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原始研究的文章

前面。Bioeng。Biotechnol。,19 January 2023
攻读生物工程秒。
卷11 - 2023 | https://doi.org/10.3389/fbioe.2023.1102786

增强iturin两舱制生物膜反应器的生产芽孢杆菌velezensisND

www.雷竞技rebatfrontiersin.orgZhongmin唐 1 __,www.雷竞技rebatfrontiersin.org会理张 1*,www.雷竞技rebatfrontiersin.org杰熊1,www.雷竞技rebatfrontiersin.org杨李1www.雷竞技rebatfrontiersin.org魏罗 2
  • 1石河子大学生命科学学院中国新疆石河子
  • 2工业生物技术重点实验室,教育部,生物技术学院的江南大学,无锡,中国

在这项研究中,一个两舱制生物膜反应器为iturin生产而设计的。搅拌釜的生物膜反应器包括发酵罐只包含悬浮细胞和生物膜的填料柱附呈。聚酯纤维与球面形状和粗糙表面被选为载体的生物膜填料柱。使用批处理、馈料式和repeated-batch发酵芽孢杆菌velezensisND的生物膜反应器进行了研究。与传统的悬浮细胞发酵相比,iturin的生产力在批处理和馈料式生物膜发酵分别提高了66.7%和63.3%,分别。最大itutin浓度为6.8±0.1 g / L和46.9±0.2 mg / L / h的生产力得到馈料式生物膜发酵。Repeated-batch发酵显示高稳定性,几乎相同的概要文件分批发酵。之后介绍了步进式温度控制策略在生物膜反应器,生产力的iturin悬浮细胞反应器相比增加了131.9%。生物膜反应器的性能优越证实它在工业生产iturin也有巨大的潜力。

突出了

•两舱制生物膜反应器是生产iturin构造。

•repeated-batch发酵的生物膜反应器表现出高稳定性。

•最大iturin 6.8±0.1 g / L在馈料式发酵生产。

•步进式温度控制发酵iturin生产率的提高。

介绍

Iturin包含七个残基是一个循环lipopeptideβ-aminoα-amino酸和一个残留的酸产生的芽孢杆菌菌株。(Ongena雅克,2008)。因为它的广谱抗真菌活性,iturin被认为是一个强大的生物杀虫剂在植物病害生物防治。Iturin有很大潜力作为替代传统化学农药在农业由于其低毒性对人类健康和环境(谢长廷et al ., 2008;Arrebola et al ., 2010;Raaijmakers et al ., 2010;Velho et al ., 2011;之一Meena Kanwar, 2015)。除了抗菌活性、杀虫、抗癌的性质iturin已报告(Wan et al ., 2021)。Iturin研究者中获得了更多的关注食品因其广泛的应用前景,制药和农业。

到目前为止,已经有许多试图通过生物过程优化和提高iturin收益率应变工程(拉赫曼et al ., 2007;金et al ., 2015;梁et al ., 2020;悦et al ., 2021)。大多数研究人员采用传统发酵模式,浸没液体发酵或固态发酵,iturin生产。生产iturin达到4.4 g / L (Mizumoto et al ., 2007),2.01 g / L (徐et al ., 2020)和1.14 g / L (陈et al ., 2019)通过优化培养基和发酵过程参数。然而,低产量和生产成本高iturin仍然阻碍其大规模生产和利用。值得开发了新型有效的发酵过程,以解决这一问题。许多芽孢杆菌物种形成的生物膜的气液界面由于趋氧性细胞。因此,这些菌株可能适合基于生物膜的生物过程。拉赫曼et al ., 2007研究iturin的生产枯草芽孢杆菌168年重组菌株在烧杯和multidish板块培育生物膜的形成。与深层发酵相比,生物膜发酵提高iturin生产的数量和最终产量的iturin几乎翻了一倍。这个结果揭示了潜在的生物膜的生产iturin发酵。然而,到目前为止,没有在生物膜反应器iturin生产工作。

