文瑤++周瑋++付相敏++趙筱++王金華++王永澤
摘要:以前期構(gòu)建的D-乳酸大腸桿菌(Escherichia coli)工程菌LHY02為出發(fā)菌株,通過(guò)在乳酸鹽中對(duì)菌株進(jìn)行馴化的方式來(lái)解除乳酸根對(duì)菌體的抑制作用;采用葡萄糖分批補(bǔ)加方式緩解高含量葡萄糖的阻遏效應(yīng),擬進(jìn)一步提高大腸桿菌發(fā)酵產(chǎn)D-乳酸的產(chǎn)量、生產(chǎn)強(qiáng)度和糖酸轉(zhuǎn)化率。結(jié)果表明,馴化后的菌株LHY201在16%的葡萄糖發(fā)酵中D-乳酸產(chǎn)量比馴化前提高了36.7%。LHY201結(jié)合葡萄糖進(jìn)行補(bǔ)料發(fā)酵(補(bǔ)料方式為8%+8%+4%),乳酸產(chǎn)量、發(fā)酵時(shí)間、糖酸轉(zhuǎn)化率以及生產(chǎn)強(qiáng)度分別為185.7 g/L、48 h、93.8%、3.87 g/L/h,D-乳酸光學(xué)純度達(dá)到99.6%,相比一次性添加20%葡萄糖的分批發(fā)酵,乳酸產(chǎn)量和糖酸轉(zhuǎn)化率分別提高了21.1%和21.2%,發(fā)酵周期縮短了一半。
關(guān)鍵詞:大腸桿菌工程菌;D-乳酸;馴化;補(bǔ)料發(fā)酵
中圖分類(lèi)號(hào):Q533+.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):0439-8114(2016)18-4771-05
DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.18.035
D-乳酸作為一種重要的手性中間體,是合成多種手性物質(zhì)的前體,在醫(yī)藥、農(nóng)藥、化工及耐熱型聚乳酸合成材料等方面的應(yīng)用十分廣泛,其生產(chǎn)具有重要的實(shí)用價(jià)值。但相對(duì)于L-乳酸發(fā)酵生產(chǎn)而言,D-乳酸尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用[1]。目前已有一些菌株能較高產(chǎn)量生產(chǎn)D-乳酸,如芽孢乳桿菌(Sporolactobacillus sp. CASD)經(jīng)過(guò)發(fā)酵花生粕,D-乳酸產(chǎn)量高達(dá)207 g/L[2];經(jīng)過(guò)工程改造的肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)能利用甘油產(chǎn)142.1 g/L的D-乳酸,原料轉(zhuǎn)化率達(dá)到0.82 g/g[3];同樣經(jīng)過(guò)工程改造的嗜堿芽孢桿菌產(chǎn)量可達(dá)143.99 g/L且生產(chǎn)強(qiáng)度可達(dá)3.04 g/L/h[4];棒狀乳桿菌(Lactobacillus coryniformis)配合同步糖化工藝發(fā)酵新鮮的甜土豆,產(chǎn)量達(dá)到186.40 g/L,生產(chǎn)強(qiáng)度保持在 2.55~3.11 g/L/h[5]。
大腸桿菌具有遺傳背景清楚、營(yíng)養(yǎng)要求低等優(yōu)點(diǎn),在D-乳酸發(fā)酵中也引起了越來(lái)越多學(xué)者的重視。借助基因敲除手段配合兩階段發(fā)酵工藝,大腸桿菌Escherichia coli B0013-050B能產(chǎn)111.9 g/L高純度的D-乳酸[6];選用為Ca(OH)2為發(fā)酵中和劑,大腸桿菌Escherichia coli ALS974能產(chǎn)138 g/L 的D-乳酸,生產(chǎn)強(qiáng)度高達(dá)6.3 g/L/h[7];而課題組前期構(gòu)建的一株出發(fā)菌株為Escherichia coli W的工程菌Escherichia coli HBUT-D,在6 t的發(fā)酵規(guī)模下,采用中途一次補(bǔ)料的方式,能產(chǎn)126 g/L D-乳酸,生產(chǎn)強(qiáng)度高達(dá)6 g/L/h[1]。總體來(lái)看,這些菌株發(fā)酵生產(chǎn)強(qiáng)度都較高,但大腸桿菌發(fā)酵D-乳酸的產(chǎn)量仍相對(duì)較低。
