基于5-酮基-D-葡萄糖酸生物制造L-(+)-酒石酸的研究进展

利用生物质可再生资源为原料生产L-(+)-酒石酸符合当前国际的需求。从生产方式、发酵底物及工艺方面综述了L-(+)-酒石酸的研究情况,并指出糖质发酵法生物制造L-(+)-酒石酸的潜在优势,讨论了其中存在的问题、反应的机理以及前体物质的研究情况,并展望了今后的研究方向。

过表达果糖脱氢酶促进氧化葡萄糖酸杆菌高效合成5-酮果糖

5-酮果糖(5-KetoFructose,5-KF)具有与D-果糖相似的甜度和自然甜味,且不能被人体代谢而具有低热量的优点,是一种具有发展前景的非营养型天然甜味剂。为了获得5-酮果糖高产菌株,作者将来源于Gluconobacter japonicus的膜结合的果糖脱氢酶基因在Gluconobacter oxydans中过表达,通过对不同的宿主、表达载体和启动子的筛选,获得一株能够高效合成5-KF的工程菌QT-10。在3 L发酵罐中进行补料发酵优化,最终采用恒速连续流加果糖的方式,该工程菌可在82 h内消耗质量浓度为650 g/L的D-果糖,5-KF的产量高达608 g/L,产率为94.6%,时空产率为7.41 g/(L·h)。

5-酮基-D-葡萄糖酸发酵生产的工艺条件优化

葡萄糖酸氧化杆菌可将葡萄糖转化为5-酮基-D-葡萄糖酸(5-KGA),而5-KGA是重要食品添加剂L(+)-酒石酸的合成前体。为提高5-KGA产量及其对葡萄糖的转化率,对5-KGA发酵生产的工艺条件进行优化。在摇瓶水平最适的培养基和培养条件下,5-KGA最高产量为19.7 g/L,较优化前提高43.8%。在5 L发酵罐上控制恒定pH值5.5、溶氧浓度15%条件下,5-KGA产量达到46.0 g/L,较摇瓶最高产量提高1.3倍,应用葡萄糖流加工艺,5-KGA最高产量达到75.5 g/L,转化率超过70%,与已见报道的最高水平相比提高了32.0%,为实现微生物发酵生产5-KGA、进而合成L(+)-酒石酸的工业化提供了切实有效的途径。

噬菌体污染对荧光假单胞菌K10052-酮基-D-葡萄糖酸发酵的影响

在实验室条件下,考察了噬菌体污染对荧光假单胞菌K1005的2-酮基-D-葡萄糖酸发酵的危害。研究结果表明,发酵早期的噬菌体污染减缓菌株对葡萄糖的利用,导致发酵周期大大延长和发酵转化率明显降低。

维生素C重要前体2,5-二酮基-D-葡萄糖酸发酵研究

从腐烂苹果、青椒等材料中分离出 6 78株菌 ,得到 1株菌A6经鉴定为葡萄糖酸杆菌(Gluconobactersp ) ,其发酵液分离提取产物经红外、紫外光谱、质谱、核磁共振和圆二色谱鉴定确证为 2 ,5 二酮基 D 葡萄糖酸。该菌的发酵条件研究表明 ,在含 2 5 %葡萄糖的玉米浆碳酸钙培养基中 ,2 8℃发酵 7d可生成 2 ,5 二酮基 D 葡萄糖酸 172 0mg/mL ,摩尔转化率为5 2 0 3%。在耐糖性方面高于国内同类报道。

2-酮基-D-葡萄糖酸产生菌球状节杆菌K1022抗噬菌体菌株的选育

从 2 酮基 D 葡萄糖酸产生菌球状节杆菌K10 2 2的异常发酵液中分离到 3种噬菌体 ,分别将其命名为KS2 11、KS2 12和KS2 13。采用紫外诱变或自然选育的方法 ,获得了 6株具有抗噬菌体能力的 2 酮基 D 葡萄糖酸高产菌株。研究了抗株C2 2 4和K2 32的遗传稳定性 ,并在 5 0kL的发酵罐上进行了发酵生产试验。结果表明 ,经多次传代 ,菌株C2 2 4和K2 32对噬菌体的抗性及其发酵产酸能力没有改变 。

补料分批培养生产2-酮基-D-葡萄糖酸的研究

研究了补糖对荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)AR4生产2-酮基-D-葡萄糖酸的影响,并在50kL发酵罐上进行了补料分批培养工业应用性试验。研究结果表明,采用补料分批培养方法,能有效提高发酵液中的产物浓度;开始补糖时发酵液中的残糖浓度以3%～6%为宜;补料分批培养方法及AR4菌株可用于2-酮基-D-葡萄糖酸的工业化规模生产中。

