Batch and fed-batch production of butyric acid by Clostridium butyricum ZJUCB

The production of butyric acid by Clostridium butyricum ZJUCB at various pH values was investigated. In order to study the effect of pH on cell growth, butyric acid biosynthesis and reducing sugar consumption, different cultivation pH values ranging from 6.0 to 7.5 were evaluated in 5-L bioreactor. In controlled pH batch fermentation, the optimum pH for cell growth and butyric acid production was 6.5 with a cell yield of 3.65 g/L and butyric acid yield of 12.25 g/L. Based on these results, this study then compared batch and fed-batch fermentation of butyric acid production at pH 6.5. Maximum value (16.74 g/L) of butyric acid concentration was obtained in fed-batch fermentation compared to 12.25 g/L in batch fermentation. It was concluded that culti- vation under fed-batch fermentation mode could enhance butyric acid production significantly (P<0.01) by C. butyricum ZJUCB.

丁酸梭菌对断奶仔猪盲肠菌群结构和产丁酸代谢的影响

为探究丁酸梭菌对断奶仔猪盲肠菌群结构和产丁酸代谢的影响,试验选取162只日龄为(25±1)d的“杜×长×大”三元杂交断奶仔猪,随机分成3组,对照组(Ctrl组)给予常规饲料喂养,试验组在对照组的基础上分别加入浓度为500 mg/kg(CB500组)和2000 mg/kg(CB2000组)的丁酸梭菌,试验周期为30 d。试验完成后,采用高通量测序技术和实时荧光定量(RT-qPCR)对盲肠菌群结构、产丁酸的功能基因丁酸激酶和丁酰-CoA:乙酰-CoA的表达水平进行测定分析,借助于气相色谱法对仔猪体内短链脂肪酸的含量进行测定分析。试验结果显示:(1)在门水平,仔猪盲肠优势菌门为厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和放线菌门(Actinobacteria);相比Ctrl组而言,CB2000组的变形菌门和广古菌门(Euryarchaeota)相对丰度分别下降了1.93%和6.62%(P<0.05)。在属水平,相比Ctrl组而言,试验组土孢杆菌属(Terrisporobacter)、库特氏菌属(Kurthia)和链球菌属(Streptococcus)的相对丰度分别升高了0.38%、0.71%和0.03%(P<0.05);弯曲菌属(Campylobacter)和瘤胃菌属(Ruminococcaceae_UCG-014)的相对丰度分别下降了5.5%和0.72%(P<0.05)。(2)丁酸梭菌处理使断奶仔猪盲肠中丁酸、戊酸和总短链脂肪酸等含量增多,其中丁酸含量增加趋势较为明显(P=0.064),特别是CB2000组丁酸含量比对照组增加了28.0%。(3)与Ctrl组相比,丁酸梭菌处理组的丁酸激酶和丁酰-CoA:乙酰-CoA转移酶的相对表达含量增多,尤其是丁酰-CoA:乙酰-CoA转移酶的表达量增加趋势较为显著(P<0.05),且CB2000组丁酰-CoA:乙酰-CoA转移酶的表达量与Ctrl组相比增加了15%。由此说明,丁酸梭菌处理能够改善仔猪盲肠菌群结构,增加菌群代谢产生的短链脂肪酸含量,从而更好地改善肠道内环境的稳态,有利于断奶仔猪的健康生长。

乙酸和乙醇对酪丁酸梭菌产丁酸的影响

酪丁酸梭菌为厌氧菌,主要产物为丁酸,丁酸在食品中作为添加剂被广泛使用。通过对酪丁酸梭菌发酵产酸能力进行初步探究,发现在一定浓度范围内添加外源乙醇,能够使酪丁酸梭菌W-1菌株产丁酸能力得到提升,丁酸产量达到顶峰时,乙醇添加量为1%,产量为2.9673 g/L,增加率为38.87%。而外添加乙酸的添加则并不能使丁酸产量得到提升。

