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食品工业科技 2021年第20期42卷 119-125页

作者：李志刚张朝辉谭海卢南巡张中华常景玲现代生物育种河南省协同创新中心河南新乡453003 河南科技学院生命科技学院河南新乡453003

目的:探究添加辅助能量物质导致环磷酸腺苷(cAMP)发酵后期产物合成停滞的原因,针对性解除限制因素,进一步提高产物产量。方法:在7 L发酵罐上进行添加辅助能量物质的发酵实验,对发酵动力学参数、细胞活性、能量代谢水平以及活性氧(ROS)... 详细信息

目的:探究添加辅助能量物质导致环磷酸腺苷(cAMP)发酵后期产物合成停滞的原因,针对性解除限制因素,进一步提高产物产量。方法:在7 L发酵罐上进行添加辅助能量物质的发酵实验,对发酵动力学参数、细胞活性、能量代谢水平以及活性氧(ROS)含量等进行分析,根据分析结果进行了耦合添加谷胱甘肽和辅助能量物质的发酵实验。结果:单独添加柠檬酸钠、丙酮酸钠批次的产物合成和菌体生长速率在发酵前期均明显高于对照,约30 h后快速下降,降至低于对照批次的低水平;菌体活性、ATP/AMP以及电子呼吸链活性在发酵36 h后也剧烈下降,下降幅度远远大于对照批次。添加辅助能量物质导致ROS和丙二醛在发酵36 h后迅速积累,极显著(P辅助能量物质和谷胱甘肽的发酵批次中,细胞活性得到较大提升,cAMP产量得到进一步提高。柠檬酸钠耦合GSH批次与丙酮酸钠耦合GSH批次的cAMP产量分别达到4.05和4.32 g/L,比单独添加GSH批次分别提高了15.2%和22.7%,与对照(无辅助能量物质和谷胱甘肽添加)相比分别提高了21.9%和30.1%。结论:辅助能量物质强化能量代谢促进产物合成的同时,增加了电子呼吸链中电子泄漏的几率,大量活性氧产生超出细胞承受能力,导致发酵后期细胞生长和产物合成的停滞。辅助能量物质与谷胱甘肽协同作用,有效缓解了氧化胁迫,提高细胞活性,进一步促进产物发酵生产。

关键词：辅助能量物质 ROS 谷胱甘肽能量代谢环磷酸腺苷

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Streptomyces sp. M-Z18生物合成ε-聚赖氨酸过程调控研究

Streptomyces sp. M-Z18生物合成ε-聚赖氨酸过程调控研究

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作者：任喜东江南大学

学位级别：硕士

ε-聚赖氨酸（ε-poly-L-lysine, ε-PL）是少数放线菌在细胞膜上将L-赖氨酸单体通过α-COOH和ε-NH2脱水缩合形成的异形肽键聚合而成的同聚物，聚合度为25～35，分子量一般为2500～4500Da。它主要是由土壤中筛选到的链霉菌属分泌的一种... 详细信息

ε-聚赖氨酸（ε-poly-L-lysine, ε-PL）是少数放线菌在细胞膜上将L-赖氨酸单体通过α-COOH和ε-NH2脱水缩合形成的异形肽键聚合而成的同聚物，聚合度为25～35，分子量一般为2500～4500Da。它主要是由土壤中筛选到的链霉菌属分泌的一种Dragendorff阳性物质，由于其侧链α-NH2的多阳离子性质，因此ε-PL具有广阔的抑菌谱，包括细菌、酵母以及一些病毒，又因为其具有易溶于水、热稳定和pH适用范围广以及小鼠实验中证实的安全性等特点，被美国、日本、韩国等若干国家作为食品防腐剂而广泛应用。本论文以一株ε-PL高产菌Streptomyces sp. M-Z18为研究对象，主要研究结果如下： 1.为了解决ε-PL产生菌在摇瓶发酵过程中遇到的pH不可控制而引起菌体降解和ε-PL产量较低的共性问题，提出一种摇瓶pH控制策略。考察了柠檬酸-柠檬酸钠、磷酸二氢钠-柠檬酸、醋酸-醋酸钠、甘氨酸-盐酸四种常见缓冲体系对Streptomyces sp. M-Z18摇瓶发酵过程中pH稳定性及发酵特性的影响。结果表明，在摇瓶发酵进行到18h时添加0.1mol/L的柠檬酸-柠檬酸钠（pH3.5）能够有效控制整个发酵过程的pH变化，使其维持在所需要的3.8左右，从而使ε-PL产量达到5.00±0.05g/L，菌体干重（DCW）达到6.05±0.17g/L，较自然发酵（不控制pH）分别提高了167%和75%。5L发酵罐中pH控制实验表明：摇瓶中添加柠檬酸-柠檬酸钠对菌体生长与ε-PL合成的促进作用主要是由于控制pH在适合菌体生长与ε-PL合成的范围内。对筛选到的其他两株ε-PL野生菌采用此摇瓶pH控制策略，证实该策略具有一定的适用范围。 2.通过添加不同的辅助能量物质提高胞内ATP水平以促进ε-PL合成。添加NADH、甲酸、柠檬酸三种辅助能量物质考察其对Streptomyces sp. M-Z18发酵ε-PL过程的影响。研究发现，柠檬酸作为辅助能量物质对ε-PL发酵过程影响显著。进一步对柠檬酸添加时间、添加量和pH进行优化，确定了最佳柠檬酸添加方式，结合补料-分批发酵工艺，显著提高了ε-PL的产量。实验结果表明：在5L发酵罐中，维持pH为3.8，初始柠檬酸添加量为20g/L时，分批发酵ε-PL的产量达到9.50g/L,产率达到4.40g/（L·d），较未添加柠檬酸发酵分别提高了46.4%和48.1%。采用添加柠檬酸的补料-分批发酵工艺，发酵168h后ε-PL的产量达到26.89g/L，较对照提高了26.7%。 3.采用一种新型的添加固体微粒-滑石粉的方法，改变Streptomyces sp. M-Z18的菌球形态及大小，使之更适合菌体的生长及ε-PL合成。发现在摇瓶中采用中位径（D50）为5μm的滑石粉，其添加浓度为10g/L，发酵结束时ε-PL的产量为2.01±0.06g/L，DCW的量为7.86±0.72g/L，分别较对照提高了59.5%和119.6%。同时在显微镜下观察发现，菌球形状发生改变且菌球直径降低为原来的50%。在5L发酵罐中，维持pH3.8，添加10g/L滑石粉分批发酵合成ε-PL时，菌体活力得到提高，发酵时间缩短，此时ε-PL的产量为6.47g/L，相比同期对照提高了59.8%。整个过程中ε-PL的合成速度为3.98g/（L·d），比对照提高了32.3%;且随着时间的推移，ε-PL的合成速度逐渐加快。菌体的生长速度也得到大幅提升，39h时DCW的量为14.26g/L，相比同期对照提高45.9%。采用添加10g/L滑石粉补料-分批发酵工艺，174h时ε-PL的产量为30.57g/L，较对照提高了44.1%。

关键词： ε-聚赖氨酸 Streptomyces sp. M-Z18 pH控制策略辅助能量物质菌体形态学

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