一株丁二酮高产菌株的鉴定及发酵条件优化

天然丁二酮是一种香精载体,为提高其产量,有必要筛选出丁二酮高产菌株及其最佳发酵条件.从保存的一株丁二酮高产菌株6-1(2)出发,通过分子生物学方法对其进行鉴定,采用单因素试验和最佳单因素组合实验的方法筛选出该菌株的最佳发酵条件.结果表明,实验菌株6-1(2)与植物乳杆菌Lactobacillus plantarum的AB326301.1序列同源性最高,初步鉴定为植物乳杆菌;发酵条件经过优化后,丁二酮的产量从初始的38 mg/L提高到167.56 mg/L,提高了340.95%,产量提高显著.优化发酵条件为:牛肉膏10 g/L,柠檬酸氢二胺2 g/L,酵母浸粉15 g/L,磷酸氢二钾2 g/L,乙酸钠2 g/L,葡萄糖20 g/L,蛋白胨30 g/L,吐温-80 1 mL/L,初始pH 6.2-6.4,接种量1.5%,37℃静置培养10 h;该发酵条件下的丁二酮产量提高显著.本研究对丁二酮的工业化生产具有一定的参考价值.     

紫外诱变选育高产丁二酮乳酸菌株及其低成本发酵优化

2,3-丁二酮是一种常用的安全食品添加剂,为了提高微生物发酵中菌株的丁二酮产量,从泡菜水样品中分离筛选出一株野生型高产丁二酮菌株,并进行紫外诱变选育以及发酵条件优化.筛选获得高产丁二酮野生型乳酸菌株(1)-2,产量为67.02 mg/L,经16S r DNA分子鉴定为植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum).紫外诱变获得高产丁二酮突变株U13,产量为127.88 mg/L.对突变前后菌株几种丁二酮代谢相关酶酶活变化的比较结果显示,突变株丁二酮产量的提高是因为乳酸脱氢酶减少及乙酰乳酸合成酶增加.正交实验优化突变株U13的最佳丁二酮发酵条件为接种量3%,初始pH 6.6,葡萄糖30 g/L,组合氮源(蛋白胨:酵母粉:牛肉膏=2:1:2)20 g/L,柠檬酸氢二铵3 g/L,乙酸钠2 g/L,吐温-80 1 m L/L,K_2HPO_4 2 g/L,Mg~(2+)2 mmol/L,Mn~(2+)0.7 mmol/L,Cu~(2+)2 mmol/L,温度为37℃.利用廉价碳氮源淀粉及小麦麸皮替代原有碳氮源,淀粉替代率不超过20%、小麦麸皮替代率不超过40%时,丁二酮产量降幅比较低.本研究通过诱变选育和发酵条件优化,提高了菌株丁二酮产量,并通过廉价碳氮源替换降低了成本,可为丁二酮的微生物工业发酵提供参考.     

一株高产灵菌红素粘质沙雷氏菌的分离鉴定及发酵条件优化

天然色素化合物灵菌红素具有抑制细菌、真菌、疟疾、藻类和肿瘤细胞等多种生物学活性;微生物发酵是生产灵菌红素的主要方法.从自然界植物根际土壤中分离得到一株产红色色素的菌株JWR.经形态和16S rDNA测序鉴定,菌株JWR为粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens);用酸性甲醇溶液对发酵液萃取得到灵菌红素的粗提物,利用FT-IR和HPLC鉴定产物,证明该菌株所产红色色素为灵菌红素.通过单因素以及正交优化法对发酵培养基组分和发酵条件进行优化,确定发酵培养基配方为橄榄油1.5 mL/L、牛肉膏0.5 g/L、硫酸镁0.25 g/L,发酵条件为接种量2.5%(V/V)、温度28℃、转速220 r/min.优化后灵菌红素产量提高到6.011 g/L,相比优化前提高了2.845倍.本研究分离粘质沙雷氏菌并优化发酵条件,提高了灵菌红素产量,可为其工业化生产奠定基础.     