丁酸梭菌紫外诱变选育高产丁酸菌株及其耐受性分析

为了筛选耐受性较好、高产的丁酸梭菌菌株,试验采用紫外诱变的方法使菌株产生突变,通过平板初筛、发酵复筛,得到了一系列较出发菌株丁酸产量高的菌株,分析其对温度、模拟胆盐、模拟肠液的耐受性。结果表明:D2-3菌株丁酸产量最高,达到3.23 g/L,较出发菌株的丁酸产量(2.11 g/L)提高53.08%。连续培养7代后其丁酸产量为3.16 g/L,产酸能力稳定。在80℃处理10 min、0.5%胆盐处理2 h、模拟肠液处理2 h、模拟胃液处理2 h条件下,D2-3菌株的存活率分别93.27%、91.32%、99.16%、92.42%,显著高于出发菌株(P<0.05)。说明诱变菌株D2-3具有较高的丁酸产量,且对温度、胆盐模拟肠液、模拟胃液有较好的耐受性。

丁酸梭菌特性研究与在饲料中的应用

丁酸梭菌具有营养体和芽孢体,芽孢体具有耐高温、耐胃酸、耐胆碱的特性;能在肠道内定植,与其他益生菌共生,代谢产物具有抑菌性,抑制致病菌降低腹泻率;通过酸类发酵阶段产生的丁酸,是细胞重要的能量来源。丁酸梭菌被誉为肠道健康第一菌,在饲料禁抗中发挥重要的作用;断奶仔猪日粮中添加丁酸梭菌(2.0×10^(5)CFU·g^(-1)),日增重提高1.3%、料重比降低5.9%、腹泻率降低20.24%;肉仔鸡日粮中添加丁酸梭菌(2.0×10^(5)CFU·g^(-1)),采食量提高1.5%、日增重提高6%、料肉比从1.72降至1.64。

离子交换法解除丁酸梭状芽孢杆菌发酵液中丁酸抑制的研究

采用离子交换法吸附发酵液中的丁酸，从18种树脂中筛选出了1种对丁酸吸交性能较好的树脂A。树脂A对10g／L的丁酸溶液中丁酸的静态吸附量为243．3g／kg，对5g／L丁酸梭状芽孢杆菌发酵液中丁酸的静态吸附量则为142．2g／kg。动态吸附实验表明，树脂A吸附性能良好，洗脱峰高而窄，再生性能优良。5L发酵罐实验表明，发酵残液经陶瓷膜过滤，再经过离子交换树脂脱酸后，补充新鲜培养基打入发酵罐中进行循环使用，大大降低了原发酵液中丁酸对丁酸梭状芽孢杆菌生长的抑制，大幅度提高了菌体浓度，使之由补料分批高浓度培养时的6．1×10^8个／mL提高到1．2×10^9个／mL。

腐乳中优势细菌群落研究及丁酸梭菌的分离鉴定

本研究借助聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术分析青方、红方、白方和低盐红腐乳的优势细菌群落,使用亨盖特厌氧滚管法对青方腐乳中丁酸产生菌进行分离,并进行分子生物学鉴定和生理生化特性研究。DGGE结果表明:青方腐乳的优势细菌群落多于其他类型腐乳,主要有枯草芽孢杆菌、乳酸菌、产气肠杆菌、丁酸梭菌等几大类。为了进一步利用青方腐乳中的丁酸梭菌,增强青方腐乳微生态健康作用,从青方腐乳中分离到12株单菌落,通过高效液相色谱对其培养液中丁酸含量进行测定。结果表明,12株菌中有2株菌(BP01和BP02)代谢产物含丁酸,BP01菌株和BP02菌株发酵48 h培养液中丁酸含量分别为6.48和3.27 mmol/L。通过分子生物学技术鉴定BP01菌株为丁酸梭菌,BP02为双酶梭菌。考虑到BP01菌株产丁酸能力较强且为广泛认可的益生菌,后续试验选择BP01菌株为研究对象,观察其菌株菌落形态并进行生理生化鉴定,进一步验证BP01菌为丁酸梭菌(Clostridium butyricum)。

一株发酵纤维素产丁酸菌及其代谢动力学特性

为开发降解纤维素产丁酸菌的种子资源,从牛粪、猪粪堆肥、玉米地土壤和腐木混合物的富集样品中分离得到一株厌氧降解纤维素产丁酸菌.该菌株细胞呈杆状,长7.1~9.1μm,直径1.2μm左右,经鉴定为丁酸梭菌（Clostridium butyricum）,命名为C.Butyricum DCB.在35℃条件下,菌株DCB在纤维二糖液体培养基中的最大比生长速率为0.6536h-1,世代时间为1.06h,纤维二糖降解速率为0.1g/（L·h）,丁酸生成速率为0.06g/（L·h）.该菌株利用纤维素发酵产丁酸的转化率高达0.23g/g,具有良好的开发前景.

