一株丁二酮高产菌株的鉴定及发酵条件优化

天然丁二酮是一种香精载体,为提高其产量,有必要筛选出丁二酮高产菌株及其最佳发酵条件.从保存的一株丁二酮高产菌株6-1(2)出发,通过分子生物学方法对其进行鉴定,采用单因素试验和最佳单因素组合实验的方法筛选出该菌株的最佳发酵条件.结果表明,实验菌株6-1(2)与植物乳杆菌Lactobacillus plantarum的AB326301.1序列同源性最高,初步鉴定为植物乳杆菌;发酵条件经过优化后,丁二酮的产量从初始的38 mg/L提高到167.56 mg/L,提高了340.95%,产量提高显著.优化发酵条件为:牛肉膏10 g/L,柠檬酸氢二胺2 g/L,酵母浸粉15 g/L,磷酸氢二钾2 g/L,乙酸钠2 g/L,葡萄糖20 g/L,蛋白胨30 g/L,吐温-80 1 mL/L,初始pH 6.2-6.4,接种量1.5%,37℃静置培养10 h;该发酵条件下的丁二酮产量提高显著.本研究对丁二酮的工业化生产具有一定的参考价值.     

紫外诱变选育高产丁二酮乳酸菌株及其低成本发酵优化

2,3-丁二酮是一种常用的安全食品添加剂,为了提高微生物发酵中菌株的丁二酮产量,从泡菜水样品中分离筛选出一株野生型高产丁二酮菌株,并进行紫外诱变选育以及发酵条件优化.筛选获得高产丁二酮野生型乳酸菌株(1)-2,产量为67.02 mg/L,经16S r DNA分子鉴定为植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum).紫外诱变获得高产丁二酮突变株U13,产量为127.88 mg/L.对突变前后菌株几种丁二酮代谢相关酶酶活变化的比较结果显示,突变株丁二酮产量的提高是因为乳酸脱氢酶减少及乙酰乳酸合成酶增加.正交实验优化突变株U13的最佳丁二酮发酵条件为接种量3%,初始pH 6.6,葡萄糖30 g/L,组合氮源(蛋白胨:酵母粉:牛肉膏=2:1:2)20 g/L,柠檬酸氢二铵3 g/L,乙酸钠2 g/L,吐温-80 1 m L/L,K_2HPO_4 2 g/L,Mg~(2+)2 mmol/L,Mn~(2+)0.7 mmol/L,Cu~(2+)2 mmol/L,温度为37℃.利用廉价碳氮源淀粉及小麦麸皮替代原有碳氮源,淀粉替代率不超过20%、小麦麸皮替代率不超过40%时,丁二酮产量降幅比较低.本研究通过诱变选育和发酵条件优化,提高了菌株丁二酮产量,并通过廉价碳氮源替换降低了成本,可为丁二酮的微生物工业发酵提供参考.     

枯草芽孢杆菌ME714产聚-γ-谷氨酸固态发酵培养基的优化

为了提高固态发酵聚-γ-谷氨酸(PGA)的产量,对发酵培养基中的4个主要外加营养组分——谷氨酸钠、尿素、柠檬酸钠、淀粉的配比采用正交设计方案进行试验设计,运用径向基神经网络(RBFNN)建立PGA产量与培养基组分浓度之间的预测模型,采用遗传算法(GA)对此模型进行全局寻优,得到4种主要组份的优化配比:谷氨酸钠318g/kg、尿素28.3g/kg、柠檬酸钠24g/kg、淀粉46g/kg.采用上述方法优化后PGA产量达到75.3g/kg,较原始培养基提高了25.1%.图1表3参14     

一株烟草内生拮抗放线菌发酵条件优化

为提高烟草内生放线菌Y12发酵时产生抑菌物质的产量,通过摇瓶正交优化试验,确定了Y12的三角瓶发酵条件.发酵培养基组成为:黄豆粉1.5%,蛋白胨1.5%,葡萄糖1.5%,可溶性淀粉1.5%,MgSO4.7H2O 0.05%,(NH4)SO40.25%,NaCl 0.4%,KH2PO4 0.1%,CaCO3 0.5%;培养基初始pH 7.5,培养温度30℃,发酵时间72 h.经过优化发酵液的抑菌圈直径增加了44.9%.     