生物膜反应器允许微生物self-immobilized并形成一个厚细胞层被称为“生物膜”通过提供适当的支持材料(载体)。生物膜具有复杂的结构,提供一个稳定的利益环境封闭的微生物。这些嵌入式细胞表现出不同的增长和生产等生物活性生物膜特定代谢产物与悬浮细胞(Cheng et al ., 2010)。生物膜的其他优点包括附加的强劲阻力生物质有毒化合物,高生物量密度以及稳定性。因此,生物膜有很大的潜力作为工业生产价值的主力产品和生物膜反应器用于生物膜发酵吸引了研究人员的兴趣(Rosche et al ., 2009;埃尔詹Demirci, 2013)。一定数量的产品,如生物乙醇、有机酸、酶、抗生素、维生素、多糖、目标(Khiyami et al ., 2006;Demirci et al ., 2007;Izmirlioglu Demirci, 2016)。特别是,一些研究调查生产surfactin fengycin,另外两种lipopeptides,不同的生物膜生物反应器(Coutte et al ., 2010;Chtioui et al ., 2012;Chtioui et al ., 2014;勃拉克et al ., 2020)。结果显示lipopeptides生产生物膜生物反应器的效率,因为他们提供通过细胞固定化过程稳定,避免泡沫的形成。其他研究也表明,lipopeptide生产力可以通过细胞固定化(增加勃拉克et al ., 2019)。生物膜反应器被认为是有前途的lipopeptides生产系统。因此,我们的努力,探索生产iturin通过生物膜反应器的可能性。

在生物膜的改进生产反应堆,反应堆设计和支持材料需要改善。在这项研究中,一种新型的生物膜反应器两舱制iturin生产设计。为了增加微生物和运营商之间的依恋,几种不同类型的载体进行了测试和选择最合适的一个是生物膜反应器结构。批处理,馈料式和repeated-batch发酵进行了研究,以实现高iturin反应堆浓度和高生产力。此外,介绍了步进式温度控制策略进一步加强生产iturin a生物膜反应器生物膜发酵的优点,比悬浮细胞发酵,也是本文中讨论。

材料和方法

微生物生长条件

芽孢杆菌velezensisND (CCTCC米2020983,中国类型文化中心集合,武汉,中国),这是孤立的从土样(赵et al ., 2021),在这项研究中使用。压力总是培养过夜Luria-Bertani(磅)琼脂(15 g / L琼脂)板块在37°C。接种物刮,转移到100毫升的种子培养基(pH值7.0)包含10 g / L胰蛋白胨、5 g / L酵母提取物,和10 g / L氯化钠和培育在28°C, 200 rpm 18 - 20 h。然后导致种子(10%,v / v)接种到50毫升含有120 g / L的发酵培养基豆粕粉、16 g / L酵母提取物,1 g / L谷氨酸钠,88.3 g / L丙三醇、0.5 g / L MgSO47小时2啊,1 g / L KH2阿宝4,0.15 mg / L FeSO47小时2啊,5 mg / L MnSO4·H2啊,和0.16 mg / L CuSO4.5H2O,调节pH值8.0使用1 mol / L氢氧化钠溶液。汤是在28°C的环境以200转的速度旋转瓶为摇动烧瓶发酵5天。

选择生物膜反应器的载体

六种不同的多孔载体进行测试,即P(聚酯纤维材料),C(多孔陶瓷材料)、问(陶瓷材料),k1、k2、k3(聚乙烯材料)。运营商P C的粒度,Q, k1, k2, k3是4.0,3.0,2.6,1.0,1.5,2.0厘米,分别。比表面积是3000,1800,1400,600,660,7502/ m3,分别。载体(大约60%体积培养基)添加到摇瓶发酵来评估它对细胞的影响体重和iturin收益率。这些250毫升玻璃瓶所包含50毫升的发酵培养基在28°C孵化用颤抖的200 rpm的5天。