進(jìn)一步提高大腸桿菌D-乳酸發(fā)酵產(chǎn)量,需更多的發(fā)酵原料,但微生物在發(fā)酵過(guò)程往往受到發(fā)酵原料中葡萄糖的阻遏及產(chǎn)物的抑制,繼續(xù)提高發(fā)酵原料中的葡萄糖含量會(huì)造成發(fā)酵殘?zhí)沁^(guò)高,限制了D-乳酸產(chǎn)量的提升[1];而且從前期的研究中還意識(shí)到,隨著乳酸產(chǎn)物在發(fā)酵過(guò)程中的不斷增加,產(chǎn)物乳酸根對(duì)發(fā)酵的抑制現(xiàn)象將會(huì)更明顯[8]。
因此本研究擬以前期構(gòu)建的工程菌Escherichia coli LHY02為研究出發(fā)菌株,通過(guò)在不同濃度的乳酸鹽對(duì)菌株進(jìn)行馴化,提高其對(duì)乳酸鹽的耐受性,同時(shí)通過(guò)分批補(bǔ)料的發(fā)酵方式緩解高濃度葡萄糖的阻遏效應(yīng),最終達(dá)到進(jìn)一步提高大腸桿菌D-乳酸的發(fā)酵產(chǎn)量、生產(chǎn)強(qiáng)度及糖酸轉(zhuǎn)化率的目的。
1 材料與方法
1.1 材料
1.1.1 菌株 試驗(yàn)所采用大腸桿菌E.coli LHY02(ΔfocA-pflB ΔfrdABCD ΔadhE ΔackA:pflBp6-acEF-lpd)由本實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建,能高效利用葡萄糖或木糖發(fā)酵產(chǎn)D-乳酸,在無(wú)氧條件下生長(zhǎng)良好,保存在-80 ℃甘油管中。
1.1.2 培養(yǎng)基
1)LB平板培養(yǎng)基(g/L)。蛋白胨10,酵母粉5,氯化鈉5,瓊脂20,121 ℃滅菌20 min。
2)乳酸鈉馴化培養(yǎng)基。參照文獻(xiàn)[9]配置NBS培養(yǎng)基,按試驗(yàn)設(shè)計(jì)添加0~14%的乳酸鈉和20 g/L的葡萄糖(單獨(dú)滅菌,滅菌條件為115 ℃滅菌30 min)。
3)發(fā)酵種子培養(yǎng)基。配置NBS培養(yǎng)基并滅菌,葡萄糖(20 g/L)單獨(dú)滅菌后加入NBS培養(yǎng)基。
4)發(fā)酵培養(yǎng)基。3 L NBS培養(yǎng)基,按試驗(yàn)需求分別添加一定量的葡萄糖。
1.2 方法
1.2.1 LHY02的耐乳酸鹽馴化 將平板上生長(zhǎng)良好的單菌落挑取4~6個(gè)接種至100 mL含有2%乳酸鈉的馴化培養(yǎng)基中(培養(yǎng)基中加入20 mg左右已滅菌的CaCO3粉末),37 ℃、150 r/min條件下培養(yǎng)24 h后轉(zhuǎn)代培養(yǎng),每代測(cè)菌體生物量(OD600),當(dāng)連續(xù)數(shù)代OD600值變化較小時(shí),按2%的接種量轉(zhuǎn)接至100 mL含4%乳酸鈉的新鮮馴化培養(yǎng)基中,繼續(xù)轉(zhuǎn)代培養(yǎng),依此類(lèi)推,逐漸將乳酸鈉添加量提高到12%,并在此濃度下反復(fù)馴化培養(yǎng)直至OD600值趨于平穩(wěn),對(duì)馴化后的菌株命名為L(zhǎng)HY201。
