Actinobacillus succinogenes NJ113产丁二酸过程中的底物抑制

研究了分批发酵条件下以葡萄糖作为底物对产琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogene NJ113发酵产丁二酸的影响,针对底物抑制现象,采用变速补料控制发酵罐中葡萄糖浓度的补料分批发酵方式.结果表明,发酵过程中将葡萄糖浓度控制在0～10g/L,以Na2CO3作为pH调节剂,经26h厌氧发酵,消耗60g/L葡萄糖,能积累45.27g/L丁二酸,得率达75.45%,生产强度为1.74g/(L·h),比初始葡萄糖浓度为60g/L的分批发酵周期缩短了18.75%,主产物丁二酸的得率和生产强度分别提高了5.44%和31.82%,副产物甲酸产量有所减少,而乙酸产量有所增加.通过代谢网络中相关酶的酶活分析,解析了补料过程中主副产物的分布.     

氧化还原电位调控对Actinobacillus succinogenes厌氧发酵产丁二酸的影响

对氧化还原电位调控在产琥珀酸放线杆菌厌氧发酵产丁二酸过程中的代谢产物分布的作用进行了研究。在血清瓶发酵培养过程中,筛选出对发酵过程无抑制作用的氧化剂铁氰化钾和还原剂二硫苏糖醇作为发酵体系的氧化还原电位调节剂。在3L发酵罐上利用铁氰化钾和二硫苏糖醇调节发酵体系氧化还原电位值在-100～-450mV,结果表明-350mV为菌体生长和产丁二酸的最佳电位,丁二酸生产速率由0.75g/(L·h)提高到1.18g/(L·h),产物丁二酸与副产物乙酸的质量浓度比由2.5提高到3.9。     

利用纤维素水解液中的纤维二糖发酵制备丁二酸

纤维素水解液中通常含有纤维二糖。本文考察了Actinobacillus succinogenes NJ113利用纤维二糖厌氧发酵生产丁二酸的能力,并利用蔗渣纤维素制备纤维二糖作为碳源用于厌氧发酵生产丁二酸。3 L发酵罐厌氧发酵结果显示：以35 g/L纤维二糖作为碳源发酵制备丁二酸,其产量为23.51 g/L,产率达到67.17%;用含有18 g/L纤维二糖和17 g/L其它糖类的蔗渣纤维素水解液作为碳源发酵制备丁二酸,丁二酸的产量和产率分别为20.00 g/L和64.73%。因此,Actinobacillus succinogenes NJ113具有较强的利用纤维二糖生产丁二酸的能力,而且利用废弃的纤维素制备纤维二糖作为碳源高效、经济地发酵制备丁二酸具有可行性。     

高产量、高分子量透明质酸发酵条件优化

研究了搅拌转速、初糖浓度及通气量对兽疫链球菌Streptococcus zooepidemicus WSH24发酵生产透明质酸的影响. 研究结果表明,搅拌转速对透明质酸产量及分子量影响很大,搅拌转速为200 r/min时透明质酸产量达到5.3 g/L,平均分子量达到1.88×106 Da,产率系数为0.13 g/g;初始葡萄糖浓度为65.8 g/L时有利于透明质酸的生产,产量达5.9 g/L,平均分子量达1.90×106 Da,产率系数为0.17 g/g;通气量对透明质酸的发酵也有较大影响,通气量为1.2 L/(min·L)时透明质酸的产量及分子量均高于0.5 L/(min·L)时的发酵结果.     

响应面优化木糖母液发酵产丁二酸

对产琥珀酸放线杆菌（Actinobacillus succinogenes）GXAS137发酵木糖母液产丁二酸的条件进行优化,探索利用废弃木糖母液合成高附加值丁二酸的可行性。首先通过Plackett-Burman实验设计确定影响丁二酸发酵的显著因子,然后采用最陡爬坡实验逼近各显著因子的最优区域,最后通过Box-Behnken实验设计确定各因子的最优水平。影响木糖母液发酵产丁二酸的显著因子及最优浓度分别为：木糖母液64.75g/L,玉米浆15.71g/L,碱式碳酸镁46.39g/L。在最优发酵培养条件下,丁二酸产量达到38.01g/L,比优化前提高了20.7%,与模型预测值（38.41g/L）基本一致。进一步利用2L发酵罐进行了放大试验,发酵72h丁二酸产量最高可达48.99g/L,较厌氧瓶发酵提高了28.9%,丁二酸得率为0.80g/g总糖。结果表明,采用低价的木糖母液作为底物,可为未来低成本、高效产业化生产丁二酸奠定坚实的基础。     

利用改性载体固定化大肠杆菌产琥珀酸

采用聚乙烯亚胺（PEI）和戊二醛（GA）对棉纤维进行化学修饰,考察了载体改性后的性能和对固定化大肠杆菌产丁二酸的影响。改性后的载体菌体负载量提高了63.3%。培养基中葡萄糖浓度为43 g/L,添加改性棉纤维120g/L,以MgCO3为缓冲盐,进行批式发酵,丁二酸浓度达到29.6 g/L,比未改性棉纤维提高了11.3%;丁二酸收率达到70.5%,比改性前提高了7.5%;丁二酸生产速率达到0.66 g/(L?h), 比改性前提高了37.5% 。对该材料固载的细胞进行7次重复批式发酵,丁二酸产量、转化率和产率没有下降趋势,具有一定的重复稳定性。     