响应面法优化短小芽孢杆菌SCU11发酵产碱性蛋白酶及关键基因转录调控分析

短小芽孢杆菌SCU11是由本实验室分离的野生菌株BA06经过复合诱变得到的高产碱性蛋白酶菌株,其产生的碱性蛋白酶在生物制革领域具有很好的应用前景.为进一步提高菌株的蛋白酶产量以满足工业生产的需求,本研究利用响应面法优化菌株产蛋白酶的发酵培养条件.在前期单因素实验的基础上,通过Plackett-Burman实验设计、最陡爬坡实验、中心组合实验设计和响应面分析法,确定了当黄豆粉浓度为53.3 g/L,温度为28℃时,蛋白酶活有理论最大值8 884 U/m L,摇瓶实验验证酶活为8 768 U/m L,达到理论预测值的98.7%,比优化前酶活提高了1倍.为了解优化的发酵条件使蛋白酶产量提高的原因,对短小芽孢杆菌蛋白酶基因及相关调控基因的表达情况进行荧光定量PCR分析,结果显示,优化后5种蛋白酶基因的表达量上调,1种表达量下调;5种蛋白酶相关调控基因的表达量增加,2种基因表达量降低.推测是优化后正调控基因表达量的增加以及负调控基因表达量的降低,促进了短小芽孢杆菌胞外蛋白酶基因转录水平的提高,导致胞外蛋白酶产量增加.本研究采用响应面法优化发酵条件使短小芽孢杆菌SCU11蛋白酶产量提高了1倍,并为阐明其表达调控机制奠定了基础.(图3表7参24)     

BP神经网络和遗传算法在乳酸菌发酵参数优化中的应用

为提高短乳杆菌L2菌株γ-氨基丁酸(GABA)的产量,建立了一个反映因素与产量之间的非线性关系模型.运用Plackett-Burman设计、中心组合试验设计(CCD)对MRS培养基组成和培养条件进行了优化,筛选出4个影响发酵的关键因素:蛋白胨、葡萄糖、谷氨酸钠、初始pH.在此基础上,采用误差反向传播神经网络(BPN)和遗传算法(GA)确定了4个关键因素的适宜参数:蛋白胨21.185 g/L,葡萄糖3.857 g/L,谷氨酸钠48.948 g/L,初始pH 4.05.最终使短乳杆菌L2菌株的GABA产量达到了27.765 g/L,比原始MRS培养基的13.452 g/L提高了106.4%.研究表明利用BPN-GA方法进行发酵条件优化是一种行之有效的途径.     

产酯酶B1海洋枯草芽孢杆菌C5发酵条件优化

为提高芽孢杆菌C5产酯酶B1的能力,采用响应面法对其发酵条件进行优化.首先通过单因素实验筛选氮源、碳源、接种量、起始发酵pH、装液量、发酵温度和转速这7个因素,当酶活达到最高值时,各单因素的值分别为氮源玉米浆30 mL/L,碳源麦芽糖35 g/L,接种量4%(φ),起始pH 7.0,装液量15 mL,培养温度36℃,转速在实验室现有条件下最高选择220 r/min;再通过Plackett-Burman(PB)设计法,评价了这7个因素对酯酶B1产量影响的大小,确定氮源玉米浆的浓度、发酵起始pH和发酵温度为酯酶产生的3个主要影响因素;利用中心组合设计(CCD)及SAS软件分析获得了主要因素的最优条件,即玉米浆浓度28.70 mL/L,起始发酵pH为7.10,发酵温度为35.8℃.预测最高酶活力为139.18U/mL,实验最终酶活达到138.40 U/mL,与原发酵条件相比提高了228.15%.其实验值与预测值基本相符,说明预测模型可应用于酯酶发酵条件的优化.     

丙酮丁醇梭菌Clostridium acetobutylicum CICC 8012发酵鲜芭蕉芋生产丁醇

以非粮作物鲜芭蕉芋为原料,利用丙酮丁醇梭菌CICC 8012发酵生产丁醇.采用中心组合实验设计(CCD),选取初始糖浓度、接种量、中性红、乙酸铵为主要影响因素,对发酵条件进行优化,建立以丁醇产量为响应值的数学模型.对模型求解得到:初始糖浓度62.25 g/L,接种量为10.81%,中性红为0.81 g/L,乙酸铵为0.574 g/L时,最终的丁醇产量为12.83 g/L.验证实验结果表明,在优化条件下丁醇发酵产量达到12.73 g/L,证明了模型可靠有效.     

