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偏最小二乘法预测头孢菌素C工业发酵过程中发酵液流变特性

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华东理工大学学报（自然科学版） 2023年第1期49卷 62-68页

作者：杨倚铭陈震田锡炜储炬华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室上海200237

在头孢菌素C工业发酵过程中,发酵液表现出典型的非牛顿流体性质,并可用幂律模型充分描述。传统经验型模型并不能很好地预测头孢菌素C工业发酵过程的流变特性,原因在于模型过于简化,忽略了潜在因素如底物浓度、进料方式、培养基组成等对... 详细信息

在头孢菌素C工业发酵过程中,发酵液表现出典型的非牛顿流体性质,并可用幂律模型充分描述。传统经验型模型并不能很好地预测头孢菌素C工业发酵过程的流变特性,原因在于模型过于简化,忽略了潜在因素如底物浓度、进料方式、培养基组成等对流变特性的影响,但更多变量的引入会显著增加模型复杂度,且这些参数的动态变化存在相关性,为了解决这个问题,采用了偏最小二乘法进行建模。标准偏回归系数可以量化不同因素对流变参数的作用,其中节孢子比率和菌丝平均分支长度对流变学特性的影响最大。使用偏最小二乘回归(PLSR)模型,可以很好地预测头孢菌素C发酵液的流动行为指数和稠度指数,其相关系数分别为0.94和0.91,具有较好的实用性。

关键词：顶头孢霉偏最小二乘回归流变特性菌体形态头孢菌素C

提升头孢菌素C发酵效率的复合碳源补料工艺开发及代谢机制

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华东理工大学学报(自然科学版) 2023年

作者：杨倚铭陈震田锡炜储炬华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室

开发了一种以葡萄糖和豆油为底物碳源的复合补料策略，能够显著提升头孢菌素C(cPc)的合成效率，产量提升了14.8%，并率先观测到碳源变化在宏观呼吸代谢、中间代谢物、细胞内通量分配和还原力NADPH利用上产生全局影响，其中二氧化碳释放... 详细信息

开发了一种以葡萄糖和豆油为底物碳源的复合补料策略，能够显著提升头孢菌素C(cPc)的合成效率，产量提升了14.8%，并率先观测到碳源变化在宏观呼吸代谢、中间代谢物、细胞内通量分配和还原力NADPH利用上产生全局影响，其中二氧化碳释放速率（cER）的巨大变化表明葡萄糖和豆油复合补料策略下细胞中心代谢网络的通量发生了明显改变，碳流向cPc的通量得到增强，同时促进了蛋氨酸和丝氨酸的胞外吸收。胞内有机酸α-酮戊二酸、丙酮酸、苹果酸的浓度明显提升，有利于谷氨酸、缬氨酸和半胱氨酸等核心氨基酸的合成，从而有利于cPc生产。主成分分析（PcA）的载荷检测表明大多数氨基酸和cPc合成呈正作用，谷氨酸的胞内含量与cPc合成的关联性最强，而α-氨基己二酸和赖氨酸浓度积累反而不利于cPc合成。细胞还原力方面，豆油和葡萄糖组合显著缓解了单独豆油利用与cPc合成之间对NADPH消耗的竞争性，使得cPc快速合成对NADPH的大量需求得到了满足。这些结果表明底物改变能够对细胞内部的代谢产生全方位的影响，体现了这一策略在优化cPc合成效率的巨大潜力。

关键词：头孢菌素C 碳源呼吸代谢代谢通量分析

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头孢菌素C生物合成调控研究进展

微生物学报 2016年第3期56卷 461-470页

作者：刘佳佳刘钢中国科学院微生物研究所真菌学国家重点实验室北京100101

头孢菌素C由丝状真菌顶头孢霉产生,属于β-内酰胺类抗生素。其经改造后的7-氨基头孢烷酸是头孢类抗生素的重要中间体。头孢类抗生素在国内外抗生素市场中占有巨大的份额,是临床上的主要抗感染药物。随着分子生物学的发展,头孢菌素C的生... 详细信息

头孢菌素C由丝状真菌顶头孢霉产生,属于β-内酰胺类抗生素。其经改造后的7-氨基头孢烷酸是头孢类抗生素的重要中间体。头孢类抗生素在国内外抗生素市场中占有巨大的份额,是临床上的主要抗感染药物。随着分子生物学的发展,头孢菌素C的生物合成途径已基本阐明。为提高头孢菌素C的产量和降低生产成本,越来越多的研究者开始关注其较为精细、复杂的调控机制。本文重点对头孢菌素C生物合成及其调控机制的最新进展进行了简述,希望为今后头孢菌素C生产菌株的菌种改造和传统产业的升级换代提供一定的借鉴。