2-酮基-D-葡萄糖酸发酵生产研究进展

2-酮基-D-葡萄糖酸(2KGA)是合成食品抗氧化剂D-异抗坏血酸钠及D-异抗坏血酸的前体,通常采用细菌发酵的方法由D-葡萄糖转化而来。本文概述了2KGA的生物合成途径、2KGA产生菌的选育、2KGA的发酵条件、2KGA的发酵工艺、2KGA发酵产物的提取、国内2KGA发酵生产中存在的主要问题及改善对策等。

荧光假单胞菌AR4产2-酮基-D-葡萄糖酸发酵条件的研究

以淀粉水解糖为碳源,研究了不同氮源、碳氮比、金属离子、接种量以及环境因子(培养基起始pH值、通气量、温度)对抗噬菌体菌株荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)AR4产2-酮基-D-葡萄糖酸发酵的影响。结果表明,氮源、碳氮比、培养基的起始pH值、通气量及温度对该菌的产酸均有显著影响。在适宜培养条件下,该菌的摇瓶产酸及发酵转化率分别可达13.5%和90%左右。

由2-酮基-D-葡萄糖酸直接合成异Vc的研究

以2-酮基-D-葡萄糖酸(2-KG)为原料,在酸催化下直接合成异Vc;用TLC法定量测定异Vc含量;考察了反应温度、反应时间、催化用酸的种类和用量、2-KG浓度等因素对异Vc收率的影响,并从理论上对反应结果进行了探讨。

2-酮基-D-葡萄糖酸产生菌荧光假单胞菌A46抗噬菌体菌株的选育

从2-酮基-D-葡萄糖酸产生菌荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)A46的异常发酵液中分离到1种噬菌体,将其命名为KS461。透射电镜观察表明,KS461呈近球形,直径为52nm。以荧光假单胞菌A46为出发菌株,利用紫外诱变的方法,获得了4株对噬菌体KS461具有抗性的2-酮基-D-葡萄糖酸高产菌株,并研究了这些变异株的遗传稳定性。研究结果表明,经8次传代,这些变异株对噬菌体的抗性及其发酵产酸能力没有改变。

旋光法测定发酵液中2-酮基-D-葡萄糖酸

通过测定发酵液的旋光度及其葡萄糖质量浓度,计算发酵液中2-酮基-D-葡萄糖酸的质量浓度,并考察该方法实际应用的可行性。结果表明:对照品溶液的旋光度、2-酮基-D-葡萄糖酸质量浓度和葡萄糖质量浓度之间存在良好的线性关系,R2>0.9999;该方法精密度、稳定性和重现性良好,2-酮基-D-葡萄糖酸的平均回收率为102.60%,RSD为2.17%(n=5)。该方法可用于发酵液中2-酮基-D-葡萄糖酸的定量检测。

高浓度发酵及膜分离技术在2-酮基-D-葡萄糖酸生产中的应用研究

研究中和剂和底物总浓度对2-酮基-D-葡萄糖酸补料分批发酵的影响,并初步考察膜分离技术在发酵产物提取中应用的可行性。结果表明:在2-酮基-D-葡萄糖酸的补料分批发酵中,以NaOH或Na2CO3代替CaCO3作为中和剂,能够有效提高发酵培养基中的底物总浓度,且发酵转化率可达90%左右;在NaOH或Na2CO3作为发酵中和剂的情况下,膜技术可应用于2-酮基-D-葡萄糖酸的提取中,且有助于其提取率的提高。

工业生产条件下噬菌体对2-酮基-D-葡萄糖酸发酵的影响(英文)

考察了工业生产条件下噬菌体对2-酮基-D-葡萄糖酸发酵的危害,并研究了噬菌体侵染后菌体形态、种子培养过程和发酵过程的变化。研究结果表明,噬菌体侵染导致了发酵转化率的下降、发酵周期的延长和发酵液过滤速率的降低。发酵前期、中期和后期的噬菌体侵染所造成的危害差异显著(p<0.01),侵染时期愈早所造成的危害愈大。

