The feasibility of growing cells of Saccharomyces cerevisiae for citronellol production in a continuous-closed-gas-loop bioreactor (CCGLB)
- 作者
- Aimi Aishah Arifin, Mashitah Mat Don, Mohamad Hekar! Uzir
- 单位
- School of Chemical Engineering, Engineering Campus, Universiti Sains Malaysia, Seri Ampangan, 14300 Nibong Tebal, Penang, Malaysia
- 杂志
- Bioresource Technology（2011）
- DOI
- 10.1016/j.biortech.2011.07.053
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
- 阅读原文
- 查看 PDF 原文
解决的核心问题
评估利用酿酒酵母生长细胞在连续封闭气体循环生物反应器（CCGLB）中气相生物转化香叶醇为香茅醇的可行性，并解决气态底物对细胞生长的影响及工艺参数优化问题。
研究策略
采用CCGLB系统，使气态香叶醇连续通入含酿酒酵母生长细胞的培养基中，同时进行发酵和生物转化；通过改变搅拌转速（200-800 rpm）和底物流速（4-8 L/min）研究其对产物形成、初始反应速率和细胞比生长速率的影响。
研究路线图
核心内容
本研究在连续封闭气体循环生物反应器中，利用酿酒酵母生长细胞催化气态香叶醇还原为香茅醇，首次实现了生长细胞在气相生物转化中的单萜合成。研究通过改变搅拌转速（200–800 rpm）和底物流速（4–8 L/min），系统考察了工艺参数对产物形成、初始反应速率及细胞比生长速率的影响。结果显示，在pH 4、30°C条件下，气态底物对细胞生长具有抑制作用，无底物时比生长速率为0.07 h⁻¹，有底物时降至0.05 h⁻¹。在500 rpm、8 L/min时获得最高香茅醇浓度1.18 g/L，初始反应速率7.06×10⁻⁴ g/min·g_cell，特异性活性4.52 U/g_cell，比生长速率回升至0.072 h⁻¹。搅拌速率升至500 rpm可促进产物和生物量积累，但800 rpm时总香茅醇产量较500 rpm下降约18%；底物流速降至4 L/min时，香茅醇产量较8 L/min下降约47%，生物量亦降低14%。结果表明，CCGLB系统能够有效规避底物与培养基直接接触带来的毒性问题，产物形成高度依赖细胞生长，通过优化搅拌和底物流速可显著提升生产效率，为利用挥发性底物进行生长细胞生物转化提供了可行路径。
创新点
首次利用生长细胞（而非静息细胞）在CCGLB系统中进行单萜类化合物的气相生物转化，避免了底物与培养基直接接触，并系统考察了搅拌和底物流速对生长细胞生物转化的影响。
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Saccharomyces cerevisiae | 单萜还原生物转化途径（香叶醇→香茅醇） | — | — | 催化 | 利用生长细胞进行气相生物转化，还原反应需辅因子再生，与糖酵解途径竞争辅因子 |
关键发现
- 在pH 4、30°C、36 h条件下，酿酒酵母生长细胞能催化香叶醇还原为香茅醇
- 无底物时比生长速率为0.07 h^-1，有底物时降至0.05 h^-1。在350 rpm、8 L/min时，总香茅醇产量0.77 g/L，初始反应速率4.31×10^-4 g/min g_cell，特异性活性2.76 U/g_cell。在500 rpm、8 L/min时获得最高香茅醇浓度1.18 g/L，初始反应速率7.06×10^-4 g/min g_cell，特异性活性4.52 U/g_cell，比生长速率0.072 h^-1。搅拌速率从200升至500 rpm时产物和生物量增加，800 rpm时总香茅醇形成较500 rpm下降约18%。底物流速4 L/min时香茅醇仅0.56 g/L，较8 L/min下降约47%，生物量下降14%。
研究结论
CCGLB系统可实现酿酒酵母生长细胞对挥发性底物香叶醇的生物转化生成香茅醇，产物形成高度依赖于细胞生长。气态底物对细胞生长有抑制作用，但通过优化搅拌和底物流速可提高整体生产效率。