超滤-醇沉法从发酵液中提取1,3-丙二醇

介绍了超滤-醇沉法从发酵液中提取1,3-丙二醇的工艺. 首先通过超滤,菌体、蛋白质与核酸的去除率分别为99%, 89.4%和69%,然后减压蒸馏浓缩发酵液,最后醇沉浓缩发酵液,使核酸、多糖、蛋白质等生物大分子沉淀析出,乙醇加入量与浓缩发酵液的最佳体积比为2:1. 粗产品中总蛋白和核酸与发酵液相比分别减少了97.4%和89.7%,溶液电导率下降了95.8%. 考察了浓缩发酵液的含水量、pH值对醇沉效果的影响及醇沉对发酵液中蛋白质、核酸、盐类的去除效果. 实验发现,浓缩液含水量越低,醇沉效果越好,浓缩发酵液含水量为1%时,杂质去除率达90%以上. 浓缩发酵液pH值的变化对醇沉杂质的影响较大,强碱和强酸条件下可沉淀出大量杂质.     

1,3-丙二醇分批发酵动力学模型

在分批发酵中，研究了Klebsiella pneumoniae的生长、底物甘油消耗及1,3-丙二醇的产生特性. 基于Logistic方程和Luedeking-Piret方程，得到了描述1,3-丙二醇分批发酵过程的动力学模型及模型参数，该组模型能很好地拟合发酵过程，并在初始甘油浓度变化较大的范围内表现出很好的适用性. 同时，所建立的模型也基本反映了Klebsiella pneumoniae分批发酵过程的动力学特征. 基于分批发酵动力学模型，提出了以甘油为单一碳源时的底物流加策略，通过与其他流加策略条件下的发酵对比实验表明，通过基于动力学模型的流加策略可获得更高的1,3-丙二醇浓度及生产强度.     

重组甲酸脱氢酶对合成1,3-丙二醇的促进作用

在甘油厌氧发酵生产1,3-丙二醇的过程中,需要消耗还原当量NADH,NADH的有效供给决定了1,3-丙二醇的产量。本文从Candida boidinii基因组DNA中克隆了甲酸脱氢酶基因fdh,利用表达质粒pMAL TM-p2X-fdh转化到1,3-丙二醇生产菌 Klebsiella pneumoniae YMU2中,构建了具有NADH再生系统的重组菌Klebsiella pneumoniae F-1。在5 L发酵罐培养中,F-1合成1,3-丙二醇浓度和产率分别达到了78. 6 g·L-1 和1. 33 g·L-1·h-1,分别比YMU2提高了12. 5% 和41. 2%。根据F-1和YMU2菌株的主要代谢产物的生成情况比较了二者的代谢流分布。     

微胶囊固定化克雷伯杆菌生产1,3-丙二醇

引 言 1,3-丙二醇是合成新型聚酯材料--聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)的单体.近几年,利用微生物法生产1,3-丙二醇已成为国内外研究的热点[1-2].     

克雷伯氏杆菌发酵生产1,3-丙二醇的代谢通量优化分析

以克雷伯氏杆菌为研究对象,系统研究了1,3-丙二醇厌氧和微氧代谢途径.采用代谢通量分析法建立了代谢通量平衡模型,通过线性规划对1,3-丙二醇厌氧和微氧发酵进行了优化分析,得到其最优代谢通量分布和最大理论得率,并分析了比生长速率、底物浓度以及乙醇生成速率、氧气消耗速率、呼吸商对1,3-丙二醇得率的影响.     

能量驱动对Klebsiella pneumoniae发酵甘油合成1,3-丙二醇的影响

考察了外加能量对Klebsiella pneumoniae合成1,3 丙二醇的影响,结果表明,外加0.6 0.8 g/L三磷酸腺苷 ATP 可以有效促进Klebsiella pneumoniae发酵甘油的还原代谢,1,3 丙二醇产量提高了50 70 ,得率在发酵后期仍能维持在较高水平. 利用休止细胞研究了甘油脱水酶催化失活后能量刺激复活的情况,结果表明外加三磷酸腺苷(ATP)对休止细胞中甘油脱水酶的复活有明显的驱动作用,经多次失活/驱动复活后甘油脱水酶活性可维持不变.     