硫酸亚铁促进Clostridium acetobutylicum CICC8012发酵麦秸水解液产丁醇

以农业废弃物小麦秸秆为原料,以丙酮丁醇梭菌Clostridium acetobutylicum CICC8012为菌种发酵生产丁醇,通过单因素实验和响应面优化设计,优选硫酸亚铁对水解液进行原位脱毒,优化发酵条件并验证硫酸亚铁原位脱毒对多种原料的有效性.发酵结果显示,伴随发酵液残糖含量显著降低,溶剂产量和发酵效率显著提高.在优化的发酵条件下,初始糖浓度50 g/L,接种量10.5%,硫酸亚铁浓度0.4 g/L,发酵65 h,丁醇产量达7.33 g/L,与优化模型预测值7.35 g/L的最大丁醇产量接近,模型显著可靠.对稻草水解液、玉米秸秆水解液、标准水解液等不同原料进行处理,丁醇和总溶剂产量均得到显著提高.本研究证明直接添加硫酸亚铁对秸秆水解液丁醇发酵具有显著促进作用,很可能是一种潜在的通用增效方法,可用于提高纤维素水解液的丁醇产量.     

Optimization of fermentation process for saccharide-based fuel ethanol production by Saccharomyces cerevisiae北大核心CSCD

低成本、高产量的发酵工艺是实现工业燃料乙醇经济和环境可持续性发展的关键,而不需要重大基础设施改变或投资.为获得酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)利用甘蔗汁生产燃料乙醇的最优发酵工艺,首先对发酵体系的氮源条件进行优化;其次,在单因素试验基础上,以乙醇发酵效率为响应值,通过响应面法优化了燃料乙醇生产的发酵工艺,并通过补料分批发酵技术在5 L发酵罐中进一步扩大发酵.结果表明,以1.0 g/L (NH)SO和1.0 g/L酵母提取物作为发酵氮源,乙醇发酵效率和得率比对照可分别提高4.80%、9.52%.响应面设计获得的最优发酵工艺条件为在总糖浓度150.0 g/L、酵母提取物浓度2.0 g/L、发酵时间24.5 h、pH5.0、外加(NH)SO浓度1.0 g/L时,最高乙醇发酵效率可达到91.10%.在5 L发酵罐中采用补料分批发酵获得的最终乙醇浓度达到98.92 g/L,发酵效率维持在90%左右,乙醇生产力最高达到3.81 g Lh.本研究获得了一种高效生产糖质燃料乙醇的发酵工艺,可在较短时间内获得高浓度乙醇且消耗较少氮源,结果可为进一步利用糖质原料进行高效生物炼制及高浓度乙醇工业化生产提供参考.(图6表6参30)     

深黄伞形霉(Umbelopsis isabellina)华2-1产油发酵培养条件优化

为开发微生物油脂资源,从富含油脂的土样中分离获得一株产油脂微生物——深黄伞形霉(Umbelopsisisabellina)华2-1,油脂含量达48.60%.采用单因素和正交实验方法,对深黄伞形霉华2-1的发酵培养条件进行优化研究.优化的培养条件为:葡萄糖100 g/L,酵母粉3 g/L,接种量为20%,初始pH值为5.0～6.0,MgSO4.7H2O和KH2PO4的添加浓度分别为0.5 g/L和2 g/L,培养温度为31℃,最佳发酵培养时间为168 h.华2-1在优化发酵条件下可获得菌体生物量、油脂产量和油脂含量分别为45.86 g/L、24.47 g/L和59.53%,较优化前分别提高了21.48%、33.42%和22.49%.因此,深黄伞形霉华2-1作为微生物油脂生产的新资源具有广阔的应用前景.     

产油真菌利用甘薯淀粉酶解液发酵的条件优化

为降低微生物发酵产油成本,利用甘薯粗淀粉酶解液为碳源,从10株产油霉菌中筛选到一株能充分利用淀粉糖的菌株(S-1),经5.8S r DNA-ITS序列分析,鉴定其为赤霉菌(Gibberella intermedia).菌株S-1的初始生物量、油脂含量和油脂产量分别是15.82 g/L、31.51%和4.98 g/L,通过单因素和正交试验优化后分别提高到21.67 g/L、39.87%和8.64g/L,与优化前相比,油脂产量提高了73.5%.利用GC-MS对发酵提取后的油脂进行脂肪酸成分分析,主要成分为棕榈酸、亚油酸、油酸,与植物油相似,适用于生物柴油的生产,且不饱和脂肪酸含量达89.82%.本研究表明菌株S-1能够充分利用淀粉酶解液发酵产油,是生物柴油生产的潜在菌株.     