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。     

燃煤流化床飞灰湿法固定CO_2反应特性研究

为处理流化床飞灰堆积,实现CO2减排,以燃煤循环流化床锅炉飞灰作为碳捕获剂,进行了流化床飞灰湿法碳酸化固定CO2的工艺参数研究。考察了反应压力、反应温度、液固比对CO2单位固定量(每克飞灰固定的CO2质量)的影响。结果表明:反应压力只影响反应速率,不影响CO2固定量;在液固比为1 m L/g、反应温度70℃、反应压力3 MPa、搅拌转速300 r/min的条件下,最大CO2单位固定量为0.0879 g/g,碳酸化效率高达49.58%,说明流化床飞灰有较强的CO2固定能力。因此,利用燃煤流化床飞灰固定CO2具有一定的应用价值。     

基于pH恒定补糖的生物基丁二酸高效合成

通过确定大肠杆菌在产酸阶段葡萄糖的消耗与酸中和剂碳酸钠间的定量关系,建立了pH恒定补糖策略,能够使发酵液中葡萄糖浓度维持在稳定水平。与分批发酵相比,采用pH恒定补糖且维持葡萄糖浓度在较低的水平对丁二酸的积累是有利的。当采用pH恒定补糖并控制葡萄糖质量浓度在10g/L时,丁二酸最终质量浓度达到57.6 g/L,生产效率达到1.15 g/(L·h)。     

A.Succinogenes甘油利用突变株对丁二酸合成的影响

以葡萄糖为碳源利用A.succinogenes NJ113生产丁二酸时,副产物乙酸较高,以A.succinogenes NJ113为出发菌,采用自主设计的连续培养装置,筛选利用甘油能力较强的突变株,最终筛选到一株能够利用浓度达到8 g/L的突变株ZH99。此突变株在以27 g/L的葡萄糖和3 g/L的甘油作为碳源,在血清瓶中厌氧发酵,丁二酸产量达到20.81g/L,比原始菌株的丁二酸的量20.42 g/L稍有提高,同时,乙酸的浓度仅为5.02 g/L,比对照组(仅以葡萄糖为碳源)降低了38.25%,效果显著。     

利用甘蔗糖蜜与乳清粉厌氧发酵制备丁二酸

考察了甘蔗糖蜜替代昂贵葡萄糖作为碳源、乳清粉替代大部分酵母粉作为氮源时,对Actinobacillus succinogenes NJ113发酵制备丁二酸的影响。血清瓶厌氧发酵结果证明：对照组（葡萄糖40 g/L）的丁二酸产量仅为26.04 g/L,而以糖蜜为碳源（以总还原糖计算为40 g/L）时,丁二酸产量达到28.27 g/L,比对照组提高了8.57%。在此基础上,以糖蜜为碳源、不同比例的乳清粉和酵母粉为混合氮源发酵制备丁二酸,确定了糖蜜、乳清粉和酵母粉混合使用的最佳浓度分别为40 g/L、8 g/L和2 g/L。此外,在3 L发酵罐体系中添加40 g/L糖蜜、8 g/L乳清粉、2 g/L酵母粉进行发酵试验,实验结果证明：丁二酸终产量达到32.54 g/L,收率达到81.13%。     

厌氧发酵生产丁二酸的动力学模型

引言 丁二酸(butanedioic acid)作为C4平台化合物,可以用于合成1,4-丁二醇、四氢呋喃、γ-丁内酯等有机化学品以及聚丁二酸丁二醇酯(PBS)类生物可降解材料,被美国能源部认为是未来12种最有价值的生物炼制产品之一.     

放线杆菌生产琥珀酸的研究进展

总结了利用放线杆菌生产琥珀酸时,提高琥珀酸产量的主要途径,并介绍了琥珀酸的回收方法。     

利用甘蔗糖蜜半连续发酵生产琥珀酸

为获得较高的琥珀酸发酵产量和生产强度,对Actinobacillus succinogenes CGMCC1593两级双流半连续发酵甘蔗糖蜜生产琥珀酸的工艺过程进行了研究。通过对一级罐初始总糖浓度、补加培养基体积分数和批次发酵时间等发酵条件的优化,琥珀酸产量较分批发酵36 h提高12.9％,与补料分批发酵结果接近;生产强度较分批发酵和补料分批发酵分别提高111％和114%。     

