产甘油假丝酵母产甘油发酵的代谢机理

论文摘要

甘油是一种重要的轻化工原料,已广泛应用于化工、医药、食品和国防等十多个领域的1700多种产品。近些年来,利用耐高渗酵母生产甘油越来越引起人们的关注。耐高渗酵母——产甘油假丝酵母是本研究室拥有自主知识产权的甘油生产菌株,其发酵生产甘油具有高产量、高转化率和高回收率等优点,在我国得到了较好的工业化应用。但是,迄今为止,我们对其遗传背景依然知之甚少,更没有从细胞全局性水平的高度对其复杂代谢网络中各代谢途径之间的关系做深入透彻的研究,而这些方面的知识只是更多地借鉴了酿酒酵母等其它酵母的有关研究成果。本文根据微生物代谢及其调控理论研究产甘油假丝酵母产甘油发酵的代谢机理,探讨其甘油合成途径与EMP途径、HMP途径和TCA循环之间的内在联系,以此阐明产甘油假丝酵母高产甘油的内在本质,并为将来对甘油合成及其下游产品（如1,3-丙二醇）的代谢工程研究打下基础。现将取得的主要研究成果归纳如下:1.以复合培养基和合成培养基进行比较发酵,研究了玉米浆及其主要成分在产甘油假丝酵母产甘油发酵过程中的作用机理。结果表明:用复合培养基发酵生产甘油时,玉米浆用量决定了发酵过程中菌体生长、甘油合成和葡萄糖消耗的情况,其浓度的较小变化即可引起发酵过程和结果的显著变化。玉米浆磷可以调节EMP途径与HMP途径之间葡萄糖代谢流的分布;随着玉米浆磷浓度的增加,HMP途径被抑制而EMP途径被激活,结果细胞生物量增加。玉米浆氮也可作为氮源被利用,但它并不是产甘油假丝酵母的适宜氮源。玉米浆中的微量元素能够显著提高葡萄糖的消耗速率、促进菌体生长和提高甘油产量。2.对不同发酵阶段用于菌体生长、代谢维持、甘油合成和副产物形成所消耗的葡萄糖进行了动力学分析。当玉米浆作磷源时,生长动力学参数Xm随玉米浆浓度增加而线性递增,且发酵过程中甘油合成与菌体生长耦联紧密;当KH2PO4浓度在0.49-0.73 g/L范围内时,Xm、μm基本恒定,甘油合成与菌体生长相关性较小。随着培养基中磷浓度增高,整个发酵过程中用于菌体产生和维持代谢所消耗的葡萄糖基本保持稳定,而在快速生长阶段两者之和呈递增趋势;但是无论在哪个阶段,用于甘油合成所消耗的葡萄糖先随磷浓度升高而增加然后逐渐减少。副产物的形成主要发生在快速生长阶段,而稳定期生成的副产物很少。当玉米浆浓度为14 g/L、KH2PO4浓度为0.57 g/L时,整个发酵过程中产生的副产物最少,分别为5.8 %和4.3 %;甘油对葡萄糖得率最高,分别达到0.534 g/g和0.528 g/g。3.在28-36℃范围内,由于发酵周期随温度升高而显著缩短,导致细胞生长、甘油合成和葡萄糖消耗的比速率也随温度升高逐渐增加。但是,当温度为32℃时最适于产甘油假丝酵母合成甘油,甘油产量、得率和产率分别达到120.3 g/L、0.523 g/g、1.43 g/（L·h）。应用