克拉维酸产生菌的改良

以棒状链霉菌Streptomyces clavu ligerus CCRC11518(ATCC27064)为出发菌,采用经典物理和化学诱变剂处理的微生物诱变技术和现代理性化筛选方法,通过筛选抗终产物结构类似物舒巴坦钠突变株、底物甘油耐受型突变株、营养缺陷型突变株,最后获得一株克拉维酸高产突变株III50,其克拉维酸摇瓶产量为834.8μg/mL,是出发菌株产量(282.4μg/mL)的2.96倍.该突变株在琼脂斜面培养基上连续转接传代8代,克拉维酸的产量保持稳定.表12参8     

掷孢酵母发酵红薯淀粉酶解液产油脂的发酵条件

利用红薯粗淀粉酶解液为碳源进行发酵试验,采用单因素和均匀设计试验法对掷孢酵母(Sporobolomycesreseus)As.2.618产油脂发酵培养基进行优化,考察了二价金属离子及氧载体正十二烷对油脂积累的影响,以期降低微生物油脂的成本.通过DPS软件对均匀设计结果进行二次逐步回归分析,给出最优培养基组成(pig L-1)为:还原糖103、酵母粉11.5、磷酸二氢钾0.3、硫酸镁0.15.在此基础上添加30 mg L-1硫酸锌.在发酵条件为初始pH 6.0,发酵温度27℃转速200 r/min,装液量30 mL/500 mL三角瓶,接种量5%,发酵24 h后添加2 g L-1 CaCO3和2%(V/V正十二烷,振荡培养至168 h,菌体生物量高达35.05 g L-1,油脂产量也达到11.98 g L-1.     

整合型1,2,4-丁三醇重组菌的构建及共底物发酵

1,2,4-丁三醇(BT)是重要的非天然化学品.为构建整合型BT合成菌株,实现木糖、葡萄糖共底物发酵,通过Red系统将基因kivD、xdh整合至Escherichiacoli基因组的xylAB、ptsHI、ptsG、crr位点,并尝试利用廉价的乳糖替代IPTG诱导外源基因表达.结果表明,外源基因整合至xylAB后,生物量降低28%,重组菌Escherichia coli W021能够代谢木糖合成BT(0.7 g/L).添加葡萄糖为共底物后生物量提高36%,但碳分解代谢抑制作用限制了木糖的代谢,BT产量降低14%.进一步整合代谢基因至不同的磷酸转移酶系统(PTS)位点,其中整合至ptsHI基因后BT产量最高,达到2.8g/L.优化葡萄糖、木糖浓度后,BT产量提高到3.6 g/L,进一步优化乳糖替代IPTG后BT产量为1.9 g/L.最后经发酵罐优化,BT产量提高到3.9 g/L,转化率为0.3 mol/mol.本研究构建整合型菌株在廉价乳糖诱导下共底物发酵合成BT,为后续放大研究提供了借鉴.(图6表2参24)     

BP神经网络和遗传算法在红发夫酵母培养基优化中的应用

运用BP神经网络对红发夫酵母发酵培养基组成进行建模以及预测类胡萝卜素产量,在此基础上采用遗传算法对此模型进行全局寻优.得到红发夫酵母发酵培养基的最佳配比为:蔗糖45.10 g/L,硫酸铵3.00 g/L,硫酸镁0.80 g/L,磷酸二氢钾1.40 g/L,酵母膏3.00 g/L,氯化钙0.50 g/L,类胡萝卜素产量达到8.20 mg/L,干重达到9.47 g/L.采用上述方法优化后的培养基使类胡萝卜素的产量比起始培养基提高了95.90%.     

