米曲霉产米黑根毛霉脂肪酶高产菌株的高通量筛选与发酵体系优化

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米黑根毛霉脂肪酶(Rhizomucor miehei Lipase,RML)是丝氨酸水解酶的一种,在生物柴油、油脂化工、食品加工、医药、精细化工等行业中具有广阔的应用前景。但是天然的RML产量低、成分不稳定,难以应用于工业生产。本研究以米曲霉外源表达RML为研究对象,从菌株生产性能提升和发酵过程优化两方面入手,利用高通量筛选高产菌株、响应面优化发酵培养基、外源添加表面活性剂等手段,实现米曲霉高效生产RML的目标,从而为后续工业化生产和应用奠定基础。首先,建立米曲霉产RML高通量筛选体系,并筛选获得高产菌株。通过优化高通量检测RML酶活的双指示剂法,并开发米曲霉24孔深孔板高通量培养体系,成功构建了米曲霉产RML高通量筛选体系;在此基础上,利用ARTP进行诱变育种,经过6轮初筛与复筛,成功从36000多个孢子中筛选获得4株高产RML的突变株,其中突变株V7-6C-3酶活达到293.5 U/mL,相较出发菌株(176.5 U/mL)提高了 66.2%。其次,响应面优化米曲霉产RML发酵培养基,显著提高RML酶活。通过全因子优化设计确定最佳碳氮比为玉米糊精:大豆蛋白胨:酵母粉=75:45:2;通过单因素实验确定了最佳初始pH为5.5,七水硫酸锌和五水硫酸铜两种提高RML产量的无机离子;Plackett-Burman实验结果表明影响RML产量的三个最关键因素为玉米糊精、pH值、七水硫酸镁;最陡爬坡和CCD响应面实验结果显示玉米糊精为75 g/L,七水硫酸镁为0.1 g/L,pH值为6.5条件下,RML酶活最高,理论值为326.4 U/mL,通过摇瓶验证后测得酶活为312.1 U/mL,比原始培养基(256.7 U/mL)提高了 21.5%。最后,优化非离子表面活性剂添加策略,实现米曲霉高效生产RML。通过对7种非离子表面活性剂的添加效果进行考察,筛选获得最适的表面活性剂S2;通过优化最佳的添加时间和添加量,结果表明发酵培养24 h后,添加0.5%表面活性剂S2,RML酶活最高,达到339.1 U/mL,较未添加组别(237.5 U/mL)提升了 42.7%;对其进行胞内代谢物图谱分析后发现表面活性剂添加有利于氨基酸的合成代谢,特别是RML组成中的重要前体氨基酸,从而有效促进RML的合成。
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