丁酸梭菌与酪丁酸梭菌发酵特性比较

从人粪便、窖泥和动物肠道内容物分离筛选出3株丁酸梭状芽孢杆菌,分别命名为Clostridium butyricum NK、Clostridium butyricum SY、Clostridium butyricum RX。比较丁酸梭菌NK、丁酸梭菌SY、丁酸梭菌RX和酪丁酸梭菌ATCC25755在合成培养基的发酵特性。结果表明:丁酸梭菌NK和丁酸梭菌SY生长能力较强。酪丁酸梭菌产丁酸能力较强,而产乳酸能力低于丁酸梭菌。3株丁酸梭菌相比较,丁酸梭菌NK产丁酸能力较强,达2.08g/L。

一株高产丁酸的丁酸梭菌分离鉴定及其生物学性质研究

从健康成人新鲜粪便中筛选得到一株高产丁酸的丁酸梭菌C1-6,分析其生长特性和部分生物学性质。从形态学特征、生理生化试验、16S rDNA基因序列同源性以及多位点序列分型(Multi-site sequence typing,MLST)等方面对菌株进行鉴定;分析了该菌的部分生物学性质,包括发酵液中丁酸含量,对酸、胆盐、模拟消化道的耐受性以及抗生素抗性。结果表明,丁酸梭菌C1-6的24 h发酵液中丁酸含量达到2.1 g/L左右;对酸、胆盐以及模拟消化道环境具有较强的耐受性,其在pH2和pH3的酸性条件下孵育3 h后的存活率分别为72.5%和91.8%,对胆盐的耐受性随胆盐浓度的提高略有上升,当胆盐浓度为1%时,其存活率为104.63%,经过模拟消化道环境后其存活率仍高达93%以上;除对氯霉素、卡那霉素等氨基糖苷类抗生素和青霉素具有抗性外,对氨苄西林、四环素、万古霉素、头孢呋辛均比较敏感,有必要进一步评价其耐药基因的转移风险。由以上结果发现,丁酸梭菌C1-6有一定的潜在应用价值。

丁酸的生产应用研究进展

丁酸是一种挥发性短链脂肪酸,无色油状液体,具有刺激性及难闻的气味。在自然界中天然丁酸来源比较广泛,主要由各种厌氧梭菌产生。丁酸及其衍生物广泛应用于化工、食品、饲料、医药等各个领域。随着大量研究的进行,人们对丁酸的化学和生物合成机制的了解逐渐深入,然而天然的丁酸及其衍生物不能完全满足社会需要,因此构建非天然丁酸及其丁酸衍生物成为研究的热点。文章介绍了丁酸的两种化学合成法及其技术路线和3种生物制备丁酸的方法;介绍了丁酸在饲料添加剂、食物调味品、化学制造业以及医药领域的应用进展情况,最后展望了丁酸及其衍生物的环保、产量大、纯度高的制备技术,以及更加广泛的应用前景。

丁酸型产氢细菌WN9利用谷糠发酵的产氢特征

该研究从牡丹江江滨公园的河道底泥样中筛选获得1株丁酸型发酵产氢细菌的新菌株Clostridium butyricum WN9,并分别以葡萄糖和小米内、外壳谷糠为底物进行发酵产氢实验。实验结果表明:以葡萄糖为底物时,最大比产氢率为1.89 mol/mol;以小米内、外壳谷糠为底物时,内壳谷糠更易被利用,最适宜的内、外壳谷糠浓度分别为50,30 g/L,最大比产氢率分别为20.1,12.7 mL/g;低初始pH值条件(pH<6.0)有利于提高谷糠转化效率,当内、外壳谷糠浓度均为50 g/L,初始pH值为6.0时,最大比产氢率分别提高至21.5,15.5 mL/g。

