Assessment of β-carotene content, cell physiology and morphology of the yellow yeast Rhodotorula glutinis mutant 400A15 using flow cytometry
- 作者
- Raffaela Cutzu, Ana Clemente, Alberto Reis, Beatriz Nobre, Ilaria Mannazzu, José Roseiro, Teresa Lopes da Silva
- 杂志
- Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology（2013）
- DOI
- 10.1007/s10295-013-1278-2
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
利用多参数流式细胞术快速评估Rhodotorula glutinis突变株400A15在不同氧传递系数(kLa)和碳氮比(C/N)下的β-胡萝卜素含量、细胞膜完整性、细胞大小和颗粒度，并优化培养条件。
研究策略
采用Doehlert实验设计，通过改变培养基体积控制kLa和改变氮源浓度控制C/N，结合流式细胞术测量细胞参数，并与传统HPLC法建立β-胡萝卜素含量的相关性。
核心内容
本研究采用多参数流式细胞术，对红冬孢酵母突变株400A15在不同氧传递系数和碳氮比条件下的β-胡萝卜素含量、细胞膜完整性、细胞大小及颗粒度进行快速实时监测。通过Doehlert实验设计调控培养基体积和氮源浓度，并将流式细胞术测得的自发荧光信号与传统高效液相色谱法结果建立相关性。结果显示，在最低氧传递系数（5×10⁻³ s⁻¹）和碳氮比11.3条件下获得最高β-胡萝卜素含量0.79 mg g⁻¹ DCW，此时生物量达18.60 g L⁻¹；渗透细胞比例最高仅2.6%。流式细胞术FL4通道自发荧光与β-胡萝卜素含量相关系数R²=0.93，表明该方法可可靠替代传统检测。最大生物量24.5 g L⁻¹出现在碳氮比11.3、氧传递系数12.5×10⁻³ s⁻¹条件下，且碳氮比对细胞参数的影响强于氧传递系数。该研究首次将多参数流式细胞术同时应用于酵母类胡萝卜素生产和生理状态的监测，避免了传统方法的耗时和有机溶剂消耗，为发酵过程的快速优化提供了有力工具，并揭示了低碳氮比和低氧传递有利于β-胡萝卜素积累的规律。
创新点
首次将多参数流式细胞术同时应用于酵母β-胡萝卜素含量、膜完整性、细胞大小和颗粒度的快速实时监测，避免了传统方法的耗时和有机溶剂消耗。
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Rhodotorula glutinis mutant 400A15 | 类胡萝卜素生物合成通路 | — | — | — | 红酵母突变株，用于β-胡萝卜素生产研究 |
关键发现
- 最高β-胡萝卜素含量为0.79 mg g^-1 DCW，在最低kLa(5×10^-3 s^-1)和C/N(11.3)条件下获得，此时生物量浓度达18.60 g L^-1
- 最高渗透细胞比例为2.6%
- FL4通道自发荧光与β-胡萝卜素含量相关系数R²=0.93
- 最大生物量24.5 g L^-1出现在C/N=11.3、kLa=12.5×10^-3 s^-1
- C/N对细胞参数的影响强于kLa。
研究结论
流式细胞术可作为快速评估酵母β-胡萝卜素生产和生理状态的强大工具，低碳氮比和低氧传递有利于β-胡萝卜素积累，且C/N比是影响细胞参数的主要因素。