“葡萄糖充足-溶解氧浓度周期”组合控制策略强化Schizochytrium sp.S31生产二十二碳六烯酸

摘要

裂殖壶菌(Schizochytrium sp.S31)作为典型好氧产二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid,DHA)微生物,其生产过程中同时维持葡萄糖和溶解氧浓度(dissolved oxygen concentration,DO)于充足水平有利于细胞快速生长和DHA的大量积累。然而,裂殖壶菌细胞若长期处于DO充足状态时,存在胞内活性氧(reactive oxygen species,ROS)易发生积累,损害裂殖壶菌生物量和DHA产量的难题。为此,该文提出一种新型的“葡萄糖充足-DO周期”组合控制策略,即通过脉冲流加葡萄糖方式将其质量浓度维持于40 g/L左右的高浓度水平,与此同时,DO控制模式则是将培养阶段等分为10个10 h阶段,每个阶段的前8 h维持DO于充足水平(>10%),后2 h维持DO于受限水平(接近于零)。结果表明,采用该组合控制策略时:(1)最大胞内ROS浓度从对照的209.37 FI/g DCW降至146.38 FI/g DCW的低水平;(2)维持代谢系数从0.02661/h降至0.02121/h的较低水平;(3)DHA合成所需的关键前体物质乙酰辅酶A和辅因子NADPH合成途径中相关关键酶的活性、细胞比生长速度和葡萄糖消耗速率均得到增强;(4)DHA产量达到了13.69 g/L的最高水平,相比于对照两批次的3.92 g/L(葡萄糖充足-DO受限)和9.76 g/L(葡萄糖充足-DO充足),分别提高了256.1%和40.3%。