指数流加模型在乙醇气提发酵过程中的应用研究

通过实验选择并考核了一个指数流加模型 ,同时也对比地考察了均速流加方式的发酵效果。结果表明 ,指数流加相比匀速流加过程的细胞生物量平均浓度增加了 1 2 2倍 ,乙醇生产速率和糖消耗速率分别提高到 3 0 1 g/(h·L)和 6 2 1g/(h·L) ,是匀速流加时的 1 2倍和 1 1 9倍。研究表明 ,在乙醇气提发酵过程中 ,如果选用适当的指数流加模型 ,就能够消除发酵过程中底物和产物的双抑制作用 ,简单而有效地改进现有的在线分离乙醇的连续发酵工艺 。

双底物指数流加和双阶段溶氧控制对谷氨酸棒状杆菌生产L-异亮氨酸的影响

为了实现L-异亮氨酸的高效生产,提高谷氨酸棒状杆菌YILW生产L-异亮氨酸的产量和生产强度,在详尽分析磷酸盐和玉米浆初始浓度对L-异亮氨酸发酵影响的基础上采用了双底物(玉米浆、磷酸盐)指数流加与双阶段溶氧相结合的控制策略进行L-异亮氨酸发酵。结果表明,最佳磷酸盐和玉米浆浓度分别为1.5 g/L和35 mL/L,此条件下分批补料发酵菌体生物量和L-异亮氨酸产量分别为27.66 g/L和25.89 g/L。在生长阶段进行双底物指数流加并结合双阶段溶氧控制,发酵60 h菌体生物量和L-异亮氨酸产量分别为32.29 g/L和31.32g/L,较优化前分别提高16.73%和20.97%。

重组大肠杆菌产胆固醇氧化酶的指数流加策略

以指数流加策略高密度培养重组大肠杆菌,发酵生产胆固醇氧化酶。通过对比生长速率的分阶段控制使得细胞干重达40.128g/L。确定了最佳的诱导时机为菌体对数生长期的中期,产酶速率为1287.31U/(L·h)。菌体产酶水平达6436.56U/L,生产强度为459.75U/(L·h),实现了胆固醇氧化酶的高效生产。

Bacillus macorous合成γ-CGT酶过程中阻遏效应与指数流加发酵

考察了不同搅拌转速、pH值和温度条件下,细胞生长、γ-CGT酶产量与培养液中直链麦芽低聚糖积累的关系.细胞的最大比生长速率为0.2h-1是γ-CGT酶产量从增长到下降的拐点.发酵液中直链麦芽低聚糖的存在能促进细胞生长并引起胞内的FDP,ATP和G6P含量增加,而对产酶显示出分解代谢阻遏效应.指数流加结果显示,通过限制细胞的比生长速率,可将阻遏作用控制在较低水平,酶产量得到了大幅度提高,是分批发酵酶产量的7.9倍,达到2565U/mL.

代谢工程改造酿酒酵母合成玉米黄质

玉米黄质是一种类胡萝卜素,在很多领域都有一定的应用。该研究在前期构建的脂质体积累酿酒酵母的基础上,表达玉米黄质合成酶,初步得到一株能够积累玉米黄质的酿酒酵母工程菌。进一步优化补料碳源、补料时间和补料方式,最终在5 L的发酵罐从48 h开始以指数流加的方式流加葡萄糖,得到玉米黄质的产量为47.7 mg/L。综上,该研究构建了一株高产玉米黄质重组菌并对其进行了发酵验证,研究结果为后续进行发酵优化提供了基础以及改进的方向。

利用三阶段葡萄糖添加策略减少乙酸合成并促进重组大肠杆菌生产L-苯丙氨酸

为了降低副产物乙酸的积累和提高L-苯丙氨酸的产量,分别优化了L-苯丙氨酸发酵的初始葡萄糖浓度和葡萄糖的指数流加策略。结果表明,20 g/L的初始葡萄糖浓度可以控制细胞的比生长速率低于临界值0.3 h-1,显著地降低了乙酸的积累,提高了L-苯丙氨酸的产量。采用预设比生长速率μ3 *=0.4(h-1)进行葡萄糖的指数流加取得了实际最大比生长速率0.29 h-1,使细胞的比生长速率低于临界值,促进了L-苯丙氨酸的合成,最终获得L-苯丙氨酸的产量达48.45g/L,比本实验室原有水平提高了37%。

植物乳杆菌发酵培养基的优化及其高密度培养技术

应用响应面法优化植物乳杆菌培养基配方以及利用中和法与指数流加法优化植物乳杆菌高密度培养的发酵条件。在单因素试验基础上,进一步采用SAS软件进行中心组合设计和响应面法优化发酵培养基。优化后的培养基配方为:葡萄糖质量分数5.43%、蛋白胨质量分数0.98%、K2HPO4质量分数0.59%。利用15L全自动发酵罐,在接种量3%、pH6.5、培养温度35℃的最佳条件下,采用氨水中和发酵培养基和指数流加碳、氮源,最终发酵液中植物乳杆菌菌体浓度达到9.3×109CFU/mL。

