ10产量为136.47 mg/L,通过常压室温等离子体(atmospheric and room temperature plasma, ARTP)诱变和多孔板高通量筛选相结合的方法,确定了ARTP诱变处理的时间为120 s,致死率为90%。在孔板初筛阶段,从5 184株菌的突变菌库采用高通量筛选方法获得8株高产菌株,经过复筛得到1株CoQ10的高产突变菌株7p22,其摇瓶水平CoQ10产量达到158.44 mg/L,相比出发菌株提高了16.1%。验证其遗传稳定性后,进一步优化了碳源、前体物质、金属离子等,提高了辅酶Q10的产量。最后,在5 L发酵罐上对突变菌株进行培养条件的优化,CoQ10产量提高至1 640.6 mg/L。该研究所使用的结合筛选因子和Craven test检测法的高通量筛选方法可以实现简单、高效...