1.2.2 馴化后菌株的分批發(fā)酵 馴化前的菌株LHY02和馴化后的菌株LHY201分批發(fā)酵的操作和條件為:挑選LB平板上活化好的4~6個(gè)單菌落接發(fā)酵種子培養(yǎng)基中,150 r/min、37 ℃培養(yǎng)至OD600達(dá)到1.2~1.5左右。按10%的接種量接種至裝有3 L的發(fā)酵培養(yǎng)基中進(jìn)行發(fā)酵。發(fā)酵條件為:150 r/min、37 ℃,通過(guò)流加4 mol/L Ca(OH)2控制發(fā)酵液pH為7。定時(shí)取樣,檢測(cè)樣品中菌體生物量(OD600值)、殘留葡萄糖濃度、D-乳酸含量及其光學(xué)純度、副產(chǎn)物琥珀酸和乙酸等雜酸的含量。計(jì)算時(shí),選取3次平行發(fā)酵結(jié)果作為最終發(fā)酵數(shù)據(jù)。
1.2.3 LHY201補(bǔ)料分批發(fā)酵 補(bǔ)料分批發(fā)酵時(shí),發(fā)酵參數(shù)與分批發(fā)酵一致,差異為葡萄糖的補(bǔ)加方式。采用兩種葡萄糖補(bǔ)加方式:①發(fā)酵培養(yǎng)基初始葡萄糖濃度80 g/L,當(dāng)葡萄糖濃度降至約10 g/L時(shí),通過(guò)一次性補(bǔ)加高濃度的葡萄糖(800 g/L); ②發(fā)酵過(guò)程中分兩次補(bǔ)加葡萄糖。發(fā)酵培養(yǎng)基基礎(chǔ)葡萄糖(底糖)濃度為80 g/L,當(dāng)葡萄糖濃度降至10 g/L左右時(shí)進(jìn)行補(bǔ)加,第一次補(bǔ)加高濃度葡萄糖(800 g/L);當(dāng)葡萄糖濃度再次約降為10 g/L時(shí)補(bǔ)充至葡萄糖40 g/L。定時(shí)取樣,檢測(cè)樣品中菌體生物量(OD600值)、殘留葡萄糖濃度、D-乳酸含量及其光學(xué)純度、副產(chǎn)物琥珀酸和乙酸等雜酸的含量。計(jì)算時(shí),選取3次平行發(fā)酵結(jié)果作為最終發(fā)酵數(shù)據(jù)。
1.2.4 發(fā)酵液的檢測(cè)
1)OD值的測(cè)定。如發(fā)酵液中無(wú)Ca(OH)2,可直接用分光光度計(jì)測(cè)量600 nm條件下的吸光度;如發(fā)酵過(guò)程中使用了Ca(OH)2中和劑,可取1 mL發(fā)酵液用3 mol/L鹽酸進(jìn)行定量稀釋后于600 nm處測(cè)吸光度(以同等稀釋的鹽酸為空白對(duì)照)。
2)發(fā)酵液中葡萄糖的測(cè)定。葡萄糖濃度采用生物傳感器進(jìn)行檢測(cè)。取1 mL發(fā)酵液,離心5 min(4 000 r/min),上清液經(jīng)去離子水稀釋100倍后測(cè)定。用 1 g/L的葡萄糖標(biāo)樣對(duì)傳感器進(jìn)行定標(biāo)后即可測(cè)定。
3)發(fā)酵液中乳酸及有機(jī)酸副產(chǎn)物乙酸、琥珀酸的測(cè)定。取1 mL發(fā)酵液經(jīng)過(guò)9 mL 2%的H2SO4處理,充分反應(yīng)后經(jīng)10 000 r/min離心10 min,上清液經(jīng)0.22 μm微濾膜過(guò)濾處理后,用液相色譜法測(cè)定乳酸及副產(chǎn)物乙酸和琥珀酸。液相色譜條件依照文獻(xiàn)[10]所描述的方法。
4)D-乳酸光學(xué)純度的測(cè)定。參照文獻(xiàn)[10]中的檢測(cè)方法檢測(cè)L-乳酸和D-乳酸含量及光學(xué)純度。
2 結(jié)果與分析
2.1 LHY02耐乳酸鹽馴化的結(jié)果
大腸桿菌發(fā)酵D-乳酸的產(chǎn)量、轉(zhuǎn)化率和生產(chǎn)強(qiáng)度往往受到如下幾個(gè)方面的影響:①大多乳酸發(fā)酵過(guò)程中容易產(chǎn)生有機(jī)酸副產(chǎn)物(如乙酸、琥珀酸),影響了產(chǎn)量和光學(xué)純度[11];②在乳酸發(fā)酵中,代謝產(chǎn)物積累到一定濃度也會(huì)抑制菌體的生長(zhǎng),表明乳酸根是抑制菌體生長(zhǎng)的主要代謝產(chǎn)物,當(dāng)乳酸達(dá)到一定濃度時(shí),就對(duì)菌體生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用[12]。
