生物制造2,3-丁二醇:回顾与展望

2,3-丁二醇是生物制造产品体系中一种重要的精细化工原料和潜在平台化合物,广泛应用于材料、医药、食品及航空航天等领域。利用生物质可再生资源为原料生产2,3-丁二醇符合当前发展低碳经济的国家需求。本文回顾了生物制造2,3-丁二醇的研究历史,分析了微生物合成2,3-丁二醇的代谢机理,总结了提高生物制造2,3-丁二醇经济性的有效途径,包括廉价原料的替代、菌株选育与遗传改造和发酵过程控制等,并对2,3-丁二醇的各种下游分离过程进行了对比分析;指出今后研究重点应着眼于努力提高生物质的利用效率,同时实现高效的2,3-丁二醇生物转化两方面,并在此基础上开发2,3-丁二醇的系列高值衍生物,以进一步拓展其应用领域。     

气相色谱法快速测定产酸克雷伯氏杆菌发酵液中的代谢产物

利用气相色谱内标法,以正丁醇为内标,快速定量分析产酸克雷伯氏杆菌突变株发酵液中的主要代谢产物2,3-丁二醇、3-羟基丁酮和乙醇。实验结果表明:2,3-丁二醇、3-羟基丁酮及乙醇的回收率均在96%~102%之间,相对标准偏差在0.8%~4.2%之间,该法操作简捷,对发酵液的主要成分分析效果较好。     

生物制造不同立体构型2,3-丁二醇:合成机理与实现方法

总结了不同2,3-丁二醇立体异构体的生物合成机制,以及有利于这些立体异构体高效合成的一些策略,包括构建全细胞催化剂及利用合成生物学技术重建代谢途径等先进方法;同时指出,未来的研究重点是进一步利用合成生物学的方法,以提高不同立体构型2,3-丁二醇的生物合成能力,并建立这些异构体高效可行的分离方法.     

离子排斥色谱法同时测定2,3-丁二醇发酵液中的葡萄糖和木糖及各种代谢产物

针对2,3-丁二醇发酵体系,以高交联度磺化苯乙烯-二乙烯基苯共聚物多孔微球为固定相的Aminex HPX-87H离子色谱柱为分析柱,利用示差折光检测器对该体系中的6种代谢产物(2,3-丁二醇、3-羟基丁酮、乙醇、乙酸、甲酸和乳酸)以及2种残留底物葡萄糖和木糖进行了分离.在65 ℃柱温下,以5 mmol/L H2SO4作为流动相,发酵液样品中底物葡萄糖和木糖及2,3-丁二醇等各种代谢产物的线性相关系数均在0.9990～0.9999之间,回收率为98.8%～103.2%,精密度为0.3%～2.1%.在最佳色谱条件下,能够同时测定2,3-丁二醇发酵体系中的残留底物和各种代谢产物的含量,适合于实时定量监测2,3-丁二醇发酵过程.     

硫酸铵提高裂殖壶菌不饱和脂肪酸积累的代谢组学研究

采用基于气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术的代谢组学方法,通过分析裂殖壶菌胞内代谢物的变化,研究(NH4)2SO4提高裂殖壶菌不饱和脂肪酸积累的作用机制.利用GC-MS技术对添加0,1.5,2.5和3.5g/L (NH4)2SO4的发酵样品进行分析,结合K-Means算法对数据进行聚类分析,得到胞内代谢物的热图.主成分分析(PCA)和偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)得分图可将不同添加条件下裂殖壶菌胞内物质明显区分.运用PLS-DA载荷图及模型的变量重要性因子(VIP)值,发现了7种代谢物可作为区别4种不同条件下的生物标志物.经NIST和Wiley谱库检索,它们分别为葡萄糖、肌醇、甘露醇、果糖、磷酸、乙醇胺、乙胺.代谢途径分析结果表明,(NH4)2SO4是通过弱化糖酵解途径和乙酸合成支路,提高苹果酸酶的活力,强化氨基酸代谢和NADPH的积累,从而提高不饱和脂肪酸积累.