氧化还原电位调控对产琥珀酸放线杆菌代谢通量分布的影响

利用代谢通量分析方法分析了氧化还原电位调控对产琥珀酸放线杆菌NJ113厌氧发酵产丁二酸过程的影响。结果表明,氧化还原电位调控可以改变HMP与EMP途径的代谢通量,从而影响胞内NADH/NAD⁺。在菌体最适氧化还原电位（-350 mV）条件下, HMP途径与EMP途径的通量比由43.6∶56.2提高至63.2∶36.5,间接合成更多的NADH,解决了丁二酸合成过程中还原力不足的矛盾,整个发酵过程中胞内NADH/NAD⁺比值有明显提高,发酵初期NADH/NAD⁺比值由2.19提高至8.73。最终丁二酸代谢通量从114.5 mmol.(g DCW)^-1.h^-1增至129.3 mmol.(g DCW)^-1.h^-1,副产物乙酸、甲酸的代谢通量分别降低30.6%、30.2%;丁二酸收率由75.46%提高至89.34%,生产强度达到1.18 g.L^-1.h^-1。     

代谢工程改造大肠杆菌生产琥珀酸

琥珀酸（succinic acid）是一种四碳二羧酸,在食品、医药、塑料和化工行业具有广泛的应用。目前,微生物法生产琥珀酸存在得率低、生产强度低、副产物积累等问题。为此,本研究通过复合诱变（ARTP和⁶⁰Co-γ射线）筛选到一株耐高渗突变株FMME-N-2,其琥珀酸得率为0.70g/g葡萄糖,同时积累18.8g/L乳酸、7.6g/L甲酸和17.3g/L乙酸。为了提高琥珀酸得率,通过敲除乳酸脱氢酶基因（ldhA）、丙酮酸-甲酸裂解酶-甲酸转运蛋白基因（pflB-focA）、磷酸转乙酰基基因（pta）、丙酸激酶基因（tdcD）和a-酮丁酸甲酸酯裂解酶基因（tdcE）,阻断冗余代谢支路减少副产物积累,获得工程菌株FMME-N-13,琥珀酸得率增加到0.92g/g葡萄糖,同时副产物大大降低,积累0.6g/L乳酸、3.6g/L甲酸和12.3g/L乙酸。同时,通过调控RBS强度组合优化来自产琥珀酸放线杆菌的磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶基因（AsPCK）和来自博伊丁假丝酵母的甲酸脱氢酶基因（CbFDH）的表达水平,调控胞内ATP和NADH的浓度,最优工程菌FMME-N-26（FMME-N-13-L-AsPCK-L-CbFDH）的琥珀酸得率增加至1.04g/g葡萄糖,仅积累5.5g/L乙酸;最终,对厌氧阶段葡萄糖浓度进行优化,当葡萄糖浓度控制在0~5g/L时,菌株FMME-N-26的琥珀酸浓度增加到111.9g/L,得率为1.11g/g葡萄糖（理论产率的99%）,生产强度为1.76g/L/h,为琥珀酸的工业化生产奠定了良好的基础。     

大肠杆菌FMME-N-26生产琥珀酸的发酵条件优化和放大

琥珀酸(Succinic acid)被认为是白色生物技术生产的最具潜力的大宗化学品之一,在工业上具有广泛的应用。微生物发酵生产琥珀酸具有环境友好和可持续发展等优点,展现出良好的发展前景,但是存在得率低、副产物积累、生产强度低等问题。为了实现琥珀酸的高效生产,在3.6 L发酵罐中对E. coli FMME-N-26生产琥珀酸发酵条件和补料策略进行了优化,建立了好氧-厌氧两阶段发酵工艺,最终确定发酵策略为：有氧发酵8 h后转为厌氧发酵,MgCO3为pH中和剂,发酵72 h补加抗渗透压保护剂2 mmol/L甜菜碱,厌氧阶段控制葡萄糖浓度为1~5 g/L。优化后发酵72 h,琥珀酸的产量和厌氧阶段得率分别达到119.2 g/L和1.08 g/g葡萄糖(理论得率97%),分别比优化前提高了46.4%和4.8%,副产物乙酸和乳酸仅积累2.37和0.94 g/L,分别比优化前降低了37.1%和49.2%。在1000 L发酵罐中实现中试放大生产,E. coli FMME-N-26生产琥珀酸的产量、得率和生产强度在国内外属于领先水平,为琥珀酸工业化生产奠定了坚实的基础,同时也为其他高价值化学品的生产提供了借鉴。     

通气量和CO2对Nannochloropsis sp.在光生物反应器中的生长和EPA合成的影响

实验考察了在气升式内环流光生物反应器中通气量、CO2含量等培养条件对Nannochloropsis sp.生长及EPA合成的影响. 结果表明,在气升式内环流光生物反应器中培养,Nannochloropsis sp.生长速率显著提高. 培养8 d,Nannochloropsis sp.生物量(干重)可达857 mg/L,是摇床培养的2倍. 在一定范围内,Nannochloropsis sp.的生长速率随通气量的增加而增加,在本实验条件下,通气量为500 mL/min时生长最快,而过高的通气量则对Nannochloropsis sp.的生长没有促进作用. 在通气中含1%(j) CO2时,可加快藻细胞的生长,最大生长速率可达不配加CO2时的1.8倍. 通气量和CO2对Nannochloropsis sp.细胞内总脂肪酸及EPA的积累有显著影响. 在通气量为400 mL/min及CO2含量为0.5%时,培养液中EPA产量最高,达到39.0 mg/L.