《羅伊氏乳桿菌生產3-HPA振盪行為分析及連續轉化調控策略》是依託華僑大學，由陳國擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：羅伊氏乳桿菌生產3-HPA振盪行為分析及連續轉化調控策略
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳國
- 依託單位：華僑大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
生物柴油產業的發展，導致副產物甘油產量迅速增加，建立甘油為底物的生物轉化平台引起人們的關注。本課題針對羅伊氏乳桿菌轉化甘油生產3-HPA過程中細胞、底物和產物濃度振盪的問題，以連續、穩定、高效生產3-HPA為目標，首先對代謝途徑中多反饋抑制進行正則建模以解析產生生物振盪的機理；其次模擬與實驗相結合，深入研究葡萄糖、甘油及葡萄糖-甘油三類底物培養時細胞的生長代謝特性及關鍵酶活性變化規律，建立描述生物振盪的巨觀模型；最後通過微膠囊固定化細胞，利用液固循環流化床反應器的過程集成和過程強化的特點，研發自動實現微囊化羅伊氏乳桿菌培養-轉化-活化的分段調控策略，達到連續穩定生產3-HPA的目的。本課題的開展將突破甘油生物轉化生產1,3-丙二醇的局限，拓寬甘油生物轉化平台的研究內容，促進生物轉化過程中分段調控的深入研究。
結題摘要
生物柴油產業的發展，導致副產物甘油產量迅速增加，建立以甘油為底物製備高附加值化學品的生物轉化平台引起人們的廣泛關注。本課題針對羅伊氏乳桿菌轉化甘油生產3-HPA過程中細胞、底物和產物濃度振盪的若干問題，以連續、穩定、高效生產3-HPA為目標，側重研究了內容和結果如下：其一、對羅伊氏乳桿菌培養基和培養條件進行了回響面法最佳化，獲得所篩Lactobacillus reuteri CG001最優培養條件為：酵母膏20g/L，葡萄糖20g/L，醋酸鈉7g/L，檸檬酸銨1g/L，磷酸氫二鉀3g/L，硫酸鎂0.2g/L，硫酸錳0.23g/L，吐溫-80 1g/L，初始pH6.2，培養溫度38.6℃。其二、對羅伊氏乳桿菌代謝途徑中多反饋抑制進行正則建模，闡明了其發生生物振盪的主要原因為葡萄糖/甘油共底物發酵過程中胞內NAD/NADH平衡的自我調節，伴隨3-羥基丙醛對細胞的致死效應的互動關係。其三、模擬與實驗相結合，深入研究葡萄糖、甘油及葡萄糖-甘油三類底物培養時細胞的生長代謝特性及關鍵酶活性變化規律，發現實現細胞多次重複利用的關鍵在於原位甘油脫水酶再激活，並進而研究了羅伊氏乳桿菌胞內甘油脫水酶催化特性及原位再激活策略。其四、基於催化甘油轉化的連串反應，建立轉化甘油製備3-HPA的巨觀動力學模型，估算了不同條件下的模型參數，能與實驗數據較好的吻合，獲得最優的轉化條件為：轉化菌濃為25.3g/L時，使用培養24h的菌，在30℃條件下轉化200mM甘油1h，3-HPA/甘油摩爾轉化率可高達97.8%。最後利用固定化羅伊氏乳桿菌細胞，通過過程集成和過程強化，研發實現微囊化羅伊氏乳桿菌培養-轉化-活化的分段調控策略，在採用海藻酸鈣法固定化L. reuteri CG001細胞直接轉化和增殖轉化甘油製備3-HPA過程中，發現了膠囊尺寸引起傳質限制，導致囊內產物濃度過高，進而造成囊內產物抑制使轉化率嚴重下降的問題，進一步嘗試採用磁性納米顆粒直接修飾L. reuteri實現細胞快速分離和原位激活的重複利用新策略。本課題的開展將突破甘油生物轉化生產1,3-丙二醇的局限，拓寬甘油生物轉化平台的研究內容，促進生物轉化過程中分段調控的深入研究。
