Enhancing Anaplerosis and Glutamate Conversion Yield by Adding a Co2Source and Regulating pH in Glutamate Fermentation

Enhancing Anaplerosis and Glutamate Conversion Yield by Adding a Co2Source and Regulating pH in Glutamate Fermentation

论文摘要

在谷氨酸发酵过程中,回补反应通过固定CO2,将丙酮酸转化为草酰乙酸为谷氨酸合成提供中间代谢产物,此途径的强弱直接影响谷氨酸的转化率,因此,强化回补反应是提高谷氨酸转化率的必需条件。在回补反应中,CO2并不直接参与反应,而是以HCO3-形式参与反应,由于CO2容易从液体中溢出,理论上可以通过添加碳酸氢钠增加HCO3-强化回补反应。而碳酸氢钠溶液pH在8.0左右,CO2在偏碱性溶液中更容易形成HCO3-,且谷氨酸棒杆菌的最适pH生长范围在6.5-8.5,因此,本研究分别对在谷氨酸产酸期单独添加碳酸氢钠及添加碳酸氢钠和调节pH耦联条件下的发酵性能进行了研究,并分析和比较了不同操作条件下关键酶活性和代谢流分配,找出了谷氨酸转化率提高的原因。论文主要内容和结论如下:1)通过摇瓶实验确定碳酸氢钠最适添加量为25mmol/L,最终谷氨酸浓度比对照提高23%,转化率比对照提高36%。碳酸氢钠在进入产酸期后开始添加,每隔2h添加一次,共添加4次。2)在5L发酵罐条件下,碳酸氢钠采用与摇瓶同样的添加方式,在谷氨酸产酸期单独添加碳酸氢钠和升高pH条件下,最终谷氨酸浓度可以达到对照正常水平,但是转化率没有明显提高。而只有在产酸期同时添加碳酸氢钠、升高pH和先升高pH后添加碳酸氢钠条件下,谷氨酸转化率显著提高(分别提高41%和35%),此时谷氨酸最终产量也可以达到对照水平。3)不同操作条件下代谢主途径中关键酶活性分析表明,仅仅提高丙酮酸羧化酶(PC)活性并不能有效提高谷氨酸转化率,只有在PC和异柠檬酸脱氢酶(ICDH)活性同时增强、且α-酮戊二酸脱氢酶(ODHC)和丙酮酸脱氢酶(PDH)活性弱化条件下,谷氨酸转化率才能显著提高。而不同操作条件下的异柠檬酸裂解酶(ICL)活性没有明显变化。4)不同操作条件下代谢计算分析表明,在单独添加碳酸氢钠条件下,进入回补反应的代谢流增加,异柠檬酸→α-酮戊二酸的代谢流没有明显变化,α-酮戊二酸进入继续氧化途径的代谢流降低,进入谷氨酸合成的代谢流增加。而在同时添加碳酸氢钠、升高产酸期pH条件下,进入回补反应的代谢流增加,虽然异柠檬酸→α-酮戊二酸的代谢流降低,α-酮戊二酸进入继续氧化途径的代谢流降低,进入谷氨酸合成的代谢流增加。

论文目录

  • ABSTRACT
  • 摘要
  • CHAPTER 1: INTRODUCTION AND LITERATURE REVIEW
  • 1.1. Brief background
  • 1.2. Applications of glutamate
  • 1.2.1. Food industry
  • 1.2.2. Medical/Pharmaceutical industries
  • 1.2.3. Research Products, Analytical Standards and Chemical Intermediate
  • 1.2.4. Other applications
  • 1.3. Industrial fermentation of glutamate
  • 1.4. Literature review
  • 1.4.1. The microorganism: Corynebacterium glutamicum
  • 1.4.2. Central metabolism of Corynebacterium glutamicum in brief
  • 1.4.3. The problem
  • CHAPTER 2 MATERIALS AND METHODS
  • 2.1. Strain
  • 2.2. Shake flasks seed and fermentation media composition and conditions
  • 2.3. Fermentation media composition and conditions in 5 L bioreactor
  • 2.3.1. Fermentation conditions
  • 2.3.2. Fermentation medium
  • 2.4. Analytical methods
  • 2.4.1. Concentrations of cell, glucose and glutamate
  • 2release amount and yields of glutamate/CO2on glucose'>2.4.2. Determination of CO2release amount and yields of glutamate/CO2on glucose
  • 2.4.3. Enzyme activity assays
  • CHAPTER 3. RESULTS AND DISCUSSION
  • 3.1. Preliminary experiments in shake flasks
  • 3 addition were singly regulated'>3.2. Fermentation performance and enzymatic activities changes when pH and NaHCO3 addition were singly regulated
  • 3addition only'>3.2.1. NaHCO3addition only
  • 3.2.2. pH increase only
  • 3and HEPE'>3.2.3. Addition of both NaHCO3and HEPE
  • 3addition were jointly regulated'>3.3. Fermentation performance and enzymatic activities changes when pH and NaHCO3addition were jointly regulated
  • 3addition'>3.3.1. Simultaneous increase of pH and commencement of NaHCO3addition
  • 3addition later'>3.3.2. Increase of pH first and commencement of NaHCO3addition later
  • 3addition first and increase of pH later'>3.3.3. Commencement of NaHCO3addition first and increase of pH later
  • 3regulation modes'>3.4. Metabolic flux analysis of glutamate fermentations under different pH/NaHCO3regulation modes
  • 3.4.1 Calculation principle or methods of metabolic flux analysis
  • 3.4.2 The results of metabolic flux analysis
  • GENERAL CONCLUSION
  • RECOMMENDATIONS FOR FURTHER STUDY
  • ACKNOWLEDGEMENTS
  • REFERENCES
  • List of publications
  • 相关论文文献