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 甘油的用途与生产方法简介
• 1.2 耐高渗透压酵母的甘油代谢
• 1.2.1 甘油的合成代谢
• 1.2.2 高渗甘油应答途径（HOG 途径）
• 1.2.3 甘油的转运机制
• 1.2.4 甘油的分解代谢
• 1.3 酵母糖代谢和产能代谢
• 1.3.1 糖酵解途径（EMP 途径）
• 1.3.2 磷酸戊糖途径（HMP 途径）
• 1.3.3 三羧酸循环（TCA 循环）
• 1.3.4 还原力氧化与能量产生
• 1.4 酵母聚磷酸盐（PolyP）代谢
• 1.4.1 聚磷酸盐的结构、种类与分布
• 1.4.2 聚磷酸盐的合成与降解
• 1.4.3 聚磷酸盐的生理作用
• 1.5 甘油生产的优化策略
• 1.5.1 代谢工程
• 1.5.2 生理调控
• 1.6 本课题立题依据与研究内容
• 参考文献
• 第二章 磷源对产甘油假丝酵母产甘油发酵过程的影响
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 菌株
• 2.2.2 培养基
• 2.2.3 发酵方法
• 2.2.4 分析方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 玉米浆组分的分析
• 2PO₄分别作为磷源的分批发酵过程'>2.3.2 以玉米浆和KH₂PO₄分别作为磷源的分批发酵过程
• 2.3.3 玉米浆主要组分对产甘油假丝酵母产甘油发酵过程的影响
• 2.3.4 分批发酵过程的动力学分析
• 2.4 本章小结
• 符号说明
• 参考文献
• 第三章 温度与溶氧对产甘油假丝酵母产甘油发酵过程的影响
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 菌株
• 3.2.2 培养基
• 3.2.3 发酵方法
• 3.2.4 分析方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 温度对产甘油假丝酵母产甘油发酵过程的影响
• 3.3.2 溶氧对产甘油假丝酵母产甘油发酵过程的影响
• 3.4 本章小结
• 符号说明
• 参考文献
• 第四章 氨基酸促进产甘油假丝酵母甘油合成及其作用机理
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 菌株
• 4.2.2 培养基
• 4.2.3 发酵方法
• 4.2.4 分析方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 复合氨基酸溶液对C. glycerinogenes 发酵产甘油的影响
• 4.3.2 氨基酸作用类型及其添加量的确定
• 4.3.3 氨基酸作用类型与其侧链结构、极性及分解代谢特征的关系
• 4.3.4 第一类氨基酸添加时机的选择
• 4.3.5 最适条件下添加第一类氨基酸的摇瓶发酵过程
• 4.3.6 第一类氨基酸促进甘油合成的代谢机理
• 4.3.7 第一类氨基酸促进甘油合成的动力学分析
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 渗透压对甘油合成与聚磷酸盐积累的调节作用
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 菌株
• 5.2.2 培养基
• 5.2.3 发酵方法
• 5.2.4 分析方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 次氯酸钠破壁方式的确定
• 5.3.2 不同磷含量条件下渗透压对甘油合成与胞内磷积累的影响
• 5.3.3 适磷培养基中渗透压对甘油合成与胞内磷积累的影响
• 5.3.4 富磷培养基中渗透压对甘油合成与胞内磷积累的影响
• 5.3.5 生长稳定期pH 值对甘油合成、PolyP 积累和细胞存活率的影响
• 5.3.6 渗透压对中心代谢与甘油合成代谢的调控作用
• 5.3.7 渗透压影响甘油合成与胞内磷积累的综合讨论
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 产甘油假丝酵母反复分批发酵生产甘油
• 6.1 引言
• 6.2 材料与方法
• 6.2.1 菌株
• 6.2.2 培养基
• 6.2.3 发酵方法
• 6.2.4 分析方法
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 酵母细胞回用策略的提出
• 6.3.2 酵母细胞回用时机的选择
• 6.3.3 酵母细胞回用培养基中磷浓度的确定
• 6.3.4 回用细胞处理方式对甘油发酵的影响
• 6.3.5 合成培养基中酵母细胞多次回用的发酵过程与动力学分析
• 6.3.6 复合培养基中酵母细胞多次回用的发酵过程与动力学分析
• 6.3.7 合成培养基与复合培养基中反复分批发酵过程的比较
• 6.4 本章小结
• 符号说明
• 参考文献
• 主要结论
• 主要创新点
• 今后研究的建议
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 附表 常用英文缩略词