常压室温等离子体诱变选育DHA高产菌株

以野生型裂殖壶菌(Schizochytrium limacinum SR21)为出发菌株,经过常压室温等离子体(ARTP)诱变,碘乙酸、丙二酸及丙二酸-碘乙酸复合平板筛选,摇瓶发酵及GC定量分析选育DHA高产菌株。结果表明:在功率100 W、气流量10 L/min下,经ARTP诱变15 s,以1. 2 g/L丙二酸作为筛选平板,获得一株诱变菌NA2。摇瓶发酵120 h后,其生物量、油脂总量、DHA产量与原始菌株相比分别提高了18. 11%、14. 87%、46. 12%,DHA产量为6. 59 g/L。经5次传代,性状稳定。     

裂殖壶菌发酵生产DHA研究进展

DHA是一种重要的多不饱和脂肪酸,裂殖壶菌(Schizochytrium)因富含DHA成为当前国内外研究热点。本文介绍了Schizochytrium及其合成DHA的代谢机理,并对国内外Schizochytrium发酵生产DHA的水平、发酵底物、发酵工艺进行综述。基于目前发酵状况,提出了DHA发酵过程中存在的问题,并指出选育高产稳定菌株、对合成DHA代谢途径及关键酶进行研究、改进合适的生物反应器并进一步应用数学工具优化发酵工艺是今后的研究重点。      

裂殖壶菌诱变株高产DHA机理的转录组学分析

利用RNA-seq技术对裂殖壶菌SR21的原始菌株和ARTP诱变所获取的DHA高产菌株NA2进行转录组分析。对基因进行功能注释和代谢通路的分类,寻找差异表达基因,并将这些基因归类到相关的代谢途径中,揭示诱变菌NA2中DHA产量提高的分子机理。结果表明:与原始菌株比较,诱变菌NA2中有314个基因上调,3个基因下调;上调的基因主要参与氨基酸代谢和能量代谢,为多不饱和脂肪酸的积累供应更多的乙酰辅酶A(乙酰-CoA)和还原型辅酶Ⅱ(NADPH)。利用荧光定量PCR验证基因的差异表达情况,结果与转录组分析一致。     

利用胞内核磁共振法快速筛选高产DHA裂殖壶菌的研究

采用化学试剂亚硝基胍和紫外结合的方式对生产用裂殖壶菌进行诱变。通过核磁共振法快速原位检测约三百个突变株的胞内油脂含量和DHA占总脂肪酸比例,综合考虑两个指标,筛选出性状较优良的10余个突变株。通过进一步对其各项指标的仔细检测,最终筛选得到一株DHA高产突变菌株。突变株生物量较野生菌株没有变化,油脂含量为68%,DHA占总油脂比例57%,比出发菌株分别提高17%和14%,该突变菌株被命名为Aurantiochytrium sp.KYX-01,其性状优异,非常适合工业化生产DHA油脂。     

裂殖壶菌发酵产DHA油脂的生产工艺优化

采用磷酸香草醛法实时监测裂殖壶菌发酵产DHA油脂的积累情况,对裂殖壶菌的基础发酵工艺进行了优化。得到裂殖壶菌生长和油脂积累的最佳培养基配方为:葡萄糖30 g/L,玉米浆粉6 g/L,蛋白胨4 g/L,硝酸钠3.6~3.9 g/L,海水晶15 g/L;在50 L的发酵罐中采用后期流加一定量的葡萄糖提高碳氮比来提高油脂积累外,通过流加3.0 g/L的大豆油来刺激菌体生长,最终经过72 h的流加培养,菌体湿重达到200 g/L,总油脂含量达到60%以上,油脂脂肪酸组成中的DHA含量占22%左右。     

裂殖壶菌产DHA发酵培养基的优化

从成本控制和发酵罐扩大培养监测控制方面考虑,优化了裂殖壶菌(Schizochytrium sp.FJU-512)产DHA发酵培养基。利用单因素实验和正交实验优化了发酵培养基碳氮源组分,均匀设计实验优化了无机盐组分。最佳产DHA发酵配方为葡萄糖120g/L,酵母浸膏5g/L,谷氨酸钠20g/L,硫酸铵0.25g/L,海水晶25g/L,KH2PO44.0g/L,Mg SO4·7H2O0.5g/L,Ca CO35.0g/L,Na2SO43.0g/L,Fe SO4·7H2O 20mg/L,维生素B10.005g/L,维生素B120.005g/L。优化后,裂殖壶菌DHA产量到达13.83g/L,提高了22%,且培养基成本降低40%左右。     

