谷氨酸棒杆菌从通过新方法制备的芒草水解液高产5-氨基戊酸

通过新方法制备芒草水解液，用重组谷氨酸棒杆菌从芒草水解液分批发酵提高5-氨基戊酸的产量。结果显示纯葡萄糖补料分批发酵最高产量达39.93g/L，芒草水解液分批发酵产量达12.51g/L，比同等条件下葡萄糖发酵产量高34.7%。

正文：

微生物宿主菌株的生物基平台化学品的发酵生产已经成为石油生产的竞争性替代品，因为通过生物炼制加工来提高目标产品的产量和生产率已经得到广泛的开发。在这些产品中，可以通过在细菌中延长赖氨酸生物合成途径，将赖氨酸作为前体合成5-氨基戊酸（5-AVA），其在尼龙合成中的应用引起了生物化学工业和学术界的高度重视。此外，它还可以用作合成其它C5平台化学物质的结构单元，如戊二酸，1,5-戊二醇和5-羟基戊酸。近期，《Bioresource Technology》报道了一篇利用新水解处理方法制备芒草水解液，从而使谷氨酸棒杆菌从芒草水解液高产5-AVA。

该研究检验了九种以前研究过的工业谷氨酸棒杆菌，这些菌株都是具有高产赖氨酸能力，从而能够增加5-AVA产量的菌株。高产赖氨酸的谷氨酸棒杆菌KCTC1857要么是引入了原始恶臭假单胞菌davBA基因，该基因编码5-AVA生物合成途径，要么是引入了谷氨酸棒杆菌密码子优化的davBA基因。表达原始基因的谷氨酸棒杆菌KCTC1857具有优于其它菌株的细胞活力和生产5-AVA的能力。该菌株在葡萄糖补料分批发酵中最高产生39.93g / L的5-AVA（如图1），这是目前报道的最高浓度。

图1重组谷氨酸棒杆菌KCTC1857（pCES208DavBA）从芒草糖溶液分批发酵的时间曲线。

实心三角形：葡萄糖浓度；空心三角形：细胞生长；实心圆形：赖氨酸；空心圆：5-AVA；正方形：戊二酸

本文使用新的芒草水解处理方法，包括预处理、水解、纯化和浓缩。芒草的水提取物中含纤维素和游离糖，经过机械加工等过程，去除芒草水解液中的大多数半纤维素糖和乙酰基，芒草水解液中总共的葡聚糖含量由41.5％增加为61.9％，而半纤维素糖和木糖/半乳糖/甘露糖含量由49.8%减少为8.3%。水解后，将水解产物用适量的水稀释并用压滤器挤压，重复该过程两次，产生含有2.84％（w / w）葡萄糖的粗芒草水解物溶液。再用由MF、UF和RO模块组成的膜系统进行粗芒草水解物溶液的纯化和浓缩（如图2）。水解产物溶液通过MF模块用来除去大于70nm的固体颗粒。MF渗透物随后通过UF模块用来除去大于10,000kDa的分子，从进料流中除去大部分酶混合物。UF渗透物通过RO模块以产生含有葡萄糖的溶液。MF、UF和RO过程中葡萄糖的重量产量分别为91.0％、88.1％和91.0％。整个膜系统的葡萄糖总重量产率为72.9％。

图2 芒草水解液的制备过程

制备芒草水解液，进行分批发酵，5-AVA的产量达到12.51g/L，同等条件下葡萄糖分批发酵的产量分别为9.29g/L和8.86g/L，芒草水解液发酵的产量比葡萄糖发酵高了34.7%(如图3)。但是用芒草水解液发酵速率慢，生产率为0.40g/L/h，而用纯葡萄糖发酵生产率为0.46g/L/h和0.44 g/L/h，所以仍需更多的研究来确定芒草水解液中影响细胞生长和5-AVA、戊二酸产量的因素。

图3（A）重组谷氨酸棒杆菌KCTC1857（pCES208DavBA）和（B）重组谷氨酸棒杆菌KCTC1857（pCES208DavBACGopti）的分批发酵的时间曲线。

实心三角形：葡萄糖浓度；空心三角形：细胞生长；实心圆形：赖氨酸；空心圆：5-AVA；正方形：戊二酸

本研究证明了用工程改造的谷氨酸棒杆菌在葡萄糖和芒草水解液中发酵可以提高5-AVA产物的浓度。引入表达davBA基因的重组谷氨酸棒杆菌KCTC1857进行葡萄糖补料分批发酵，5-AVA的产量达到39.93g/L。用新方法制备的芒草水解液进行分批发酵，比同条件葡萄糖分批发酵产生的5-AVA浓度更高，但发酵速率明显较低，5-AVA生产的进一步工程改造和原料预处理过程仍有待改进。

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