為了解決大腸桿菌發(fā)酵D-乳酸中面臨的這些問(wèn)題,研究者們從菌種的構(gòu)建和馴化等方面著手研究,并取得了一定的成效。由于大腸桿菌遺傳背景清晰,因此借助于基因敲除技術(shù),阻斷雜酸代謝途徑,使主產(chǎn)物D-乳酸的產(chǎn)量有了較大的提升,同時(shí)還大大提高了D-乳酸產(chǎn)物的化學(xué)純度及光學(xué)純度,目前已成功構(gòu)建一批大腸桿菌工程菌用于D-乳酸的發(fā)酵[6,7,13]。本實(shí)驗(yàn)室前期以大腸桿菌B為出發(fā)菌株,通過(guò)染色體基因敲除技術(shù)結(jié)合無(wú)氧啟動(dòng)子融合表達(dá)技術(shù),使菌株能夠在微氧條件下良好生長(zhǎng),從而能促進(jìn)乳酸產(chǎn)量提高。所構(gòu)建的菌株LHY02表現(xiàn)出良好的D-乳酸發(fā)酵性能[8]。但是,從前期的研究中意識(shí)到,隨著乳酸產(chǎn)物在發(fā)酵過(guò)程中的不斷增加,產(chǎn)物乳酸根對(duì)發(fā)酵的抑制現(xiàn)象將會(huì)更明顯[11]。
面對(duì)這個(gè)問(wèn)題,首先采用了馴化手段來(lái)進(jìn)一步提高大腸桿菌工程菌對(duì)乳酸的發(fā)酵能力。馴化是提高微生物對(duì)不良環(huán)境因子耐受性的一種重要手段,已有研究表明,產(chǎn)乳酸菌經(jīng)過(guò)馴化,菌株對(duì)產(chǎn)物乳酸的耐受性顯著提高,經(jīng)過(guò)馴化的菌株生物量提升了18%[14]。
因此在大腸桿菌傳代時(shí),逐步提高乳酸鈉的含量,來(lái)改善大腸桿菌LHY02對(duì)乳酸根的耐受性。從表1的結(jié)果來(lái)看,經(jīng)過(guò)22代馴化后得到的菌株LHY201,其在12%乳酸鹽條件下培養(yǎng)所得OD600 nm為0.37,較馴化前數(shù)值有較大的降低。但相對(duì)一些在乳酸根含量超過(guò)10%就完全不能生長(zhǎng)的產(chǎn)乳酸的菌株[15],LHY201仍表現(xiàn)出較好的生長(zhǎng)性能。
2.2 馴化后菌株分批發(fā)酵產(chǎn)D-乳酸的效果
為了進(jìn)一步考察乳酸根對(duì)菌株的馴化效果,以馴化前的菌株LHY02為對(duì)照,考察了LHY201在含16%高濃度葡萄糖的發(fā)酵培養(yǎng)基中的發(fā)酵效果。發(fā)酵罐中菌體生長(zhǎng)情況見(jiàn)圖1。由圖1可知,菌株LHY02和LHY201最大OD600 nm分別達(dá)到2.84和5.04。經(jīng)過(guò)馴化,菌體OD600 nm提高了77.5%,表明馴化后菌株LHY201在發(fā)酵時(shí)擁有較好的生長(zhǎng)性能。
乳酸的產(chǎn)量與發(fā)酵菌體的生長(zhǎng)有著密切的關(guān)系[15]。馴化后的生物量提高,會(huì)反映到產(chǎn)物生成和底物的消耗上。從圖1可以發(fā)現(xiàn),發(fā)酵到56 h, LHY201乳酸產(chǎn)量達(dá)到138.1 g/L,相對(duì)于出發(fā)菌株LHY02產(chǎn)量(101.0 g/L)提高了36.7%。同時(shí)葡萄糖的消耗也隨之增加,殘?zhí)橇恳灿兴档?,馴化前菌株發(fā)酵殘?zhí)菫?1.2 g/L,馴化后的菌株發(fā)酵時(shí)殘?zhí)墙禐?3.3 g/L。