腐乳丁酸及产丁酸菌发酵特性分析

研究不同类型腐乳丁酸含量及青方腐乳发酵过程丁酸变化规律,进一步分析青方腐乳中分离鉴定产丁酸菌的部分发酵特性。结果表明:青方腐乳丁酸含量远高于其他类型腐乳,达到25.4 mg/g(干质量),丁酸主要在青方腐乳后酵前30 d产生,与后酵过程中特定微生物密切相关;青方腐乳乳酸含量较低,且后酵过程呈下降趋势,可在特定微生物作用下转化为丁酸;青方腐乳中分离鉴定的丁酸梭菌BP01培养过程较快进入对数生长期,培养18 h进入生长稳定期,终产物pH值为5.8,能利用乳酸作为碳源,且在葡萄糖和乳酸同时存在作为碳源时,发酵终产物丁酸含量显著增加;BP01菌株抑制大肠杆菌能力最强,对金黄色葡萄球菌和蜡样芽孢杆菌也有抑制作用,能够耐受一定浓度的食盐,并表现出一定的温度适应性,有应用于青方腐乳发酵潜力。研究结果证明青方腐乳富含丁酸,其含量远高于目前已报道的其他食品资源,丁酸梭菌有应用于青方腐乳发酵的潜力。

丁酸梭菌及其代谢产物对畜禽肠道健康影响的研究进展

丁酸梭菌是一种专性厌氧菌,能通过竞争、排斥及替代等作用抑制大肠杆菌等致病菌在肠道中的黏附作用,并由Toll样受体(TLR)介导免疫应答,增强机体免疫力。其主要代谢产物——丁酸是结肠上皮细胞的主要能量物质,能促进结肠上皮细胞增殖,增强肠道屏障功能;其代谢产生的其它物质可以补充机体所需的营养素和提高肠道对饲料中营养物质的消化、吸收与利用率,改善畜禽生产性能。本文就丁酸梭菌及其代谢产物对畜禽肠道屏障和免疫功能的影响及其机制作一综述,旨在为丁酸梭菌新功能的挖掘及调节肠道健康的生产应用提供参考。

顶空-气相色谱法测定丁酸梭菌发酵液中短链脂肪酸含量

短链脂肪酸是丁酸梭菌生长代谢过程中的重要产物,是肠道内发生益生作用的主要物质之一。利用顶空-气相色谱(HS-GC)内标法测定短链脂肪酸,对该方法进行了方法学验证,并测定了丁酸梭菌在48 h发酵过程中短链脂肪酸含量的变化。结果表明:采用HS-GC可以很好地将各短链脂肪酸分离,且选用的内标物2-乙基丁酸与待测组分之间分离度较好;各短链脂肪酸标准品在0.1~20.0 mmol/L范围内,线性相关系数均大于0.999,检出限为0.01~0.17 mmol/L,定量限为0.02~0.53 mmol/L,3 d内稳定性良好,样品加标回收率在88.90%~108.71%之间,符合测定要求;发酵液中检测到乙酸和丁酸两种短链脂肪酸,且含量随发酵时间延长逐渐增加,在40~48 h期间,乙酸和丁酸含量分别稳定在11.9 mmol/L和14.1 mmol/L左右。该方法无需复杂的前处理操作,准确度和精密度均符合要求,总分析时间较短,适用于丁酸梭菌发酵液中短链脂肪酸的快速检测。

生物技术生产丁酸的研究进展

丁酸作为一种重要的化工原料,已经广泛应用于食品添加剂与医药等领域。目前,工业上生产丁酸主要是从石油中提取有机化合物进行化学合成。与有机化合物合成法相比,微生物发酵产丁酸的优势有:所用的原料来源非常广,发酵过程低能耗,不污染环境,而且可以持续添加原料发酵生产丁酸。因此,通过生物技术发酵生产丁酸越来越受到人们的重视。介绍了丁酸的性质、产丁酸菌株的特点、微生物发酵产丁酸的细胞代谢途径及其调控、发酵法生产丁酸的工艺运行方式和产丁酸菌株及其代谢产物的生理功能这五部分内容,以期为今后开展发酵法产丁酸的微生物基因工程改造以及生产工艺的优化提供参考。