卵孢菌素产生菌株角毛壳菌(Chaetomium cupreum)CH21-20发酵培养条件优化

卵孢菌素(Oosporein)是具有广谱抗菌活性的二联苯醌类化合物;角毛壳菌(Chaetomium cupreum)CH21-20为本实验室通过遗传改良获得的卵孢菌素高产菌株.利用该菌株进行发酵条件研究,获得其最适发酵条件为接种量(体积分数)3%、初始p H 7.0、装液量60 mL/250 mL、摇床转速180 r/min、培养温度24℃.培养基碳氮源和无机盐筛选结果表明,15.0 g/L蔗糖、5.0 g/L蛋白粉及0.5 g/L氯化钠能显著提高卵孢菌素产量.以卵孢菌素为响应值,对蔗糖、蛋白粉、氯化钠进行三因素三水平的Box-Behnken实验设计及响应面法优化研究,得到蔗糖、蛋白粉及氯化钠的最佳配比分别为15.63 g/L、5.22 g/L、0.53 g/L,预测在此发酵条件下卵孢菌素最高产量可达2 547μg/mL,实验验证得到卵孢菌素产量为2 478μg/mL,与预测值接近;发酵条件优化后,卵孢菌素产量提高了56.14%.本研究获得了卵孢菌素稳定高产的摇瓶发酵技术参数.     

一株高产灵菌红素粘质沙雷氏菌的分离鉴定及发酵条件优化

天然色素化合物灵菌红素具有抑制细菌、真菌、疟疾、藻类和肿瘤细胞等多种生物学活性;微生物发酵是生产灵菌红素的主要方法.从自然界植物根际土壤中分离得到一株产红色色素的菌株JWR.经形态和16S rDNA测序鉴定,菌株JWR为粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens);用酸性甲醇溶液对发酵液萃取得到灵菌红素的粗提物,利用FT-IR和HPLC鉴定产物,证明该菌株所产红色色素为灵菌红素.通过单因素以及正交优化法对发酵培养基组分和发酵条件进行优化,确定发酵培养基配方为橄榄油1.5 mL/L、牛肉膏0.5 g/L、硫酸镁0.25 g/L,发酵条件为接种量2.5%(V/V)、温度28℃、转速220 r/min.优化后灵菌红素产量提高到6.011 g/L,相比优化前提高了2.845倍.本研究分离粘质沙雷氏菌并优化发酵条件,提高了灵菌红素产量,可为其工业化生产奠定基础.     

均匀设计法优化高效杀藻菌Microbulbifer sp.BS03培养基及发酵条件

采用均匀设计法设计和二次多项式逐步回归分析,对一株高效杀塔玛亚历山大藻微泡菌BS03(Microbulbifer sp.)产杀藻活性物质的发酵培养条件进行优化.通过单因素实验筛选出碳源、氮源、pH、培养时间和接种量为显著影响因子,并对5个显著影响因子采用U15(155)水平对培养基进行优化.结果表明BS03最适发酵培养条件为:蔗糖8 g/L,蛋白胨10.50 g/L,初始pH值7.5,培养时间32 h,接种量3.00%.验证试验结果显示,在此条件下该菌发酵液的干重为4.725 g/L,较优化前增加了31.35%,LD50为0.768%,较优化前降低了25.14%.研究结果为杀藻活性物质以及杀藻机理的研究奠定了理论基础.     