為了進(jìn)一步驗(yàn)證LHY201的發(fā)酵性能,對(duì)其在不同濃度的葡萄糖(8%、16%、20%)條件下進(jìn)行了分批發(fā)酵(表2)。LHY201利用8%的葡萄糖進(jìn)行發(fā)酵,糖酸轉(zhuǎn)化率達(dá)98.3%,發(fā)酵在26 h結(jié)束,未檢測(cè)到殘?zhí)?。初糖濃度提高?6%時(shí),由于添加Ca(OH)2的原因,發(fā)酵液終體積達(dá)到3.51 L,測(cè)得乳酸118.0 g/L,按稀釋率換算乳酸產(chǎn)量138.1 g/L;葡萄糖濃度進(jìn)一步提高到20%時(shí),發(fā)酵液體積達(dá)到3.62 L,測(cè)得乳酸為127.0 g/L,按稀釋率最終換算得乳酸產(chǎn)量為153.3 g/L。相比8%的初糖,葡萄糖提高到16%和20%時(shí),乳酸產(chǎn)量明顯增加,但是糖酸轉(zhuǎn)化率有所下降,分別為86.4%和77.4%,發(fā)酵周期長(zhǎng)且均有一定量的殘?zhí)钱a(chǎn)生。
2.3 馴化后的菌株LHY201的補(bǔ)料分批發(fā)酵產(chǎn)D-乳酸
進(jìn)一步提高大腸桿菌D-乳酸發(fā)酵產(chǎn)量,需要高濃度的葡萄糖原料,但是,發(fā)酵過(guò)程中,高濃度的葡萄糖會(huì)產(chǎn)生阻遏效應(yīng),使菌體無(wú)法利用碳源而導(dǎo)致發(fā)酵停滯[16]。同時(shí),高濃度的葡萄糖會(huì)導(dǎo)致發(fā)酵液滲透壓過(guò)高而影響菌體生長(zhǎng),如在培養(yǎng)基中一次性添加10%的葡萄糖,就發(fā)現(xiàn)菌體的生長(zhǎng)和乳酸發(fā)酵能力受到明顯地抑制[9]。
補(bǔ)料發(fā)酵能部分解除葡萄糖阻遏效應(yīng),更是一種常用的提高微生物發(fā)酵產(chǎn)量及生產(chǎn)強(qiáng)度的手段[17]。目前D-乳酸發(fā)酵產(chǎn)量較高的報(bào)道中,幾乎都采用了補(bǔ)料發(fā)酵的辦法。如芽孢乳桿菌Sporolactobacillus sp. CASD經(jīng)過(guò)發(fā)酵花生粕,D-乳酸產(chǎn)量高達(dá)207 g/L[2],研究者探索了多次補(bǔ)料和單次補(bǔ)料產(chǎn)D-乳酸效果,發(fā)現(xiàn)發(fā)酵過(guò)程中多次補(bǔ)料相對(duì)于單次補(bǔ)料,D-乳酸產(chǎn)量和生產(chǎn)強(qiáng)度較高而糖酸轉(zhuǎn)化率較低;同樣經(jīng)過(guò)工程改造的嗜堿芽孢桿菌發(fā)酵D-乳酸時(shí),其主要補(bǔ)料方式為加入8%的葡萄糖作為底糖,然后當(dāng)發(fā)酵液殘?zhí)堑陀?0 g/L時(shí)流加高濃度的葡萄糖,產(chǎn)量可達(dá)143.99 g/L且生產(chǎn)強(qiáng)度可達(dá)3.04 g/L/h[4]。課題組前期構(gòu)建的大腸桿菌工程菌在6 t的發(fā)酵規(guī)模下,采用中途一次補(bǔ)料的方式(8%的葡萄糖作為底糖,補(bǔ)加5%的葡萄糖),能產(chǎn)126 g/L D-乳酸,生產(chǎn)強(qiáng)度高達(dá)6 g/L/h[1]。
在馴化菌株的基礎(chǔ)上,嘗試用補(bǔ)料分批發(fā)酵的方法來(lái)進(jìn)一步提高乳酸產(chǎn)量和糖酸轉(zhuǎn)化率,并對(duì)分批發(fā)酵及補(bǔ)料分批發(fā)酵進(jìn)行了對(duì)比。補(bǔ)料發(fā)酵中采用較低的初糖濃度(80 g/L),菌體能很快適應(yīng)環(huán)境,提前進(jìn)入產(chǎn)酸期;發(fā)酵液中殘?zhí)菨舛认陆抵?0 g/L左右時(shí)進(jìn)行補(bǔ)加葡萄糖。具體補(bǔ)加葡萄糖方式為:8%+8%和8%+8%+4%。