两舱制生物膜反应器的建设和运营

生物膜反应器的原理图中给出图1。系统由两部分组成:(i) 3 L搅拌釜发酵罐(宝兴有限公司,中国)和(2)一个玻璃柱反应器(直径60毫米和340毫米)挤满了航空公司对生物膜的形成。玻璃柱反应器连接到搅拌釜发酵罐通过再循环线。整个反应堆系统包含1 L培养基和液体培养基中这两个部分之间不断循环流量的18毫升/分钟通过蠕动泵。除非另外注明,搅拌釜的发酵罐控制在28°C在500 rpm和曝气搅拌3 vvm(体积风量/文化/分钟)。在发酵过程中,搅拌釜反应器提供有氧悬浮细胞的生长条件和保证的混合介质。另一方面,肉汤细流从顶部的玻璃柱和流动在载体表面生物膜连接的地方。然后,肉汤收集底部的反应堆流入搅拌釜反应器。控制泡沫生产,20毫升聚醚消泡剂(新疆阜丰生物技术有限公司,中国)之前添加到培养基发酵。当消泡电极检测到泡沫生成的搅拌釜发酵罐发酵期间,去沫剂将被自动送入发酵罐。

图1
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图1。两舱制生物膜反应器的原理图。

批处理和馈料式生物膜反应器中发酵

在分批发酵,反应堆含有1 L培养基接种种子的文化芽孢杆菌velezensisND (10%, v / v),然后发酵肉汤被流传到连接列反应堆(4/5体积的反应堆充满了纤维球载体)由蠕动泵为8天。液体样本取自搅拌釜发酵罐定期测定悬浮细胞密度、残留基质和iturin浓度。每个采样过程后,无菌水被添加到L发酵罐发酵体积恢复到1(高搅拌和曝气可以加快水的蒸发发酵肉汤,这将减少的体积肉汤,导致粘度)。馈料式发酵进行了通过添加无菌甘油发酵桶(碳源)。甘油(18 g)补充(一次性添加)分别为48 h和96 h,此时甘油小于28 g / L。

批处理和馈料式发酵在悬浮细胞反应堆

相比之下,批处理和馈料式悬浮细胞生物反应器进行发酵。具体地说,一个3 L搅拌釜包含1 L发酵罐培养基接种种子的文化芽孢杆菌velezensisND (10%, v / v)和发酵28°C。曝气速率控制在3 vvm和搅拌速度是每分钟500转。馈料式发酵进行了通过添加无菌甘油发酵桶(碳源)。甘油(18 g)补充(一次性添加)分别在96 h和144 h,此时甘油小于28 g / L。生物量、产量和生产力的iturin,碳源消耗悬浮细胞和生物膜反应器之间的比较。

在生物膜反应器Repeated-batch发酵

生物膜反应器的repeated-batch发酵是由更换新鲜培养基的发酵肉汤1 L和文化载体固定化是作为下一批的接种物。其他发酵条件分批发酵在生物膜反应器中描述的一样。三个重复分批发酵进行了评估iturin生产的生物膜反应器的稳定。

分批发酵与步进式生物膜反应器温度控制策略

这种方法的操作程序如下:发酵温度是37°C从0-24 h, 34°C从24-36 h, 31°C从36-48 h, 48 h后28°C。这一策略是在生物膜反应器中使用批量发酵。除了温度的发酵条件分批发酵在生物膜反应器中描述的一样。

相比之下,分批发酵与步进式悬浮细胞生物反应器温度控制策略。

分析方法

测定细胞浓度的肉汤,1毫升的发酵肉汤与9毫升无菌蒸馏水混合,和被一个漩涡。然后,混合物连续稀释和扩散到LB-agar盘子。12 h的孵化后37°C,细胞浓度测定菌落每毫升(CFU /毫升)。

