Improved trehalose production from biodiesel waste using parent and osmotically sensitive mutant of Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii under aerobic conditions
- 作者
- Rohit Ruhal, Bijan Choudhury
- 杂志
- Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology（2012）
- DOI
- 10.1007/s10295-012-1124-y
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
如何利用生物柴油废料粗甘油作为碳源，通过需氧培养和渗透敏感突变株提高海藻糖的最终滴度，同时实现有机酸（丙酸、乳酸）的联产。
研究策略
采用化学诱变（EMS）筛选渗透敏感突变株，在摇瓶（200 rpm）和批式反应器（30%空气饱和度）中进行需氧培养，以粗甘油为底物，比较亲株与突变株的海藻糖、丙酸和乳酸产量。
核心内容
该研究以生物柴油废料粗甘油为碳源，利用费氏丙酸杆菌谢氏亚种的亲株及其渗透敏感突变株，通过需氧摇瓶和批式反应器培养提升海藻糖产量。采用EMS化学诱变筛选渗透敏感突变株，在200 rpm摇瓶及30%空气饱和度反应器中比较菌株性能。结果显示，亲株在粗甘油摇瓶条件下海藻糖滴度为361 mg/L，突变株达1.3 g/L，批式反应器中进一步升至1.56 g/L，与重组大肠杆菌水平相当。突变株丙酸和乳酸产率分别为0.53和0.21 g/g底物，粗甘油消耗率达94%。与静态培养相比，突变株需氧培养生物量增加25倍，海藻糖滴度提高3.6倍，单位生物量产量较亲株高4倍。该策略无需高盐诱导或海藻糖酶抑制剂，在实现粗甘油高值化转化的同时联产有机酸，提供了一条经济环保的海藻糖生产途径，最终滴度从亲株纯甘油的156 mg/L提升至突变株粗甘油的1.56 g/L。
创新点
利用需氧条件促进菌体生长，将海藻糖滴度大幅提升；使用渗透敏感突变株避免高盐诱导，在无海藻糖酶抑制剂条件下获得与重组大肠杆菌相当的海藻糖产量；实现了粗甘油废物的高值化转化。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii NCIM 5137（亲株） | 海藻糖生物合成 | — | — | 催化 | 有氧条件下利用粗甘油生产海藻糖，最终滴度361 mg/L |
| Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii NCIM 5137 渗透敏感突变株 | 海藻糖生物合成 | — | — | 调控 | 化学诱变获得，对渗透压敏感，在需氧条件下海藻糖滴度达1.3 g/L（摇瓶）和1.56 g/L（反应器） |
| Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii NCIM 5137 渗透敏感突变株 | 丙酸和乳酸合成 | — | — | 催化 | 同时联产丙酸（0.53 g/g底物）和乳酸（0.21 g/g底物） |
关键发现
- 亲株在粗甘油摇瓶条件下海藻糖滴度为361 mg/L，突变株达1.3 g/L，批式反应器中达1.56 g/L
- 突变株丙酸和乳酸产率分别为0.53和0.21 g/g底物
- 粗甘油消耗率达94%
- 与静态培养相比，突变株需氧培养生物量增加25倍，海藻糖滴度提高3.6倍，综合提高13倍
- 突变株相对于亲株的海藻糖产量（以生物量计）高4倍。
研究结论
通过需氧培养和渗透敏感突变株，利用生物柴油废料粗甘油实现了海藻糖的高效生产，最终滴度从亲株纯甘油的156 mg/L提高到突变株粗甘油的1.56 g/L，提供了一种环境友好且经济的海藻糖生产途径。