玉米浆粉预处理对粘质沙雷氏菌发酵产2-酮基-D-葡萄糖酸的影响

通过比较不同预处理方法获得的玉米浆粉在粘质沙雷氏菌SD136作用下产2-酮基-D-葡萄糖酸的影响,组合复配玉米浆粉,结果表明:最佳玉米浆粉复配比为玉米原浆粉和酶解玉米浆粉3∶1,2-酮基-D-葡萄糖酸产量达到(171.39±4.5)g/L,发酵时间由40 h缩短至37 h,对糖转化率达到95.22%。玉米原浆粉和酶解玉米浆粉的组合复配能够提高粘质沙雷氏菌SD136的发酵效率和2-酮基-D-葡萄糖酸的产量。

球形节杆菌C224分批发酵2-酮基-D-葡萄糖酸的条件优化及其动力学模型的构建

通过优化发酵条件,提高球形节杆菌C224菌株利用大米淀粉水解糖分批发酵2-酮基-D-葡萄糖酸的生产强度,并在此基础上构建其发酵动力学模型。在50 L的发酵罐上考察了通气量与葡萄糖浓度对2-酮基-D-葡萄糖酸发酵的影响,并基于Logistic方程、Luedeking-Piret方程和物料平衡计算分别构建了菌体生长、产物形成和底物消耗的动力学模型。研究结果表明,通气量低于1.5 v.v-1.m-1时,发酵生产强度明显减小,糖酸转化率有所降低;发酵培养基中的葡萄糖浓度以120.0～180.0 g/L为宜,过高或过低对生产强度和糖酸转化率均有不利影响。在适宜的发酵条件下,球形节杆菌C224菌株分批发酵生产2-酮基-D-葡萄糖酸的生产强度达6.36～6.54 g/(L.h),糖酸转化率为0.96～0.97 g/g。所构建动力学模型的计算值与实验值拟合效果良好,各项模型的相关系数R2均大于0.95,说明其能够揭示球形节杆菌C224分批发酵2-酮基-D-葡萄糖酸代谢基本特征。

2,5-二酮基-D-葡萄糖酸产生菌株发酵条件研究

从腐烂苹果、青椒等材料分离得到一株葡萄糖酸杆菌 (Gluconobactersp .)A6 可将葡萄糖转化为 2 ,5 二酮基 D 葡萄糖酸。该菌的发酵条件研究表明 ,在含质量浓度 2 5 %葡萄糖的玉米浆碳酸钙培养基中 ,2 8℃发酵 7d可生成 2 ,5 二酮基 D 葡萄糖酸钙 172 0mg/mL ,转化率为摩尔比 5 2 0 5。

荧光假单胞菌AR4在2-酮基-D-葡萄糖酸工业生产中的应用研究

在噬菌体存在的情况下,采用抗噬菌体菌株荧光假单胞菌(Pseudomonasfluorescens)AR4在200m3发酵罐上进行了2-酮基-D-葡萄糖酸的发酵生产。结果表明,荧光假单胞菌AR4对生产环境中噬菌体的抗性稳定,发酵周期短,发酵转化率高;经过10次传代,荧光假单胞菌AR4对噬菌体的抗性及其发酵生产2-酮基-D-葡萄糖酸的能力没有改变;该菌株的发酵产物可以用于食品抗氧化剂D-异抗坏血酸钠的合成。

2-酮基-D-葡萄糖酸加热脱羧反应的研究

2 -酮基 -D -葡萄糖酸属于α -碳上有吸电子基团的羧酸 ,受热容易发生脱羧 (脱CO2 )反应。本工作利用酸碱滴定的方法来确定加热前后 2 -酮基 -D -葡萄糖酸摩尔数的变化 ,探讨了加热温度和加热时间对脱羧反应的影响。结果表明 ,在 10 0℃以内 ,无论是固态的 2 -酮基 -D -葡萄糖酸还是它的水溶液 ,脱羧分解都不明显 ;在 10 0℃以上 ,脱羧分解随着温度的升高和加热时间的延长而加剧。

利用荧光假单胞菌固定化细胞生产2-酮基-D-葡萄糖酸

以海藻酸钠为载体固定荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)AR4,考察固定化细胞发酵生产2-酮基-D-葡萄糖酸的条件。结果表明:利用5.0%海藻酸钠制备的固定化细胞颗粒稳定性好,可重复利用7次;发酵培养基中玉米浆的最适质量浓度为0.75g/100mL,固定化细胞的适宜发酵温度为30～36℃;在适宜的培养条件下,固定化细胞与游离细胞的2-酮基-D-葡萄糖酸产量及糖酸转化率基本相同,分别可达13.5g/100mL和90.0%左右。