厌氧发酵中硝态氮和亚硝态氮对己酸巨球菌产酸性能的影响机制

目前有机废弃物在厌氧发酵方面引起了极大的关注,然而在发酵过程中不可避免地会积累硝态氮(NO_(3)^(-)-N)和亚硝态氮(NO_(2)^(-)-N),它们对链延长微生物在脂肪酸合成过程中的影响尚鲜见报道.为了揭示无机氮污染对厌氧发酵过程可能产生的影响及其机理,探究了1、3、5 g/L的NO_(3)^(-)-N和NO_(2)^(-)-N对Megasphaera hexanoica(己酸巨球菌)厌氧发酵过程中己酸生产性能的影响.结果表明:①1、3、5 g/L的NO_(3)^(-)-N对菌株的生长代谢特性无明显促进或抑制作用,而同浓度的NO_(2)^(-)-N则严重抑制了菌株的生长代谢和己酸产生,其中5 g/L的NO_(2)^(-)-N导致菌株最大生长量仅为2.21 g/L,显著低于对照组的5.83 g/L,同时菌株的乳酸消耗量和己酸产量也分别从5.9和3.8 g/L降至2.2和1.1 g/L.②进一步的代谢活性实验表明,5 g/L的NO_(2)^(-)-N抑制了碳源氧化〔还原型辅酶Ⅰ产量为6.2 nmol/(mg·protein)〕和能量运输〔电子传递系统活性为0.04 mg/(g·protein·min)〕,且导致了菌株膜完整性受到破坏(乳酸脱氢酶释放量为92 mU/mL)以及胞外聚合物分泌增加(多糖含量为94 mg/L).③己酸巨球菌的基因表达结果显示,NO_(2)^(-)-N显著降低了链延长相关功能基因的表达丰度.研究显示,NO_(2)^(-)-N作为厌氧发酵液中的常见污染物,通过抑制己酸巨球菌中链延长相关基因和酶的代谢活性,从而显示出对己酸合成的明显抑制作用.

有机废弃物发酵液中氨氮对己酸巨球菌产酸性能的影响机制

如今,有机废弃物在厌氧发酵方面引起了极大的关注,然而形成的发酵液中不可避免地会导致氨氮(NH_(4)^(+)-N)积累,这对于碳延长微生物厌氧生产高附加值产物的工艺来说是一个未知的挑战.因此本文探究了不同浓度的NH_(4)^(+)-N对Megasphaera hexanoica(己酸巨球菌)厌氧发酵过程中代谢活性和己酸生产性能的影响.结果表明,低浓度(5 g·L^(-1))的NH_(4)^(+)-N诱导了菌株的最大己酸产量从41 mmol·L^(-1)增加至55 mmol·L^(-1),生物量也从800.15 mg·L^(-1)提升至992.74 mg·L^(-1).不仅如此,低浓度的NH_(4)^(+)-N促进了胞外聚合物的分泌,其中与电子转移相关的蛋白分泌量从81 mg·L^(-1)增加至117 mg·L^(-1),电子传递系统活性也从0.19 mg·g·min^(-1)提升至0.45 mg·g·min^(-1).最后,基因表达水平的结果显示低浓度的NH_(4)^(+)-N促进了与己酸合成、氨同化关键功能基因的表达,其中,1、3和5 g·L^(-1)的NH_(4)^(+)-N分别提升了菌株glt D功能基因表达水平的116%、124%和128%.本研究为发酵液中NH_(4)^(+)-N在厌氧发酵生物合成方面的影响机制及治理策略提供了一定的技术参考.

醋酸梭菌在异养和自养条件下的乙酸生成与代谢特性

【背景】产乙酸菌可以利用一碳气体发酵生产乙酸等高值化学品,是实现碳资源回收利用和绿色生物制造的重要途径之一。绝大部分产乙酸菌还可以利用有机质进行代谢,但二者具有不同的能量代谢模式。【目的】探究一种典型产乙酸菌醋酸梭菌(Clostridium aceticum)在异养/自养条件下的产酸特性,揭示不同培养条件对其代谢模式的影响机理。【方法】分别在以葡萄糖和合成气(H_(2):CO_(2)为6:4)为底物的条件下考察醋酸梭菌产酸和代谢的情况,基于实验结果分析产物分布及乙酸生产比滴度,进一步利用关键酶活性指标揭示异养/自养代谢的差异性机理。【结果】醋酸梭菌在10 g/L葡萄糖存在时进行分步降解,先分解葡萄糖产生乳酸,后续生成6.3 g/L乙醇、13.2 g/L丁酸和5.6 g/L乙酸,而在合成气为底物时只检测到1.96 g/L乙酸。产物分布结果表明自养条件下的乙酸生产比滴度和酸醇比分别最高可达28.6 g/g和17.57,远高于异养的8.23 g/g和1.53。酶代谢指标表明,异养条件下的NADH、ATP产生量及丙酮酸脱氢酶活性均表现出明显优势,但乙酸激酶活性却恰好相反,这揭示出异养条件下丙酮酸代谢的中间产物乙酰辅酶A大部分流向细胞合成和高级产物(乙醇和丁酸),反而在自养条件下流向乙酸生成。【结论】醋酸梭菌在自养条件下可以实现更专注的乙酸生成,为合成气的生物资源化利用及产乙酸菌的代谢通路调控提供一定的参考价值。