抗真菌多肽捷安肽素发酵条件的研究

对筛选出的一株芽孢杆菌ZK发酵产物抗真菌多肽捷安肽素的发酵培养基组分(碳源、氮源及无机盐)和工艺条件(发酵温度、起始pH,摇床转速,装液量)进行了摸索,通过单因素实验和正交优化实验,确定了ZK菌株发酵培养基最佳组成:生物氮素3.5％、葡萄糖3％、酵母膏0.08％、MgSO4·7H2O 0.5％、KH2PO4·3H2O 0.1％;最适温度为32℃;最适初始pH为8.0.在250 mL三角瓶中装50 mL培养基,于150 r min-1的旋转摇床上32℃振荡培养72 h,ZK菌株产捷安肽素的量达到最大.图8表5参14     

米曲霉产氨基酰化酶条件及部分酶学性质研究

通过单因子和多因子摇瓶正交优化试验,确定了米曲霉液态发酵产氨基酰化酶的最佳发酵条件.优化发酵培养基组成(ρ/gL-1):葡萄糖40,蔗糖10,可溶性淀粉20,蛋白胨2.5,马铃薯液1000mL,pH自然.培养基装量50mL/250mL三角瓶,接种量4%.培养温度30℃,转速100r/min,发酵时间42h.每50mL培养物的总酶活由优化前的2627u提高到7338u,是优化前的2.79倍.研究了米曲霉氨基酰化酶的部分酶学性质.该酶催化反应的最适pH为7.0,最适温度为40℃,低浓度的Co2 (5×10-4mol/L)对酶活激活作用显著.图5表2参8     

整合型1,2,4-丁三醇重组菌的构建及共底物发酵

1,2,4-丁三醇(BT)是重要的非天然化学品.为构建整合型BT合成菌株,实现木糖、葡萄糖共底物发酵,通过Red系统将基因kivD、xdh整合至Escherichiacoli基因组的xylAB、ptsHI、ptsG、crr位点,并尝试利用廉价的乳糖替代IPTG诱导外源基因表达.结果表明,外源基因整合至xylAB后,生物量降低28%,重组菌Escherichia coli W021能够代谢木糖合成BT(0.7 g/L).添加葡萄糖为共底物后生物量提高36%,但碳分解代谢抑制作用限制了木糖的代谢,BT产量降低14%.进一步整合代谢基因至不同的磷酸转移酶系统(PTS)位点,其中整合至ptsHI基因后BT产量最高,达到2.8g/L.优化葡萄糖、木糖浓度后,BT产量提高到3.6 g/L,进一步优化乳糖替代IPTG后BT产量为1.9 g/L.最后经发酵罐优化,BT产量提高到3.9 g/L,转化率为0.3 mol/mol.本研究构建整合型菌株在廉价乳糖诱导下共底物发酵合成BT,为后续放大研究提供了借鉴.(图6表2参24)     

Streptomyces sp. WJS-825产谷氨酰胺转胺酶发酵条件优化及中试

应用五因子二次正交旋转回归试验设计,建立了微生物谷氨酰胺转胺酶 (TG)发酵生产过程中以酶活力和菌体细胞生长量作为目标函数的数学模型,并以此模型对链霉菌 (Streptomycessp. )WJS-825菌株发酵生产TG的培养条件进行优化,确定了影响TG生产的主要因子及其最适取值为多价胨 2. 1%、可溶性淀粉 1. 5%、初始pH 7. 0及培养温度 30℃.以该优化工艺条件进行了 5L发酵罐小试和 200L发酵规模的中试生产.结果表明,在中试发酵生产中使用以豆饼粉部分替代多价胨的经济性发酵优化培养基,以及发酵过程中在线监控pH、溶氧系数等多项发酵调控参数,并分段控制pH、温度、通气量和搅拌转速以及进行适时的流加补充碳源,该菌株生长繁殖能力强、产酶效果好,TG活性达 3. 2u/mL,而且连续重复的中试发酵生产试验的TG产量均稳定在 3. 2u/mL以上. 图 2表 3参 15     

一株花生根际促生菌的筛选鉴定及其特性研究

从种植于红壤的健康花生根际,筛选出7株产吲哚乙酸(IAA)菌株,以菌株L4合成IAA的能力最强,培养24 h时IAA产生量达135.67μg.mL-1,且菌株L4具有解磷能力。通过菌株形态、生理生化特征测定及16SrRNA的保守序列鉴定,初步确定菌株L4为氯酚节杆菌(Arthrobacter chlorophenolicus),其GenBank登录号为JQ277449。菌株生长和发酵条件试验结果表明,菌株L4生长和分泌IAA的最佳培养条件并不完全一致,既能促进菌株生长又能合成较多IAA的最佳培养条件是初始pH值为5～6,装液量为50 mL.(250 mL)-1,30℃摇床培养24 h;促进菌株生长的最佳碳、氮源分别是麦芽糖和酵母粉,而提高IAA产生量的最佳碳源是木糖,最佳氮源是KNO3。     