裂殖壶菌不同破壁方法的研究

裂殖壶菌细胞结构紧密,对其进行破壁是二十二碳六烯酸(DHA)高强度发酵的重点工序。以裂殖壶菌为实验菌种,比较了水洗法、膜过滤法、高压均质法、酶解法和膜过滤高压均质法5种破壁方法,观察了每种方法破壁前后细胞形态特征,同时测定细胞破壁率、发酵液含油量、DHA产量和DHA含量。结果表明:膜过滤高压均质法效果最为理想,破壁率达到100%;膜过滤高压均质法的含油量、DHA产量、DHA含量均为最高,分别达到16.98 g/L、7.08 g/L、41.71%;从生产的连续性和有效性来讲,膜过滤高压均质法是最佳的破壁方法。     

裂殖壶菌产DHA发酵培养基的优化

从成本控制和发酵罐扩大培养监测控制方面考虑,优化了裂殖壶菌（Schizochytrium sp.FJU-512）产DHA发酵培养基。利用单因素实验和正交实验优化了发酵培养基碳氮源组分,均匀设计实验优化了无机盐组分。最佳产DHA发酵配方为葡萄糖120g/L,酵母浸膏5g/L,谷氨酸钠20g/L,硫酸铵0.25g/L,海水晶25g/L,KH2PO44.0g/L,Mg SO4·7H2O0.5g/L,Ca CO35.0g/L,Na2SO43.0g/L,Fe SO4·7H2O 20mg/L,维生素B10.005g/L,维生素B120.005g/L。优化后,裂殖壶菌DHA产量到达13.83g/L,提高了22%,且培养基成本降低40%左右。      

糖蜜发酵裂殖壶菌生产二十二碳六烯酸

对糖蜜作为碳源发酵裂殖壶菌生产二十二碳六烯酸(docosahexaenic acid,DHA)进行了初步研究:选择不同来源的甘蔗糖蜜与粗糖蜜培养裂殖壶菌生产DHA,考察了糖蜜来源、糖蜜添加比例对裂殖壶菌发酵生物量、菌体油脂含量与DHA含量的影响。结果表明,甘蔗糖蜜中的杂质(灰分、胶体)对菌体生长与油脂积累存在明显的抑制作用,即使大幅降低糖蜜添加比例效果也不理想,限制了其作为替代碳源在实际生产上的应用。在此基础上考察了杂质含量相对较低的粗糖蜜的情况,在添加比例低于80%的情况下,其培养效果与对照葡萄糖非常接近,可以部分替代葡萄糖用于裂殖壶菌发酵生产。     

面向工业化的裂殖壶菌DHA油脂提取方法研究

研究液氮法、均质法、微波法、酶法等9种细胞破碎方法对裂殖壶菌单细胞油脂提取的影响,分别考察了各种细胞破碎方法提取得到的单细胞油脂含量、DHA含量、油脂中的脂肪酸分布以及耗时、耗能等情况,结果表明酶法和酸热法效果最好,其中酶法由于投入低、能耗少、操作简单等优点更具工业化潜力。将酶法与传统的均质法进一步放大对比,验证了酶法的优良性能。     

低嘌呤酿酒酵母的ARTP法诱变育种

采用常压室温等离子体(ARTP)诱变育种系统对酿酒酵母菌株A、B分别进行诱变,选育诱变菌株发酵的啤酒用高效液相色谱(HPLC)法测定腺嘌呤、鸟嘌呤、黄嘌呤、次黄嘌呤的含量,4种嘌呤在1~16 mg/L的测定范围内,相关系数R20.999,具有良好的线性关系。实验结果表明:诱变酵母菌株A-3发酵啤酒中嘌呤含量为77.67 mg/L,比初始菌株A的101.64 mg/L降低23.6%;诱变酵母菌株B-4发酵啤酒中嘌呤含量为76.26 mg/L,比初始菌株A的96.84 mg/L降低21.3%。诱变菌株A-3、B-4进行连续传代10次并进行发酵啤酒实验,诱变菌株A-3、B-4的发酵性能、发酵啤酒中总嘌呤含量和啤酒品质保持稳定。这表明ARTP诱变方法选育低嘌呤酿酒酵母菌种是可行的。     