两段双底物发酵生产1,3–丙二醇

利用Klebsiella pneumoniae生长与催化耦合的特点，将好氧生长与厌氧转化两个过程耦合，开发了两段双底物发酵生产1,3-丙二醇的新工艺，并对其工艺特点进行了初步研究. 结果表明，采用两段双底物发酵工艺，发酵过程菌体浓度明显高于传统的厌氧转化工艺，OD650最大值达到9.37，发酵60 h, 1,3-丙二醇的浓度达到50.16 g/L，生成速率达0.836 g/(L×h)，比传统工艺提高了45%.     

醛脱氢酶基因敲除对克氏肺炎杆菌合成1，3-丙二醇的影响

利用Klebsiella pneumoniae厌氧发酵甘油生产1,3-丙二醇时，一部分甘油通过氧化代谢途径大量合成副产物乙醇，降低了1,3-丙二醇的得率.醛脱氢酶ALDH是乙醇合成途径的关键酶之一，其催化作用不仅消耗了大量甘油，还将还原型辅酶NADH氧化为NAD⁺，降低了同为NADH依赖型的1,3-PD合成途径的效率.本文以醛脱氢酶ALDH为改造目标，以K.pneumoniae为宿主，通过同源重组技术在K.pneumoniae M5aL的ALDH基因中成功地插入了四环素抗性基因，经抗性筛选和基因水平鉴定，得到两株ALDH基因敲除的重组菌0623-1hb及0623-1hc.本文研究了这两株重组菌的生长代谢特性，结果表明两株重组菌的ALDH酶活基本检测不到，菌体生长受到明显抑制，乙醇合成浓度比出发菌株K.pneumoniae M5aL降低了43%～53%，1,3-PD合成浓度及摩尔得率分别提高了27%～42%和19%～24%.     

发酵甘油产1,3-丙二醇研究进展

综述微生物发酵甘油生产1,3-丙二醇的研究进展,内容包括生产菌种、发酵方式、优良生产菌株的选育和培养条件,并展望1,3-丙二醇发酵的前景。     

3-羟丙醛对Klebsiella pneumoniae发酵产 1,3-丙二醇的影响及其调控

中间产物3-羟丙醛在发酵液中的积累对Klebsiella pneumoniae细胞生长及1,3-丙二醇的合成有显著的抑制作用,而调节发酵的起始甘油浓度及控制发酵pH值可调控发酵液中3-羟丙醛的积累.当起始甘油质量浓度分别为20、30、50、70g/L的批式发酵中,发酵液中3-羟丙醛的积累的高峰分别为4.31、6.87、11.48及13.49mmol/L,当起始甘油质量浓度大于50g/L时,3-羟丙醛在到达积累高峰后不能被菌体有效转化,在发酵后期维持较高浓度,抑制了细胞生长及1,3-丙二醇的合成,发酵不能继续进行.控制发酵pH值为7.75～8.0可促进发酵液堆积的3-羟丙醛被迅速转化.在流加发酵中起始甘油质量浓度采用30g/L,发酵pH值控制为7.75条件下,发酵32 h,1,3-丙二醇质量浓度可达37.16g/L,1,3-丙二醇的生产强度和质量得率分别达到1.16g/(L·h)和52.66%.     

控制氮源浓度提高1,3-丙二醇的发酵水平

通过对克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)甘油发酵生产1,3-丙二醇(1,3-PD)发酵过程的研究发现,氮源浓度对菌体生长、产物和副产物的代谢有着重要影响.氮源浓度较低时,菌体生长和产物生成都会因氮源不足受到影响;氮源浓度较高时会导致菌体过度生长和副产物的大量生成,降低1,3-PD的最终浓度和甘油到1,3-丙二醇的转化率.控制合适的氮源浓度可以提高1,3-PD的发酵水平,1,3-PD的最终浓度达到61.20 g·L-1、甘油到1,3-丙二醇的转化率达到0.72 (mol·mol-1),分别比对照提高了10%和20%.     

分段通气对Klebsiella pneumoniae生产1,3-丙二醇关键酶和辅酶的影响

通过考察1,3-丙二醇合成中关键酶、辅酶的变化,研究了分段通入空气对Klebsiella pneumoniae厌氧发酵生产1,3-丙二醇的影响. 与对照组相比,在发酵前期(12 h)通入空气4 h后,甘油脱氢酶酶活提高1.5倍,1,3-丙二醇氧化还原酶酶活提高18%,1,3-丙二醇浓度提高16%;发酵后期(28和48 h)通入空气后,甘油脱氢酶酶活不变,1,3-丙二醇氧化还原酶酶活下降,1,3-丙二醇浓度降低. 发酵前期,通气对辅酶NADH和NAD的浓度无影响;发酵后期,菌体生长停滞,辅酶的浓度也随之下降.     