比生长速率和氮源对毕赤酵母生产重组鲈鱼生长激素的影响

对毕赤酵母胞内表达重组鲈鱼生长激素(rljGH)的发酵罐上生产进行了研究。建立了指数流加甲醇的策略并考察了不同比生长速率对rljGH生产的影响。结果表明,随着比生长速率的增加,平均比生产速率相应增加,但是胞内持续积累rljGH的时间减少。最大比rljGH产量(0.58mg/gWCW)在比生长速率为0.029/h时获得。进一步考察了在诱导阶段添加硫酸铵、蛋白胨和酵母抽提物的影响。结果表明,添加硫酸铵和蛋白胨对于rljGH生产没有显著影响;添加2.5g/L酵母抽提物有助于胞内rljGH的积累,并使胞内积累持续时间由17h增加到23h,提高了发酵稳定性。

枯草杆菌Bacillus sp F26产过氧化氢酶的发酵条件

从内蒙古呼伦贝尔草原的盐碱湖中分离到的一株低度嗜盐嗜碱细菌Bacillus sp F26，能积累高水平过氧化氢酶（CAT）。对Bacillus sp F26发酵产过氧化氢酶的环境与营养条件的研究结果表明，其积累高水平过氧化氢酶的适宜环境条件为：温度37℃，种龄20-22h，接种量5％，装液量50mL／（250mL的摇瓶）。适宜发酵培养基组成（g／L）为：葡萄糖15，牛肉膏10，玉米浆10，酵母膏5，磷酸二氢钾1，氯化镁0．2，氯化钠50，碳酸钠10。采用上述条件进行摇瓶分批发酵实验，发酵20h，过氧化氢酶酶活达到16．32U／mL，细胞干重为4．12g／L。进一步研究发现，在对数生长后期（16h）添加2mmol／L的H2O2可以明显刺激产酶，在5L的发酵罐上进一步以指数速率方式流加H2O2，由于该流加方式可降低H2O2对细胞的毒害作用，过氧化氢酶酶活达到29．89U／mL，与分批发酵相比提高了92．8％。

组合策略促进碱性果胶酶在毕赤酵母中高效表达

本研究组合了基因密码子优化及分子伴侣共表达策略提高碱性果胶酶(PGL)在毕赤酵母中的胞外产量。基于Pichia pastoris密码子偏好性,优化了来源于Bacillus sp.WSHB04-02 PGL高热稳定性突变体K314M基因,并克隆至pPIC9K的Eco R I-Not I得到PGL表达载体p PIC9K-PGL。p PIC9K-PGL转化Pichia pastoris GS115(his-)得到重组菌GS115/PGL 14#,胞外PGL酶活达到301.32 U/mL,较优化前提高25.1%。在此基础上,分别及同时共表达分子伴侣内质网蛋白折叠氧化还原辅助因子(ERO1)和泛素共轭酶(UBC1)。结果显示,同时表达ERO1和UBC1(GS115/PGLl-ERO1-UBC1 2#)使重组菌胞外PGL较共表达前提高49.3%,达到450.12 U/mL。应用指数流加策略对重组菌株GS115/PGLl-ERO1-UBC1 2#进行3 L罐发酵,诱导发酵96h胞外PGL可达1 362.31 U/mL。研究结果对促进PGL产量的提升及其应用具有重要现实意义。

产朊假丝酵母发酵生产谷胱甘肽的补料研究

为了实现产朊假丝酵母(Candida utilis WSH02-08)的高密度培养和提高谷胱甘肽(glutathione,GSH)产量,在分批发酵研究的基础上,考察了指数速率流加和DO-stat反馈流加对产朊假丝酵母合成GSH的影响。结果表明,采用指数速率流加可获得高细胞密度,但不利于GSH的合成,而采用DO-stat反馈流加较适宜细胞积累GSH。因此,提出并运用了指数速率-DO-stat组合流加策略,即采用指数速率流加实现细胞高密度培养,采用DO-stat反馈流加实现GSH的高积累,细胞量、GSH产量和胞内GSH含量分别为82.5 g/L、1120.6 mg/L和1.46%,实现了高细胞密度和高胞内GSH含量的相对统一。

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%.

吸水链霉菌发酵生产谷氨酰胺转胺酶的补料研究

在吸水链霉菌(Streptomyces hygroscopicus)分批发酵研究的基础上,通过在菌体生长阶段指数流加葡萄糖,进行高细胞密度培养,获得了较高的菌体量;待菌体生长进入产酶期后,通过补加氮源,为产酶提供充足的氮源,其中通过流加蛋白质氮源,可以减少蛋白酶对成熟MTG的分解,促进产酶。结果表明,8～16h采用较高的的比生长速率(0.15h-1),后期降低比生长速率(0.10h-1),此时得到的菌体量较高,可达到36g/L,比分批发酵下的菌体量提高了80%。同时在培养基中添加50g/L的豆饼粉,最终酶活可达到5.79U/ml,提高了83%。