采用8%+8%的葡萄糖添加方式進(jìn)行發(fā)酵(圖2),發(fā)酵到24 h還剩殘?zhí)?.21 g/L,此時(shí)補(bǔ)加葡萄糖80 g/L。發(fā)酵到38 h葡萄糖完全耗盡,最終發(fā)酵液體積達(dá)3.97 L,此時(shí)測(cè)得乳酸產(chǎn)量為115.3 g/L,折算稀釋率,換算得乳酸最終產(chǎn)量為152.6 g/L,糖酸轉(zhuǎn)化率達(dá)95.4%,生產(chǎn)強(qiáng)度4.02 g/L/h。從圖2中還可以看到發(fā)酵副產(chǎn)物琥珀酸和乙酸分別為1.49 g/L、3.06 g/L,含量相對(duì)較小。
采用8%+8%+4%的葡萄糖添加方式(圖3),分兩次補(bǔ)加葡萄糖,整個(gè)發(fā)酵過(guò)程歷時(shí)48 h,糖酸轉(zhuǎn)化率為93.8%,導(dǎo)致的發(fā)酵液最終體積達(dá)到4.35 L,測(cè)得乳酸產(chǎn)量為128.1 g/L,根據(jù)稀釋率換算得乳酸最終產(chǎn)量為185.7 g/L。發(fā)酵副產(chǎn)物乙酸和琥珀酸分別為5.41 g/L和3.76 g/L。
從表3可以看出,相比分批發(fā)酵,補(bǔ)料分批發(fā)酵縮短了發(fā)酵時(shí)間,發(fā)酵結(jié)束后未檢測(cè)到殘?zhí)恰2捎醚a(bǔ)料方式為8%+8%進(jìn)行葡萄糖補(bǔ)料發(fā)酵,發(fā)酵38 h,產(chǎn)乳酸152.6 g/L,相比一次性添加16%的葡萄糖,乳酸產(chǎn)量提高了10.5%,發(fā)酵周期縮短了18 h,糖酸轉(zhuǎn)化率增加了10.4%。采用補(bǔ)料方式為8%+8%+4%進(jìn)行葡萄糖補(bǔ)料發(fā)酵,乳酸產(chǎn)量為185.7 g/L,相比一次性添加20%葡萄糖的分批發(fā)酵,乳酸產(chǎn)量提高了21.1%,發(fā)酵周期縮短了一半,糖酸轉(zhuǎn)化率增加了21.2%??梢?jiàn),通過(guò)補(bǔ)料發(fā)酵不但D-乳酸發(fā)酵產(chǎn)量提高,還可解決分批發(fā)酵中殘?zhí)嵌嗉疤撬徂D(zhuǎn)化率不高的問(wèn)題。
3 小結(jié)
經(jīng)過(guò)高含量(12%)乳酸鈉的馴化,可獲得對(duì)乳酸鹽有較好耐性的菌株(LHY201),其生物量相對(duì)于出發(fā)菌株(LHY02)提高了77.5%。作為生長(zhǎng)與產(chǎn)物合成同步的發(fā)酵類(lèi)型,馴化菌株LHY201表現(xiàn)出了較好產(chǎn)D-乳酸性能。利用16%葡萄糖進(jìn)行分批發(fā)酵時(shí),乳酸產(chǎn)量達(dá)到138.1 g/L,相對(duì)于出發(fā)菌株LHY02產(chǎn)量提高了36.7%。
相比分批發(fā)酵,補(bǔ)料分批發(fā)酵大大縮短了發(fā)酵時(shí)間,且D-乳酸發(fā)酵產(chǎn)量、生產(chǎn)強(qiáng)度及糖酸轉(zhuǎn)化率都相應(yīng)提高。采用補(bǔ)料方式為8%+8%進(jìn)行葡萄糖補(bǔ)料發(fā)酵,發(fā)酵38 h,產(chǎn)乳酸152.6 g/L,相比一次性添加16%的葡萄糖,乳酸產(chǎn)量提高了10.5%,發(fā)酵周期縮短了18 h,糖酸轉(zhuǎn)化率增加了10.4%。采用補(bǔ)料方式為8%+8%+4%進(jìn)行葡萄糖補(bǔ)料發(fā)酵,乳酸產(chǎn)量為185.7 g/L,相比一次性添加20%葡萄糖的分批發(fā)酵,乳酸產(chǎn)量提高了21.1%,發(fā)酵周期縮短了一半,糖酸轉(zhuǎn)化率增加了21.2%。
參考文獻(xiàn):
[1] LIU Y,GAO W,ZHAO X,et al. Pilot scale demonstration of D-lactic acid fermentation facilitated by Ca(OH)2 using a metabolically engineered Escherichia coli[J].Bioresource Technology,2014,169:559-565.