不透明红球菌转化合成α-酮异己酸的培养条件优化

利用基于非完全平衡块原理的Plackett-Burman法和响应面法对不透明红球菌(Rhodococcus opacus DSM 43250)转化合成α-酮异己酸(KIC)的培养条件进行优化,以提高KIC的产量.首先采用Plackett-Burman(PB)设计对影响KIC产量的6个因素的效应进行评价,筛选出具有显著影响的关键因素——接种量、装液量和初始pH,然后通过最陡爬坡实验和Box-Behnken实验设计对关键因素的最佳水平范围进行研究,并利用SAS软件回归分析建立了二次多项式模型,通过模型求解确定最佳培养条件为:接种量6.93%,装液量33.38 mL,初始pH 7.6.在优化后的培养条件下,KIC的理论最高产量为31.08 mg/L,在验证实验中KIC最高产量为30.97 mg/L,比初始产量23.93 mg/L提高了29.42%,为进一步的发酵放大奠定了基础.图3表7参16     

一株踝节霉菌的培养特性及其在污泥生物淋滤中的应用

于实验室嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)淋滤处理城市污泥酸性废液中分离出一株踝节霉菌ZJ-1,并对其进行了摇瓶液体培养特性研究.单因素试验结果表明:该菌株的最适碳源和氮源分别为葡萄糖和酵母膏,最适温度为28℃,最适转速为140 r/min,最适初始pH值为5.0.正交试验优化得到碳、氮源的最优水平分别为葡萄糖70 g/L,酵母膏15 g/L.采用HPLC对该菌株PDA培养液中的有机酸进行了分析,发现其中含有丙酮酸.初始PDA培养液中丙酮酸含量为0.039 g/L,接菌培养d 5.5时其含量达0.106 g/L.为探讨踝节霉菌ZJ-1对嗜酸氧化亚铁硫杆菌淋滤污泥过程的影响,在生物淋滤起始阶段接种10%A.ferrooxidans和4%踝节霉菌ZJ-1,以仅接种10%A.ferrooxidans作为对照.结果表明A.ferrooxidans和踝节霉菌ZJ-1的复合菌组与对照组相比,淋滤耗时由7 d缩短至4 d,淋滤处理时间缩短了43%.     

BP神经网络和遗传算法在红发夫酵母培养基优化中的应用

运用BP神经网络对红发夫酵母发酵培养基组成进行建模以及预测类胡萝卜素产量,在此基础上采用遗传算法对此模型进行全局寻优.得到红发夫酵母发酵培养基的最佳配比为:蔗糖45.10 g/L,硫酸铵3.00 g/L,硫酸镁0.80 g/L,磷酸二氢钾1.40 g/L,酵母膏3.00 g/L,氯化钙0.50 g/L,类胡萝卜素产量达到8.20 mg/L,干重达到9.47 g/L.采用上述方法优化后的培养基使类胡萝卜素的产量比起始培养基提高了95.90%.     

Clostridium papyrosolvens厌氧发酵产氢研究

采用分批培养研究了从高浓度厌氧产氢活性污泥中筛选的优势菌种Clostridium papyrosolvens的发酵产氢能力.结果表明:该菌有较强的高糖耐受性和耐酸性,当葡萄糖浓度为30 g/L、pH阶段性控制在4.5时,发酵44 h葡萄糖消耗率为83.7%,总产气量达到3 081.3 mL/L,最高产气率为187.5 mL L-1 h-1,氢气含量为67.5%,比产氢率达1.06 mol(H2)/mol(葡萄糖).研究中选用了廉价的发酵产氢培养基,以玉米浆为氮源,以还原铁粉作氧化还原电位控制剂,省去了牛肉膏、蛋白胨等昂贵氮源以及L-半胱氨酸、维生素、无机离子等高成本组分,显著降低了纯菌发酵的培养基成本,获得了较好的产氢效果.图5表2参23     