若干因素对发酵法生产1,3-丙二醇的调控作用

利用一株新筛选的克雷伯氏肺炎杆菌(Klebsiella pneumoniae ZJU 5205)对发酵法生产1,3-丙二醇进行了研究,考察了 pH、溶氧及添加辅助底物葡萄糖对发酵过程的调控作用。实验结果表明,相比于未调控 pH 发酵,恒定 pH 值发酵得到的菌体浓度明显增高,甘油消耗加快,1,3-丙二醇的最终浓度以及甘油到丙二醇的转化率(Y_(P/S))明显提高,分别达16.39g/L和0.51mol/mol;厌氧发酵时的菌体浓度和甘油消耗速率均高于微氧发酵,但1,3-丙二醇最终浓度和转化率低于微氧发酵;添加葡萄糖为辅助底物能够有效促进菌体生长,但1,3-丙二醇最终浓度和转化率却低于以甘油为单一底物时的发酵结果。     

蔗糖与葡萄糖作辅助碳源对重组Klebsiella pneumoniae发酵生产 1,3-丙二醇的影响

实验研究了重组Klebsiella pneumoniae批式发酵生产1,3-丙二醇过程中辅助碳源蔗糖与葡萄糖对发酵过程的影响,对发酵工艺进行了放大,并对流加策略进行了优化. 结果表明,葡萄糖为发酵生产1,3-丙二醇的辅助碳源优于蔗糖;以重组Klebsiella pneumoniae为菌种,以葡萄糖为辅助碳源,采用指数流加策略,30 L发酵罐中1,3-丙二醇的产量最高达85.2 g/L,产率达0.63 mol/mol,比单纯以甘油为碳源分别提高37.35%和25.00%.     

重组肺炎克雷伯菌发酵联产3-羟基丙酸和1,3-丙二醇

对表达了高效醛脱氢酶的重组肺炎克雷伯氏菌以甘油为底物生产3-羟基丙酸和1,3-丙二醇的过程进行优化,将发酵过程中补料阶段甘油浓度分别控制为0~10, 10~20, 20~30 g/L,并分3次间歇性补加甘油. 结果表明,发酵过程中补料阶段控制甘油浓度在20~30 g/L,发酵26 h得到47.20 g/L 3-羟基丙酸和43.90 g/L 1,3-丙二醇;而间歇性补加甘油产物得率最高,发酵26 h时3-羟基丙酸和1,3-丙二醇相对甘油的得率分别为0.35和0.38 mol/mol. 3-羟基丙酸和1,3-丙二醇联产可实现辅因子烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的再生平衡,从而提高碳回收率.     

代谢副产物对Klebsiella pneumoniae生长及合成1,3-丙二醇的影响

研究了Klebsiella pneumoniae在厌氧摇瓶中的生长代谢特性和基质消耗情况,发现主要副产物乙醇是抑制菌体持续生长及1,3-丙二醇合成的主要因素,外源添加实验表明,8 g/L乙醇可使K. pneumoniae比生长速率、1,3-丙二醇比合成速率、最大菌体浓度及1,3-丙二醇终浓度分别下降21.6%, 22.1%, 59.6%及33.5%;指数生长期加入乙醇对菌体生长代谢的抑制作用更加明显. 其他代谢副产物乙酸、乳酸、2,3-丁二醇对K. pneumoniae生长代谢也有不同程度影响,乙酸浓度仅2 g/L即可对菌体生长产生抑制,乙酸浓度达到5 g/     

Over‐expression of glycerol dehydrogenase and 1,3‐propanediol oxidoreductase in Klebsiella pneumoniae and their effects on conversion of glycerol into 1,3‐propanediol in resting cell system