关键词：顶头孢霉头孢菌素C 生物合成调控机制

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头孢菌素C对蔬菜种子萌发的毒理效应

农业环境科学学报 2020年第10期39卷 2429-2436页

作者：周睫雅任爱玲刘宏博吴昊马双崔思嘉王旭明田书磊河北科技大学环境科学与工程学院石家庄050080 中国环境科学研究院固体废物污染控制技术研究所北京100012 内蒙古大学生态与环境学院呼和浩特010021 东北电力大学化学工程学院吉林吉林132012 北京市农林科学院北京农业生物技术研究中心北京100097

为探究头孢菌素菌渣无害化处置与肥料化利用过程中残留的头孢菌素C对蔬菜生长的毒理效应,通过恒温保湿培养法,采用生菜(Lactuca sativa Linn.***.ramosa Hort.)、油麦菜(Lactuca sativa var.longifoliaf.Lam)、白菜(Brassica pekinensis(Lour.)Rupr.)及油菜(Brassica campestris L.)4种蔬菜种子为研究对象,以种子发芽率、幼苗的鲜质量、胚轴长、胚根长为毒性敏感指标,研究了7种浓度头孢菌素C溶液胁迫下4种蔬菜毒性的剂量-效应关系,比较了不同蔬菜在头孢菌素C毒害下的生态毒性差异和相对敏感的指标。结果表明:头孢菌素C溶液对4种蔬菜种子毒性敏感指标的影响程度依次为胚根>鲜质量>胚轴>发芽率;头孢菌素C溶液浓度与4种蔬菜胚根生长率呈显著的线性关系(P头孢菌素C对生菜、油麦菜、白菜以及油菜的最大无响应浓度(NOEc)分别为868.10、727.25、796.27 mg·L^-1和629.277 mg·L^-1,4种蔬菜对头孢菌素C的毒性敏感度依次为油菜>油麦菜>白菜>生菜,其中油菜Ic50值为1538.36 mg·L^-1。研究表明,与油麦菜、白菜和生菜相比,油菜更适合作为后续实验的生态毒性指示植物。

关键词：头孢菌素C 生态毒性发芽率胚根长

稻草秸秆综纤维素糖化液发酵产头孢菌素C的研究

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化工进展 2017年第B11期36卷 372-379页

作者：刘兰菊姚日生冯丽朱慧霞马晓静邓胜松王淮合肥工业大学生物与医学工程学院安徽合肥230009

目前头孢菌素C等抗生素的发酵碳源主要是源自玉米、小麦和甘薯等的工业淀粉,存在着"与人争粮"的危机,而利用资源丰富的木质纤维素类生物质资源作为替代碳源,是应对这一危机的有益尝试。利用稻草综纤维素糖化液作为速效碳源,综纤维素-纤... 详细信息

目前头孢菌素C等抗生素的发酵碳源主要是源自玉米、小麦和甘薯等的工业淀粉,存在着"与人争粮"的危机,而利用资源丰富的木质纤维素类生物质资源作为替代碳源,是应对这一危机的有益尝试。利用稻草综纤维素糖化液作为速效碳源,综纤维素-纤维素酶体系作为持续碳源,在综纤维素含量为40g/L、纤维素酶量为0.4%、硫酸铵10g/L、玉米浆添加量为60g/L以及初始pH为6.0时,顶头孢霉(cephalosporium acremonium)cPcc 400039发酵产cPc效价最高,为382.12U/mL,为标准培养基最佳效价的84.04%。研究结果进一步证实,经SO_3微热爆预处理的稻草秸秆,在纤维素酶的水解糖化作用下所得的糖化液,不仅葡萄糖含量高而且糠醛、乙酸等发酵抑制物含量低,完全可以应用于头孢菌素C等抗生素乃至工业生物发酵中,作为原料丰富且廉价的碳源替代物。

关键词：头孢菌素C 综纤维素糖化液顶头孢霉发酵

响应面法优化顶头孢霉发酵稻草秸秆产头孢菌素C的培养基

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中国酿造 2020年第7期39卷 131-136页

作者：陈家丽姚日生余婉蓉詹进锁朱慧霞王淮合肥工业大学食品与生物工程学院安徽合肥230601

该研究用稻草秸秆代替标准发酵培养基中的碳源,利用顶头孢霉(cephalosporium acremonium)发酵产头孢菌素C,并通过响应面法优化培养基组分。结果表明,头孢霉发酵产头孢菌素C的最佳发酵培养基成分为水解葡萄糖35 g/L、棕纤维素46 g/L、玉... 详细信息

该研究用稻草秸秆代替标准发酵培养基中的碳源,利用顶头孢霉(cephalosporium acremonium)发酵产头孢菌素C,并通过响应面法优化培养基组分。结果表明,头孢霉发酵产头孢菌素C的最佳发酵培养基成分为水解葡萄糖35 g/L、棕纤维素46 g/L、玉米浆38 g/L、纤维素酶0.8%、豆油25 g/L、硫酸铵10 g/L。在此优化培养基下,头孢霉发酵所产头孢菌素C的效价达298.34 U/m L,为标准发酵培养基效价的96.69%。由此可知,秸秆棕纤维素作为原料丰富且廉价的碳源替代物,可完全应用于头孢菌素C的发酵生产。