常压室温等离子体诱变选育富硒纳豆芽孢杆菌

纳豆芽孢杆菌可以转化亚硒酸钠为有机硒。对一株纳豆芽孢杆菌的生长曲线进行测定,确定了亚硒酸钠适宜的添加时间和添加量。以纳豆芽孢杆菌BSN424为出发菌株,采用常压室温等离子体诱变系统进行诱变,根据耐硒和富硒能力筛选,经连续传代培养后筛选出了富硒纳豆芽孢杆菌。结果表明,适宜加硒时间为培养后3 h,培养时间为24 h,培养基适宜硒质量浓度为6μg/mL,常压室温等离子体诱变系统功率为100 W,诱变时间为25 s。诱变后筛选得到一株具有较高富硒能力的诱变菌株BN-44,经摇瓶发酵后的富硒量为1136.43μg/g,相比出发菌株的742.12μg/g提高了53.13%。研究表明常压室温等离子体诱变育种能有效地对纳豆芽孢杆菌BSN424进行诱变,旨在为有机硒生物转化法中寻找益生菌富硒载体及其诱变育种提供一定依据。     

等离子体诱变凝结芽孢杆菌提高木糖利用能力高产L-乳酸

为进一步提高凝结芽孢杆菌发酵木糖生产L-乳酸的产量和转化率,以实验室保存的一株能利用木糖产L-乳酸的野生型凝结芽孢杆菌菌株NL01为出发菌株,通过等离子体诱变育种技术和平板菌落初筛、摇瓶复筛,最终得到一株木糖耐受力强、L-乳酸产量高、遗传特性稳定的正向突变菌株NL-CC-17。该突变菌株是目前已报道的木糖耐受力最高的菌株。当以100 g/L的木糖为底物,50 ℃发酵72 h后,L-乳酸产量达到82.30 g/L,糖酸转化率为92.37%,L-乳酸产量较出发菌株提高21.51%,糖酸转化率提高了16.00%。通过初步优化发酵条件,确定该菌株最佳发酵温度为50 ℃,实验范围内最佳发酵pH值为5.5。     

产脂肪酶菌株的常压室温等离子体诱变及高通量筛选方法的建立

脂肪酶由于可催化的反应种类和底物类别多,且具有位置选择性和异构体选择性等特点而常用于结构酯的合成和油脂改性等领域。丝孢酵母(Trichosporon sp.)是一种产脂肪酶菌种,但生产能力偏低是限制该菌实现工业化生产的重要因素。本研究利用常压室温等离子体(ARTP)对丝孢酵母野生菌进行诱变处理,并建立了96孔板培养结合对硝基苯酚棕榈酸酯(P-NPP)法测定酶活力的高通量筛选方法,实现了60个突变菌株的初筛。以酶活力为筛选指标时,突变率和正突变率分别为51.7%和28.3%。8株初筛菌株的摇瓶发酵结果显示,A13和A5的产酶提高最显著,培养96 h后分别比野生菌增加2.64倍和1.54倍,且2个突变菌株的遗传稳定性良好。对比研究发现,突变菌株A13相较野生菌的最大优势在于提前24 h便能达到最高产酶量。     

常压室温等离子体诱变与微生物微液滴培养选育谷胱甘肽高产菌株

为提升野生毕赤酵母菌株BY-1产谷胱甘肽的能力,通过常压室温等离子体（atmospheric and room temperatureplasma,ARTP）诱变技术得到诱变菌株BY-1-26。进一步在摇瓶培养过程中添加1,2,4-三氮唑,提高诱变菌株产量。最后将1,2,4-三氮唑作为筛选因子,利用微生物微液滴培养（microbial microdroplet culture system,MMC）仪对诱变菌株进行适应性进化,获得了1株高产谷胱甘肽的突变株BY-2-24,并对其遗传稳定性进行研究。结果表明：出发菌株BY-1经过ARTP诱变处理、抗性梯度平板初筛、MMC适应性进化、摇瓶复筛等,可以选育高产谷胱甘肽突变株。突变株BY-2-24摇瓶产量达（312.13±2.62）mg/L,较出发菌株提高134.26%,且经过7次传代培养,仍然具有较好的遗传稳定性。同时,生物量提高118.33%,表明诱变菌株的生长能力得到提高。研究表明,ARTP与MMC联合应用作为一种简便高效的微生物诱变方式,可用于定向诱变筛选高性能微生物菌株,为高通量选育目标菌株提供了参考。     