棒状链霉菌突变株CCRC11518-Ⅲ50克拉维酸发酵条件的研究

通过单因子和多因子摇瓶正交优化试验,确定了克拉维酸产生菌棒状链霉菌突变株Streptomyces clavuligerusCCRC11518-Ⅲ50的三角瓶发酵条件.发酵培养基组成(ρ/g L-1):甘油30,大豆蛋白胨60,麦芽浸膏7.5,K2HPO4·3H2O 1.0,MgSO4·7H2O 2.0,FeSO4-7H2O 1.0;培养基初始pH 6.5;接种量15％;培养基装量20 mL/250 mL三角瓶;培养温度25℃;发酵时间72 h.克拉维酸效价由优化前的834.8 μg mL-1提高到1 082.615 μg mL-1,提高了29.7％.还在1 600 mL发酵罐中进行了初步放大试验.当接种量15％,通气量1:0.5,转速450 r min-1,25℃发酵60h克拉维酸效价达到高峰1 025 μg mL-1.图12表1参12     

深黄伞形霉(Umbelopsis isabellina)华2-1产油发酵培养条件优化

为开发微生物油脂资源,从富含油脂的土样中分离获得一株产油脂微生物——深黄伞形霉(Umbelopsisisabellina)华2-1,油脂含量达48.60%.采用单因素和正交实验方法,对深黄伞形霉华2-1的发酵培养条件进行优化研究.优化的培养条件为:葡萄糖100 g/L,酵母粉3 g/L,接种量为20%,初始pH值为5.0～6.0,MgSO4.7H2O和KH2PO4的添加浓度分别为0.5 g/L和2 g/L,培养温度为31℃,最佳发酵培养时间为168 h.华2-1在优化发酵条件下可获得菌体生物量、油脂产量和油脂含量分别为45.86 g/L、24.47 g/L和59.53%,较优化前分别提高了21.48%、33.42%和22.49%.因此,深黄伞形霉华2-1作为微生物油脂生产的新资源具有广阔的应用前景.     

基于途径分析促进α-酮戊二酸过量积累的数学模型技术

在详尽分析α-酮戊二酸(α-KG)合成途径的基础上,结合数学模型,对光滑球拟酵母(Torulopsis glabrata)CCTCC M202019过量合成α-KG的合成途径及其调控因素进行全面分析与优化.全因子实验表明,硫胺素(B1)和CaCO3是影响α-KG过量积累的关键因素.在此基础上,采用最速上升实验得到α-酮戊二酸积累的最大响应区域为B10.016 mg/L、CaCO3 84 g/L附近.采用中心组合设计及响应面分析确定最优培养基组分为:硫胺素(B1)0.02 mg/L、生物素(Bio)0.05 mg/L、CaCO3 82 g/L和乙酸钠4 g/L.在最优培养基中,α-KG产量达到26.8 g/L,提高了34%.α-酮戊二酸发酵过程动力学分析表明,采用最优培养基使发酵延滞期缩短6 h,菌体比生长速率和α-KG比产物生成速率分别提高了45.4%和8.64%.图2表3参12     

丙酮丁醇梭菌Clostridium acetobutylicum CICC 8012发酵鲜芭蕉芋生产丁醇

以非粮作物鲜芭蕉芋为原料,利用丙酮丁醇梭菌CICC 8012发酵生产丁醇.采用中心组合实验设计(CCD),选取初始糖浓度、接种量、中性红、乙酸铵为主要影响因素,对发酵条件进行优化,建立以丁醇产量为响应值的数学模型.对模型求解得到:初始糖浓度62.25 g/L,接种量为10.81%,中性红为0.81 g/L,乙酸铵为0.574 g/L时,最终的丁醇产量为12.83 g/L.验证实验结果表明,在优化条件下丁醇发酵产量达到12.73 g/L,证明了模型可靠有效.