BACKGROUND: Glycerol dehydrogenase [EC.1.1.1.6] and 1,3‐propanediol oxidoreductase [EC.1.1.1.202] were proved to be two of the key enzymes for glycerol conversion to 1,3‐propanediol in Klebsiella pneumoniae under anaerobic conditions. For insight into their significance on 1,3‐propanediol production under micro‐aerobic conditions, these two enzymes were over‐expressed in K. pneumoniae individually, and their effects on conversion of glycerol into 1,3‐propanediol in a resting cell system under micro‐aerobic conditions were investigated. RESULTS: In the resting cell system, over‐expression of 1,3‐propanediol oxidoreductase led to faster glycerol conversion and 1,3‐propanediol production. After a 12 h conversion process, it improved the yield of 1,3‐propanediol by 20.4% (222.1 mmol L⁻¹ versus 184.4 mmol L⁻¹) and enhanced the conversion ratio of glycerol into 1,3‐propanediol from 50.8% to 59.8% (mol mol⁻¹). Over‐expression of glycerol dehydrogenase in K. pneumoniae had no significant influence both on 1,3‐propanediol yield and on the conversion ratio of glycerol into 1,3‐propanediol in the resting cell system. CONCLUSION: The results were important for an understanding of the significance of glycerol dehydrogenase and 1,3‐propanediol oxidoreductase in 1,3‐proanediol production under micro‐aerobic conditions, and for developing better strategies to improve 1,3‐propanediol yield. Copyright © 2008 Society of Chemical Industry     

维生素C和E对Klebsiella pneumoniae合成1,3-丙二醇的调控

通过外源添加还原剂的方式调控细胞内NADH/NAD再生系统的状态,研究了40~150 mg/L VC及20~100 mg/L VE对Klebsiella penumoniae合成1,3-丙二醇的影响,发现外源添加150 mg/L VC或30 mg/L VE均可使1,3-PD合成浓度提高20%~30%;但同时也提高了某些副产物的合成浓度,对代谢流分布的调控作用不明显;1,3-丙二醇得率稍有提高但不显著. 提高1,3-PD得率宜从代谢节点(丙酮酸)通量调节方面考虑.     

Phase Behavior of Supercritical CO2 Microemulsion with AOT and its Solubilization Properties of 1,3-propanediol

The phase behaviors of three microemulsion systems were studied in a custom-made volume-variable view cell, including the ternary system of CO₂/EtOH (ethanol)/1,3-PDO (1,3-propanediol), quaternary system of CO₂/EtOH/H₂O/1,3-PDO and quinary system of AOT/CO₂/EtOH/H₂O/1,3-PDO, using 1,3-PDO as the model compound, AOT (sodium bis(2-ethylhexyl) sulfosuccinate) as surfactant and ethanol as co-solvent in the CO₂ continuous phase. The phase behaviors of the AOT/CO₂/EtOH/H₂O/1,3-PDO quinary system were mainly discussed in the temperature range of 29.1°C–44.3°C and pressure range of 6.41 MPa-15.95 MPa. The result shows that a thermodynamically stable microemulsion can be formed by controlling the operating pressures and temperatures, which can provide basic thermodynamics data for industrial design and proper operating conditions for selectively solubilizing 1,3-PDO from dilute aqueous solution.     

Structural Modeling and Biochemical Characterization of Recombinant KPN_02809, a Zinc-Dependent Metalloprotease from Klebsiella pneumoniae MGH 78578

Klebsiella pneumoniae is a Gram-negative, cylindrical rod shaped opportunistic pathogen that is found in the environment as well as existing as a normal flora in mammalian mucosal surfaces such as the mouth, skin, and intestines. Clinically it is the most important member of the family of Enterobacteriaceae that causes neonatal sepsis and nosocomial infections. In this work, a combination of protein sequence analysis, structural modeling and molecular docking simulation approaches were employed to provide an understanding of the possible functions and characteristics of a hypothetical protein (KPN_02809) from K. pneumoniae MGH 78578. The computational analyses showed that this protein was a metalloprotease with zinc binding motif, HEXXH. To verify this result, a ypfJ gene which encodes for this hypothetical protein was cloned from K. pneumoniae MGH 78578 and the protein was overexpressed in Escherichia coli BL21 (DE3). The purified protein was about 32 kDa and showed maximum protease activity at 30 °C and pH 8.0. The enzyme activity was inhibited by metalloprotease inhibitors such as EDTA, 1,10-phenanthroline and reducing agent, 1,4-dithiothreitol (DTT). Each molecule of KPN_02809 protein was also shown to bind one zinc ion. Hence, for the first time, we experimentally confirmed that KPN_02809 is an active enzyme with zinc metalloprotease activity.