常压室温等离子体诱变技术选育高产Monacolin K紫色红曲霉突变株

采用常压室温等离子体（atmospheric and room temperature plasma,ARTP）射流诱变技术处理紫色红曲霉菌株M-1,选育高产Monacolin K突变株,为Monacolin K的发酵生产提供优良菌株。确定等离子体处理条件,采用稀释平板培养法挑选突变株,高效液相色谱法分析突变株发酵液的Monacolin K产量,借助扫描电子显微镜观察诱变处理前后菌体微结构特征。结果表明：ARTP对紫色红曲霉菌株具有较强的致死和致突变效应,ARTP处理30 s紫色红曲霉菌株诱变致死率达到84%,处理90 s时其致死率约为92.6%,可获得较高的正突变率（23.8%）;筛选得到突变株23的Monacolin K产量达到428.14 mg/L,较初始菌株M-1提高了111%。ARTP作用于紫色红曲霉,可引起菌株形态学特征发生改变,突变株的菌落色泽、菌丝体和孢子形态等特征均有一定变化;ARTP产生的活性粒子可透过细胞膜作用于DNA物质,引起DNA发生多样性损伤、不完全修复突变,形成遗传稳定的突变株。     

基于常压室温等离子体技术诱变选育D-乳酸高发酵速率菌株

为了提高D-乳酸的发酵产率,以选育获得的D-乳酸高产菌Sporolactobacillus sp.Y2-8为出发菌株,采用常压室温等离子体技术对其进行诱变。利用高糖-溴甲酚绿高通量筛选平板及摇瓶发酵复筛,最终筛选获得一株具有良好遗传稳定性的D-乳酸高发酵速率突变株Y90s-1,其D-乳酸发酵产率达1.05g（/L·h）,比出发菌株提高了36.3%。      

常压室温等离子体诱变选育低产挥发酸酿酒酵母

利用常压室温等离子体（ARTP）诱变技术对酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）NX4进行诱变,采用平板初筛、冰酒模拟汁发酵复筛低产挥发酸的突变菌株,并对其遗传稳定性及耐受性进行分析。同时利用该菌株酿造冰葡萄酒,对其理化指标、感官品质及挥发性风味物质进行分析。结果表明,获得一株低产挥发酸的突变体菌株T2-5,其具有良好的遗传稳定性。与原始菌株NX4相比,具有更高的糖耐受性和更低的酒精耐受性,利于在冰酒中应用。利用该菌株酿造的冰酒挥发酸产量降低26.4%,感官评分较高（77.14分）,香气浓郁度有所降低,但持久性增强,具有典型的花香、蜂蜜、蜜桃、柠檬、甜瓜等热带水果香气。     

Reduction of Methanol in Brewed Wine by the Use of Atmospheric and Room‐Temperature Plasma Method and the Combination Optimization of Malt with Different Adjuncts

Methanol, often generated in brewed wine, is highly toxic for human health. To decrease the methanol content of the brewed wine, atmospheric and room‐temperature plasma (ARTP) was used as a new mutagenesis tool to generate a mutant of Saccharomy cescerevisiae with lower methanol content. Headspace gas chromatography was used to determine the identity and concentration of methanol with butyl acetate as internal standard in brewed wine. With 47.4% higher and 26.3% positive mutation rates were obtained, the ARTP jet exhibited a strong effect on mutation breeding of S. cerevisiae. The mutant S. cerevisiae S12 exhibited the lowest methanol content, which was decreased by 72.54% compared with that of the wild‐type strain. Subsequently, the mutant S. cerevisiae S12 was used to ferment different combinations of malt and adjuncts for lower methanol content and higher alcoholic content. It was shown that the culture 6#, which was 60% malt, 20% wheat, and 20% corn, was the best combinations of malt and adjuncts, with the lowest methanol content (104.8 mg/L), and a relatively higher alcoholic content (15.3%, v/v). The optimal malt–adjunct culture 6#, treated with the glucoamylase dose of 0.04 U/mg of grain released the highest reducing sugars (201.6 mg/mL). It was indicated that the variation in reducing sugars among the combinations of malt and different adjuncts could be due to the dose of exogenous enzymes.