丁酸梭菌发酵产酸优化及对肉鸡生长性能的影响

试验旨在提高发酵代谢产物丁酸的含量,评估丁酸梭菌发酵液对肉鸡生长性能的影响。利用HPLC方法定量分析检测有机酸,培养基采用L_(9)(3^(4))正交试验优化。选择150只1日龄白羽肉鸡进行饮水试验,随机分为3组,分别为对照组和试验组1、试验组2,每组5个重复,每个重复10只鸡;对照组正常饮用水,试验组1、试验组2分别为饮用水中添加0.2%优化前、后的丁酸梭菌液(1.27×10^(8) CFU/mL),试验期42 d。结果显示,菌体发酵代谢生成丁酸的影响因素由大到小依次为可溶性淀粉>葡萄糖>初始pH值。最优组合为可溶性淀粉20 g/L、葡萄糖10 g/L、初始pH值为7.5。经过发酵优化后,发酵液中丁酸含量由优化前的2.803 g/L提高至8.050 g/L。饮水试验结果显示,与对照组相比,1~42日龄试验组肉鸡的料重比和腹泻率均显著降低(P<0.05);且试验组2腹泻率最低,显著低于试验组1(P<0.05)。研究表明,产酸优化后的丁酸梭菌对肉鸡生长具有显著的改善效果。

丁酸梭菌200L罐发酵研究

本实验在摇瓶实验的基础上,研究了丁酸梭菌在200L罐中中试水平的发酵规律,使用RCM培养基作为种子培养基,接种量1%,200L罐装液量140L,培养温度37C,转速50rpm/min,厌氧密闭培养,在不同时间段,对单位时间补碱量、丁酸产量、活菌数、芽孢率进行研究,研究结果表明,丁酸梭菌在200L罐中发酵,延迟期5~7h,对数期10~12h,发酵20h后开始产生芽孢,最终芽孢率达到95%,自然成孢效果良好,为丁酸梭菌的规模化生产提供了一定借鉴。

麦芽纤维对溃疡性结肠炎大鼠盲肠内酪酸菌及血液中酪酸含量的影响

目的:通过测定大鼠盲肠内酪酸菌及血液酪酸的含量,研究麦芽纤维改善肠道菌群、保护肠道黏膜屏障以及治疗溃疡性结肠炎的作用。方法:大鼠随机分成正常组、模型组、对照组、治疗组。采用乙酸灌肠法建立大鼠溃疡性结肠炎模型,分组喂饲后,应用细菌培养法和气相色谱法测定盲肠内酪酸菌及血液中酪酸含量。结果:与正常组比较,模型组大鼠肠道酪酸菌含量及血液中酪酸含量明显减少,与模型组比较,治疗组肠道酪酸菌含量及血液中酪酸含量显著增加(P<0.05)。结论:麦芽纤维能选择性刺激内源性特定有益菌之酪酸菌的增殖,促使酪酸生成,提高酪酸含量,从而改善大鼠肠道菌群、保护肠道黏膜屏障,对溃疡性结肠炎起到有效治疗作用。

丁酸梭菌及产丁酸代谢改造

丁酸梭菌(Clostridium butyricum)是一种专性厌氧菌,可通过多基因过表达、同源重组、基于非复制型质粒和非复制型质粒的同源重组等多种遗传操作方式对其进行改造。丁酸是丁酸梭菌发酵的产物之一,丁酸用途广泛,用于饲料添加剂,可提高动物抵抗力,减少抗生素的使用。用丁酸梭菌发酵产丁酸,其产量仍然较低,不利于工业化生产,有必要通过代谢工程对丁酸梭菌产丁酸的途径进行优化。对丁酸梭菌的主要代谢途径、遗传操作体系及丁酸合成途径的优化等研究进展进行了综述。在此基础上,对丁酸梭菌进一步改造的思路和想法进行了展望。