农作物秸秆发酵制备丁二酸的代谢工艺优化

该文对产丁二酸放线杆菌的发酵工艺优化,为工业规模的农作物秸秆生物转化制备丁二酸提供重要指导。采用碱解与酶解方法处理原料秸秆,并利用高效液相检测水解液,结合代谢途径的分析对发酵工艺进行了正交试验与响应曲面优化。秸秆水解液的检测表明200g的秸秆干粉水解得约52g的葡萄糖和约24g的木糖。对菌株的代谢途径分析表明细胞具有五、六碳糖代谢酶系,以及在大量合成丁二酸的同时也产生少量乙酸、α-酮戊二酸等副产物。在单因素培养基础上,正交试验结果表明当主要的离子及生物素采用如下浓度(mmol/L)时:镁离子6.0、锰离子0.9、亚铁离子0.6、锌离子1.5、VB20.005、VB50.012、VB140.003及VB120.01,产丁二酸达58g/L。进一步的响应曲面分析表明,CO2与H2的比例、氟乙酸微量浓度、发酵pH三因素不但对产丁二酸有影响,且相互之间存在联系,当CO2与H2的比例为30.43、pH维持5.51、氟乙酸浓度为0.103mmol/L时,丁二酸产量最高达73g/L。代谢工艺的优化将丁二酸的产量提高了约25g/L,使得菌株具有进一步的工业应用潜力。

秸秆水解液发酵产丁二酸高产菌株的选育及其代谢调控

采用酸解与酶解处理秸秆并对菌株代谢途径进行分析,以软X射线诱变选育乙酸及乳酸代谢阻断突变株,并围绕HMP与EMP流量比调控H还原力以及围绕木酮糖激酶实施五、六碳糖共代谢调控。结果表明200g秸秆水解得57g葡萄糖和11g木糖,出发株代谢流量显示丁二酸、乳酸及乙酸流量分别为2.547、0.726、0.611mmol·g-1·h-1。乳酸脱氢酶突变株HF-1代谢分析显示,其乳酸流量降至0.0296mmol·g-1·h-1,氟乙酸抗性突变株HF-2的代谢分析显示,其乙酸流量降至0.100mmol·g-1·h-1,丁二酸流量有所下降。H还原力代谢平衡调控显示,少量柠檬酸盐的添加使HMP与EMP流量比从1.389∶0.389增至1.684∶0.330时,间接促进丁二酸代谢流量从3.005mmol·g-1·h-1增至3.468mmol·g-1·h-1。酶活调控显示,碳酸镁取代碳酸钙作为中和剂促使木酮糖激酶酶活从76U·mg-1增至560U·mg-1,进而使木糖代谢流量从0.0444mmol·g-1·h-1增至0.453mmol·g-1·h-1,最终五、六碳糖共代谢产丁二酸达68.7g·L-1。