[2] WANG L,ZHAO B,LI F,et al. Highly efficient production of D-lactate by Sporolactobacillus sp. CASD with simultaneous enzymatic hydrolysis of peanut meal[J].Applied Microbiology and Biotechnology,2011,89(4):1009-1017.
[3] FENG X,DING Y,XIAN M,et al. Production of optically pure d-lactate from glycerol by engineered Klebsiella pneumoniae strain[J].Bioresource Technology,2014,172:269-275.
[4] ASSAVASIRIJINDA N,GE D,YU B,et al. Efficient fermentative production of polymer-grade D-lactate by an engineered alkaliphilic Bacillus sp. strain under non-sterile conditions[J]. Microbial Cell Factories,2016,15(1):1-10.
[5] NGUYEN C M, CHOI G J,CHOI Y H,et al. D-and L-lactic acid production from fresh sweet potato through simultaneous saccharification and fermentation[J].Biochemical Engineering Journal,2013,81:40-46.
[6] 周 麗,田康明,左志銳,等.大腸桿菌琥珀酸和乙酸合成途徑的刪除及其重組菌株的D-乳酸發(fā)酵[J].生物工程學(xué)報(bào),2011, 27(1):31-40.
[7] ZHU Y,EITEMAN M A,DEWITT K,et al. Homolactate fermentation by metabolically engineered Escherichia coli strains[J].Applied and Environmental Microbiology,2007,73(2):456-464.
[8] 魯泓鷹,何 虎,劉 棗,等.木糖發(fā)酵生產(chǎn)高純度D-乳酸大腸桿菌工程菌LHY02的構(gòu)建[J].中國(guó)生物工程雜志,2014(12):91-96.
[9] ZHOU S,YOMANO L P,SHANMUGAM K T,et al.Fermentation of 10%(W/V) sugar to D(-)-lactate by engineered Escherichia coli B[J].Biotechnology Letters,2005,27(23-24):1891-1896.
[10] TIAN K M,CHEN X Z,SHEN W,et al. High-efficiency conversion of glycerol to D-lactic acid with metabolically engineered Escherichia coli[J].African Journal of Biotechnology, 2014,21(11):4860-4867.
[11] 趙錦芳,許麗媛,王永澤,等.利用五碳糖產(chǎn)高純度L-乳酸的大腸桿菌基因工程菌的構(gòu)建[J].微生物學(xué)報(bào),2013,53(4):328-337.
[12] 鄒芳勤,張 灝,田豐偉,等.主要代謝產(chǎn)物對(duì)雙歧桿菌生長(zhǎng)的影響[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2004,30(6):68-71.
[13] ZHOU L,ZUO Z R,CHEN X Z,et al. Evaluation of genetic manipulation strategies on D-lactate production by Escherichia coli[J].Current Microbiology,2011,62(3):981-989.
[14] 王世珍,嚴(yán)正平,邱隆輝,等.發(fā)酵粗甘油產(chǎn)乳酸的戊糖乳桿菌代謝進(jìn)化[J].化工學(xué)報(bào),2015(8):3195-3203.
[15] 馮文婧,杜宇輝,劉家亨,等.一株耐受低pH,高濃度乳酸及琥珀酸菌株的篩選與鑒定[J].微生物學(xué)通報(bào),2014,41(11):2171-2181.
[16] 李 紅,褚潔潔,閆素娟,等.消除葡萄糖效應(yīng)提高酵母降糖速度的研究[J].釀酒科技,2015,7(7):9-13.
[17] OKINO S,SUDA M,F(xiàn)UJIKURA K,et al. Production of D-lactic acid by Corynebacterium glutamicum under oxygen deprivation[J].Applied Microbiology and Biotechnology,2008,78(3):449-454.