关键词：头孢菌素C 顶头孢霉秸秆棕纤维素碳源替代响应面法

头孢菌素C过滤过程中总过滤时间的优化与控制

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化工学报 2013年第9期64卷 3256-3261页

作者：王龙耀王岚常州大学石油化工学院江苏省精细石油化工重点实验室江苏常州213164

针对头孢菌素C(cPc)发酵液在工业生产中难过滤的问题,在收率衡算模型基础上,结合浓差极化机理引入时间参数,针对连续洗滤过程(cFD)建立考虑时间的膜分离过程估算式,并以最短膜处理时间tmin为目标进行了优化求解。结果表明,在优化的膜处... 详细信息

针对头孢菌素C(cPc)发酵液在工业生产中难过滤的问题,在收率衡算模型基础上,结合浓差极化机理引入时间参数,针对连续洗滤过程(cFD)建立考虑时间的膜分离过程估算式,并以最短膜处理时间tmin为目标进行了优化求解。结果表明,在优化的膜处理过程中,cPc收率从85%增长到95%所用时间占总处理时间的30%～40%;而前浓缩比a值在0.5～0.8范围内时,总膜过滤时间差别不大。在一个相对较宽的可操作范围内,适当调整前浓缩比或/和调整目标收率,可以对生产过程的时效性及cPc收率、滤液/保留液体积等生产指标进行优化与控制。

关键词：头孢菌素C 发酵液膜过滤过程优化

顶头孢霉中过表达cefM对头孢菌素C产量的影响

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中国医药工业杂志 2017年第3期48卷 387-392页

作者：张伟龚桂花谢丽萍胡又佳朱宝泉中国医药工业研究总院上海201203

由于头孢菌素类抗生素药物在临床上的重要性,除了对头孢菌素C(cPc)在顶头孢霉体内的生物合成途径及调控机制进行研究外,对其合成位置及相应的转运蛋白也进行了研究。基于此,本研究从顶头孢霉高产菌基因组DNA中扩增转运蛋白基因cefM序列... 详细信息

由于头孢菌素类抗生素药物在临床上的重要性,除了对头孢菌素C(cPc)在顶头孢霉体内的生物合成途径及调控机制进行研究外,对其合成位置及相应的转运蛋白也进行了研究。基于此,本研究从顶头孢霉高产菌基因组DNA中扩增转运蛋白基因cefM序列,构建了一个cefM表达载体pYG283,将其导入顶头孢霉高产菌株中,挑选阳性转化子,并对其进行发酵培养,以观察cPc的产量。HPLc分析结果显示,转化子的cPc发酵水平均较出发菌高,其中产量最高的1#转化子较出发菌提高20%。结果表明cefM在cPc生物合成中扮演着重要角色。

关键词： cefM 转运蛋白头孢菌素C 顶头孢霉

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头孢菌素C乙酰化酶高通量筛选方法的改进

中国生物制品学杂志 2018年第2期31卷 188-191页

作者：唐存多史红玲张梅马莹唐青海周军事姚伦广阚云超南阳师范学院昆虫生物反应器河南省工程实验室河南南阳473061 蓬莱市市场监督管理局山东蓬莱265600 南阳师范学院生命科学与技术学院河南南阳473061

目的改进头孢菌素C(cephalosporin c,cPc)乙酰化酶高通量筛选方法,获得催化活性显著提高的突变体。方法基于对二甲氨基苯甲醛(p-dimethylaminobenzaldehyde,p-DAB)与7-氨基头孢烷酸(7-amino cephalosporanic acid,7-AcA)的复合物在405 nm有最大吸收值的原理,采用无菌96孔深孔板对重组菌进行低温低浓度诱导剂诱导表达,再以含溶菌酶和DNase的缓冲液进行菌体裂解,最后以96孔板进行底物的水解和反应终止,经p-DAB显色后,利用酶标仪进行产物的快速定量,以实现cPc乙酰化酶突变体的高通量筛选。结果利用改进的p-DAB比色法从先前建立的突变文库中筛选到2个在13℃下比酶活明显提高的突变子1A10和2G8,其比酶活分别为1.7和2.4 U/mg,较原酶的0.85 U/mg显著提高。在优化的筛选条件下,A405的变化能够准确反映酶活性的大小,确保了该方法筛选结果的可信度。结论改进的p-DAB比色法具有筛选快速,操作简便,筛选通量大及准确度高等优点,能够提高cPc乙酰化酶改造及筛选的效率,为低温cPc乙酰化酶的创制提供了技术支持。

关键词：头孢菌素C 乙酰化酶高通量筛选生物催化比色法