Airlift-driven fibrous-bed bioreactor for continuous production of glucoamylase using immobilized recombinant yeast cells
- 作者
- Peter Kilonzo, Argyrios Margaritis, Maurice Bergougnou
- 单位
- Department of Chemical and Biochemical Engineering, University of Western Ontario, London, Ontario N6A 5B9, Canada
- 杂志
- Journal of Biotechnology（2009）
- DOI
- 10.1016/j.jbiotec.2009.06.007
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
重组酵母在连续培养中质粒不稳定，导致葡萄糖淀粉酶产量显著下降的问题。
研究策略
采用气升驱动纤维床固定化细胞生物反应器，将重组酵母细胞吸附固定在棉纤维载体上，通过固定化提高质粒稳定性和产物产量。
核心内容
本研究针对重组酿酒酵母在连续培养中质粒不稳定导致葡萄糖淀粉酶产量下降的问题，开发了一种逆内循环气升驱动纤维床固定化细胞生物反应器，以亲水性棉纤维为载体固定化重组酵母细胞。在游离细胞培养中，气升式反应器中的酶活比搅拌罐高约20%；而在固定化细胞系统中，细胞密度达约85 g/L时获得161 U/L的葡萄糖淀粉酶活性，体积产率3.5 U/L h，较游离细胞培养的1.4 U/L h提高2.5倍。固定化系统连续培养5个世代后仍保持稳定，质粒携带细胞比例为62%，细胞活力约80%，而游离细胞培养中搅拌罐和气流式反应器的质粒携带比例分别降至10%和40%。结果显示，棉纤维床固定化可显著增强质粒稳定性和产物产量，该气升驱动纤维床反应器适用于重组酵母的连续化生产。
创新点
开发了一种逆内循环气升驱动纤维床固定化细胞生物反应器；选用亲水性棉纤维作为固定化载体，实现了高密度细胞固定化（约85 g/L）；在连续非选择培养基操作下显著提高了质粒稳定性和葡萄糖淀粉酶产量。
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 重组酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae C468/pGAC9 | 葡萄糖淀粉酶合成与分泌 | glucoamylase基因（来源于Aspergillus awamori） | 葡萄糖淀粉酶（Glucoamylase, GA） | 催化 | 水解淀粉的α-1,4和α-1,6糖苷键，分泌到胞外 |
关键发现
- 游离细胞培养中，气升式生物反应器中的葡萄糖淀粉酶水平比搅拌罐高约20%
- 固定化细胞系统中，当细胞密度达到约85 g/L（或12.3 g/g纤维）时，获得葡萄糖淀粉酶活性161 U/L，体积产率3.5 U/L h，比游离细胞培养（1.4 U/L h）提高约2.5倍
- 固定化系统在连续培养5个世代后实现稳定生产，质粒携带细胞比例约62%，细胞活力约80%
- 游离细胞培养中，搅拌罐和气流式反应器中质粒携带细胞比例分别降至约10%和40%
- 批次培养最大葡萄糖淀粉酶活性为181 U/L（28小时）
- 固定化细胞密度最高达12.3 g/g纤维，总细胞浓度达101.3 g/L。
研究结论
细胞固定化在棉纤维床中能显著提高重组酿酒酵母的质粒稳定性和葡萄糖淀粉酶产量，气升驱动纤维床生物反应器适用于重组酵母的连续生产。