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天津科技大学生物工程学院利用生物反应器合成赤藓糖醇

 更新时间:2024-06-28 点击量:93

 赤藓糖醇,作为一种低热量甜味剂,近年来备受关注。它不仅甜度与蔗糖相当,而且热量极低,不会影响血糖水平,成为健康食品的热门选择。然而,传统的赤藓糖醇生产方法成本较高,限制了其大规模应用。近日,天津科技大学生物工程学院秦慧民教授团队利用生物反应器,生物传感器和 EVOL细胞系统构建了高通量筛选平台,成功地对解脂耶氏酵母进行工程化改造,实现了从粗甘油高效合成赤藓糖醇。这项突破性进展在《Bioresource Technology》杂志发表的研究论文,为赤藓糖醇的工业化生产带来了新的希望。

赤藓糖醇生产工艺

一、生物传感器与高通量筛选平台

该团队构建了一种基于生物传感器引导的适应性进化筛选平台,成功对解脂耶氏酵母进行工程化改造,实现了从粗甘油高效合成赤藓糖醇。该平台的核心是利用赤藓糖醇生物传感器,动态监测酵母细胞中的赤藓糖醇水平,并通过荧光强度进行可视化,从而实现对赤藓糖醇高产菌株的高通量筛选。

二、关键酶的分子改造

为了进一步提高赤藓糖醇的生产效率,研究人员对赤藓糖醇合成途径中的关键酶——赤藓糖醇还原酶(ER)进行了分子改造。他们开发了一种基于酶促转化赤藓糖至赤藓糖醇的快速检测方法,用于筛选具有改善催化活性的突变体。通过多轮组合突变,获得了催化活性提高4.1倍的突变株,提高了赤藓糖醇的合成效率。

三、代谢网络重构

  除了酶的改造,研究人员还通过基因编辑技术,重构了酵母细胞的代谢网络,将碳通量重新定向至赤藓糖醇合成途径。他们敲除了解脂耶氏酵母中参与赤藓糖醇分解的基因,过表达了参与粗甘油同化效率和戊糖磷酸途径的基因,从而获得了赤藓糖醇产量提高的工程菌株。

赤藓糖生产

四、生物反应器中的高效生产

  在5升生物反应器中,经过综合工程改造的菌株G31表现出优异的生产性能。其赤藓糖醇滴度达到了220.5 g/L,生产率达到1.8 g/L/h,产率达到0.6 g/g粗甘油,比未改造菌株高出7.6倍和7.5倍。这表明,该研究成果为赤藓糖醇的工业化生产提供了可行的技术方案。

赤藓糖规模生产

五、赤藓糖醇的高效生产的研究意义

  天津科技大学秦慧民教授团队的研究成果,为赤藓糖醇的高效生产提供了新的思路和方法,它有着重要的理论意义和应用价值:

1.推动生物基产业发展: 该研究为生物基产品的开发提供了新的思路和方法,有助于推动生物基产业的发展,实现资源的可持续利用。

2.解决环境问题: 利用粗甘油生产赤藓糖醇,可以有效解决甘油生产过程中的副产物处理问题,减少环境污染。

3.促进合成生物学发展: 该研究展示了合成生物学在解决实际工业问题中的重要作用,为合成生物学的发展提供了新的方向。

    研究人员表示将进一步完善菌株性能,扩大应用范围,并推动赤藓糖醇的工业化生产。相信随着技术的不断发展,赤藓糖醇将会在更多领域得到应用,为人类的健康和生活带来更多福祉。

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