Feeding strategies for the improved biosynthesis of canthaxanthin from enzymatic hydrolyzed molasses in the fed-batch fermentation of Dietzia natronolimnaea HS-1
- 作者
- Seyed Mohammad Taghi Gharibzahedi, Seyed Hadi Razavi, Mohammad Mousavi
- 单位
- Bioprocess Engineering Laboratory (BPEL), Department of Food Science, Engineering & Technology, Faculty of Agricultural Engineering and Technology, University of Tehran, P.O. Box 4111, Karaj 31587-77871, Iran
- 杂志
- Bioresource Technology（2013）
- DOI
- 10.1016/j.biortech.2013.12.013
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
在补料分批发酵中，如何通过优化补料策略和底物浓度来提高Dietzia natronolimnaea HS-1利用酶解糖蜜合成角黄素（CTX）的产量，以克服底物抑制和代谢物阻遏效应。
研究策略
比较恒定补料速率（CFR）与指数补料速率（EFR）两种策略，并结合不同酶解糖蜜（EHM）浓度（30、45、60 g/L），在5 L生物反应器中考察菌株生长、总类胡萝卜素（TC）和CTX合成动态，确定最佳补料条件。
核心内容
本研究以Dietzia natronolimnaea HS-1为生产菌株，在5 L生物反应器中系统比较了恒定补料速率（CFR）与指数补料速率（EFR）两种策略，并结合30、45、60 g/L三种酶解甜菜糖蜜（EHM）浓度，考察菌株生长及角黄素（CTX）合成动态。结果显示，CFR策略在7 ml/h流速和45 g/L EHM条件下表现最优，获得最高比生长速率0.127 h⁻¹、生物量干重17.66 g/L、总类胡萝卜素16.31 mg/L和CTX 14.67 mg/L，对应CTX产率达3.07 mg/g，较文献报道分别提高22.8%、17.8%和12.1%。相比之下，EFR策略最高CTX仅为10.78 mg/L（30 g/L EHM），且随糖蜜浓度升高产量下降。研究表明，恒定补料策略可有效缓解底物抑制和代谢物阻遏效应，EHM能够完全替代葡萄糖作为廉价碳源，该工艺具备良好的工业放大潜力。
创新点
['首次系统研究碳源补料策略对Dietzia natronolimnaea HS-1合成角黄素的影响', '以酶解甜菜糖蜜（EHM）作为廉价底物完全替代葡萄糖培养基', '明确CFR策略（7 ml/h，45 g/L EHM）为最佳补料方式，显著提高CTX产量']
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Dietzia natronolimnaea HS-1 | 类胡萝卜素合成途径 | — | — | 催化 | 生产菌株，可积累总类胡萝卜素中90%以上的角黄素 |
| — | 蔗糖水解 | — | invertase | 催化 | 用于酶解甜菜糖蜜中的蔗糖，生成葡萄糖和果糖 |
关键发现
- 在CFR策略（7 ml/h，45 g/L酶解糖蜜）下获得最高比生长速率0.127 h^-1、生物量干重17.66 g/L、总类胡萝卜素16.31 mg/L和CTX 14.67 mg/L
- 相应的生物量得率Y_X/S为3.53 g/g，TC得率3.40 mg/g，CTX得率3.07 mg/g，体积生产率Q_X为0.170 g/(L·h)，Q_TC为0.163 mg/(L·h)，Q_CTX为0.147 mg/(L·h)。与文献报道相比，本研究BDW、TC、CTX分别提高22.8%、17.8%、12.1%。EFR策略下最高CTX仅为10.78 mg/L（30 g/L EHM），且随EHM浓度升高而下降。
研究结论
恒定补料速率策略优于指数补料速率，在7 ml/h的恒定流速和45 g/L酶解糖蜜浓度下，D. natronolimnaea HS-1可获得14.67 mg/L的最大CTX产量，证明EHM可作为葡萄糖的廉价替代品，该策略具备工业应用潜力。