杀藻菌株Deinococcus sp.Y35的培养基优化及其杀藻菌剂的制备

塔玛亚历山大藻是一种有毒甲藻,常引发赤潮,严重威胁海洋生态的稳定和人类的健康,细菌Deinococcus sp.Y35表现出对塔玛亚历山大藻的杀藻能力,为促进菌株生长、提高杀藻效果并方便保存,对菌株Y35培养条件进行优化,并制备杀藻菌剂.分别确定菌株Y35生长所需的最适氮源、碳源、无机盐,并确定其最适添加量,在优化的基础上完成冻干菌剂的制备和最适冻干保护剂的选择.菌株Y35生长的最适培养基成分是1.0%胰蛋白胨和0.5%酵母粉.在优化的培养基基础上对菌株Y35进行发酵,培养至对数期后进行冷冻干燥,制备杀藻菌剂.菌株Y35需要添加1.0 g/L的蔗糖作为冻干保护剂.杀藻菌剂的杀藻添加量为2.0 mg/m L.本研究可为下一步将细菌应用于赤潮治理奠定基础.     

葡萄糖和氯化钠对米根霉利用鱼粉废水生成乳酸的影响

米根霉AS3.254能较好地利用鱼粉废水生成乳酸,葡萄糖和NaCl浓度能显著影响该过程的实现.当外加葡萄糖浓度为30g/L,发酵培养72h的鱼粉废水CODCr去除率为97.8%,乳酸产量为19.4g/L,生物量为3.56g/L;最大乳酸得率和总氮去除率分别为0.66g/g和55%.鱼粉废水中较高浓度氯化钠(NaCl)能抑制菌株生长,降低其产酸能力.当NaCl浓度大于12g/L时,菌株生长被完全抑制,产酸能力完全丧失.图4表1参20     

米曲霉产氨基酰化酶条件及部分酶学性质研究

通过单因子和多因子摇瓶正交优化试验,确定了米曲霉液态发酵产氨基酰化酶的最佳发酵条件.优化发酵培养基组成(ρ/gL-1):葡萄糖40,蔗糖10,可溶性淀粉20,蛋白胨2.5,马铃薯液1000mL,pH自然.培养基装量50mL/250mL三角瓶,接种量4%.培养温度30℃,转速100r/min,发酵时间42h.每50mL培养物的总酶活由优化前的2627u提高到7338u,是优化前的2.79倍.研究了米曲霉氨基酰化酶的部分酶学性质.该酶催化反应的最适pH为7.0,最适温度为40℃,低浓度的Co2 (5×10-4mol/L)对酶活激活作用显著.图5表2参8     

一株花生根际促生菌的筛选鉴定及其特性研究

从种植于红壤的健康花生根际,筛选出7株产吲哚乙酸(IAA)菌株,以菌株L4合成IAA的能力最强,培养24 h时IAA产生量达135.67μg.mL-1,且菌株L4具有解磷能力。通过菌株形态、生理生化特征测定及16SrRNA的保守序列鉴定,初步确定菌株L4为氯酚节杆菌(Arthrobacter chlorophenolicus),其GenBank登录号为JQ277449。菌株生长和发酵条件试验结果表明,菌株L4生长和分泌IAA的最佳培养条件并不完全一致,既能促进菌株生长又能合成较多IAA的最佳培养条件是初始pH值为5～6,装液量为50 mL.(250 mL)-1,30℃摇床培养24 h;促进菌株生长的最佳碳、氮源分别是麦芽糖和酵母粉,而提高IAA产生量的最佳碳源是木糖,最佳氮源是KNO3。     

一株高产油酵母的筛选、鉴定及发酵条件优化

为丰富高产油菌株资源和促进微生物油脂工业化进程,通过苏丹黑B染色对土壤样品进行产油菌种筛选,并进一步优化发酵条件以提高产油率.共筛选到33株产油真菌,其中17株油脂含量较高,菌株ZWY-2-3油脂含量最高,经5.8S rDNA-ITS序列分析,将其鉴定为隐球酵母(Cryptococcus podzolicus).菌株ZWY-2-3初始生物量、油脂产量和油脂含量分别为7.786 g/L、4.331 g/L和55.63%,经单因素和正交试验优化后分别提高到13.670 g/L、8.311 g/L和60.80%.利用GC-M S对油脂进行脂肪酸成分分析,主要成分为棕榈酸、软脂酸、硬脂酸和油酸,与植物油相似,适合用于生产生物柴油.本研究表明,菌株ZWY-2-3是生产生物柴油的潜在菌株,具有广阔的应用前景.图6表5参26