微生物资源团队在合成气利用菌Clostridium ljungdahlii的发酵工艺方面取得研究进展

     合成气是一种主要由CO、H₂以及CO₂组成的混合气体。近些年，以合成气为原料生产化学品和生物能源得到广泛关注。Clostridium ljungdahlii可以以H₂、CO作为电子供体，以CO₂为电子受体，在自养条件下实现生长并产生如乙酸、乙醇以及2,3-丁二醇等代谢物，因此极具工业应用潜力。

      本研究分别以80%CO/20%CO2和5 g/L果糖为碳源对C. ljungdahlii DSM 13528进行了批次发酵，发现乙酸是发酵的最主要产物，并且与细菌的生长呈正相关；乙醇作为另一种产物，合成变化分为明显的前期（产量低且基本不增加）、中期（产量一直在增加）、后期（产量保持不变）三个过程。通过Real Time PCR建立了相关基因在乙醇合成过程中的动态变化机制，发现：在变化的外界条件下，参与Wood-ljungdahl途径下游过程的基因如folD和mthfr等的表达是稳定的，而受调控的基因主要为参与Wood-ljungdahl途径上游过程的基因，如编码CODH以及FDH的基因；在乙醇合成途径中，参与乙酸转变为乙醇的基因aor1和aor2都出现了上调，尤其是aor1的上调更显著，而adhE表达水平基本不变。进一步探究不同酸处理条件下基因的表达变化后发现：乙酸的积累显著提高了aor1的表达量，而添加乙酸钠对乙醇合成相关基因的表达无影响。

      为减少过低的pH对细菌的伤害，从而获得更高的生物量，本研究对pH缓冲剂CaCO₃对C. ljungdahlii的发酵影响做了研究，结果表明：添加0.01 g/L CaCO₃提高了C. ljungdahlii DSM 13528对底物的利用能力，相比于不添加CaCO₃的情况下果糖的利用提高了30%。对底物的充分利用进一步促进了细菌的生长，添加0.01 g/L CaCO₃后的最大细胞浓度接近达到1.6，是不添加CaCO3时的1.5倍。更高的菌体浓度有助于获得更高的乙醇和乙酸产量，添加0.01 g/L CaCO₃后乙醇和乙酸的产量比不添加的时候提高了40%和25%。然而，当添加的CaCO₃浓度提高到0.02 g/L的时候，情况截然相反，果糖的利用受到抑制、细胞浓度降低以及乙醇和乙酸产量下降。

     本研究发表于Bioresources Technology 

     原文链接：

    Xie BT, Liu ZY, Tian L, Li FL, Chen XH*. 2015. Physiological response of Clostridium ljungdahlii DSM 13528 of ethanol production under different fermentation conditions. Bioresour Technol 177:302-307 (doi: 10.1016/j.biortech.2014.11.101) 

    http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960852414017155