    • [1].代谢流分析在肿瘤代谢研究中的应用进展[J]. 中国医学前沿杂志(电子版) 2019(02)
    • [2].α-淀粉酶抑制剂生物合成途径和代谢流分析(英文)[J]. 食品科学 2017(04)
    • [3].耐高渗酿酒酵母的代谢流分析[J]. 食品与生物技术学报 2009(03)
    • [4].L-苹果酸代谢流分析及高产菌株构建[J]. 山东食品发酵 2009(03)
    • [5].苹果酸对L-谷氨酸发酵代谢流迁移的影响[J]. 生物加工过程 2009(05)
    • [6].柠檬酸钠对L-亮氨酸发酵代谢流分布的影响[J]. 高校化学工程学报 2008(03)
    • [7].柠檬酸钠对L-谷氨酸发酵代谢流迁移的影响[J]. 天津科技大学学报 2009(02)
    • [8].生物过程代谢组学与代谢流测定[J]. 生物产业技术 2018(01)
    • [9].溶氧对Candida glycerinogenes产甘油发酵代谢流分布的影响[J]. 化工学报 2012(04)
    • [10].一种基于Petri网的代谢流分析方法[J]. 计算机与应用化学 2008(01)
    • [11].谷氨酸棒杆菌S9114在不同溶氧条件下发酵生产谷氨酸的代谢流分析[J]. 中国酿造 2010(10)
    • [12].L-色氨酸清液发酵工艺研究[J]. 食品与发酵科技 2017(02)
    • [13].谷氨酸棒杆菌生物合成L-鸟氨酸的代谢流分析[J]. 南京工业大学学报(自然科学版) 2009(04)
    • [14].代谢网络流分析进展及应用[J]. 科学通报 2010(14)
    • [15].基于近红外光谱结合代谢流分析的L-缬氨酸发酵过程监控[J]. 中国食品学报 2019(11)
    • [16].溶氧强制振荡对L-苏氨酸发酵产率及其代谢流迁移的影响[J]. 高校化学工程学报 2010(01)
    • [17].产L-丝氨酸谷氨酸棒杆菌的代谢工程改造和代谢流分析[J]. 中国科学:生命科学 2012(04)
    • [18].磷酸盐对Escherichia coli TRJH L-色氨酸发酵代谢流分布的影响[J]. 天津科技大学学报 2009(05)
    • [19].基于代谢流分析的L-组氨酸产生菌定向选育[J]. 现代食品科技 2010(01)
    • [20].L-色氨酸活细胞在线监控补料发酵工艺研究[J]. 食品与发酵科技 2017(04)
    • [21].组合添加代谢调控剂对肌苷发酵及其代谢流分布的影响[J]. 高校化学工程学报 2014(04)
    • [22].基于代谢流量分析的L-谷氨酸发酵过程优化[J]. 中国食品学报 2008(02)
    • [23].圆红冬孢酵母类胡萝卜素代谢流的阻遏及走向[J]. 大连工业大学学报 2019(02)
    • [24].克雷伯氏菌发酵棉秆水解糖液产丁二酸的代谢特性[J]. 食品与发酵工业 2020(22)
    • [25].细菌纤维素生物合成网络的构建及代谢通量分析[J]. 天津科技大学学报 2009(03)
    • [26].代谢工程在生物丁醇生产中的应用及研究进展[J]. 现代化工 2012(04)
    • [27].基于关键节点代谢流重排提高酿酒酵母的香叶基香叶醇产量[J]. 高校化学工程学报 2018(04)
    • [28].基因工程大肠杆菌BL21产β-甘露聚糖酶的代谢流研究[J]. 中国酿造 2019(02)
    • [29].不同溶氧条件下L-苏氨酸生物合成菌株的代谢流量分析[J]. 微生物学报 2008(08)
    • [30].谷氨酸发酵过程膜偶联间歇透析发酵工艺研究[J]. 食品与发酵科技 2018(01)

    标签:;  ;  ;  ;  ;  

    Enhancing Anaplerosis and Glutamate Conversion Yield by Adding a Co2Source and Regulating pH in Glutamate Fermentation
    下载Doc文档

    猜你喜欢