测定细胞干重的汤,10毫升样品在5000转离心10分钟。细胞和50毫升蒸馏水洗两次和干在80°C恒重。

在生物膜细胞干重的测定,承运人被从反应堆的纱布最后发酵。载体的生物膜被剥夺了镊子,然后介质的生物膜是用PBS缓冲,洗净,干燥常数的体重在80°C。

甘油的浓度是决定一个甘油试验设备(APPLYGEN有限公司,中国)。发酵肉汤在5000转离心10分钟,和得到的上层清液稀释1000倍。195 ulμl稀释剂的混合检测缓冲区的工具包。混合已经在37°C的环境后15分钟,甘油的浓度是由标在550海里。

iturin的浓度的测定,0.3毫升的发酵培养基中添加0.9毫升的甲醇使用旋涡混合器,混合大力动摇了10分钟。提取离心机在12000 rpm 15分钟,和上层清液用于iturin决心。iturin浓度是衡量一个安捷伦rp(美国安捷伦科技),它配备了安捷伦Lichrospher C18柱(安捷伦ZORBAX Eclipse XDB-C18列,美国)。移动阶段was10毫米醋酸铵/乙腈= (65:35,v / v)和流量为1.0毫升/分钟。注射量是20μl和检测波长为210 nm,和iturin浓度标准曲线计算了由标准iturin(纯度95%,Sigma-Aldrich美国)。

iturin测定的吸附载体,载体被从反应堆在发酵和生物膜是用1000毫升蒸馏水彻底冲洗。然后,生物膜和水的混合物是大力涡为30分钟促进细菌团的解体和被用来提取iturin A iturin提取和测定进行如上所述。

所有化验进行至少一式三份,和数据表示的意思是三个或三个以上的实验。所有的观察都是重复和平均值得到和证明标准错误重复的错误。使用起源2018方差分析,任何差异p< 0.05被认为是显著的。

结果

选择合适的航空公司

六种不同类型的载波检测他们对iturin的生产和细胞生长的影响,找到一个合适的载体。所示图2P C k1、k2、k3表现出显著的促进影响细胞生长和iturin生产(p< 0.05)。这可能归因于两个因素:1)承运人在摇瓶振实,促进氧气和营养肉汤中转移。ii)生物膜形成逐渐在这些载体的表面,导致较高的生物量。与这些航空公司问似乎对细胞生长有抑制作用,生物膜没有观察到表面。这个意想不到的观察的原因仍不清楚。这可能是由于承运人问未知组件是由天然原料。另一方面,运营商P产生最高iturin浓度(4.7±0.1 g / L)和生物质(6.5±0.1 g / L)。这些值分别为10.6%和22.3%大于对照组(4.3±0.1,5.3±0.1 g / L,分别)。P的更好的性能可能归因于其结构差异产生的特定区域的大型航空公司。由于这些原因,承运人P被选为最合适的包装细胞固定化生物膜反应器系统,并用于以下实验。

图2
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图2。不同航空公司的影响细胞生长和iturin的生产b . velezensisND shake-flask规模。不同的字母意味着组间有显著差异(p< 0.05)。

批处理和馈料式发酵iturin生产的生物膜反应器

分批发酵首次执行调查的有效性iturin生产使用生物膜反应器。相比之下,批处理和馈料式发酵的悬浮细胞生物反应器也进行了。图3显示的时间课程生物量、残余甘油和iturin的浓度在生物膜反应器和悬浮细胞反应堆。显示在图3一,细胞开始快速增长在悬浮细胞反应器和生物膜反应器在文化(0 - 72 h)和最大增长速度几乎是相同的。在96 h(文化、悬浮细胞反应器实现了最高生物量(184.0±7.9×108CFU /毫升),高于生物膜反应器(137.3±2.9×108CFU /毫升)。然而,应该注意的是,生物量仅代表肉汤,而不是在生物膜的增长。实际上,生物膜逐渐形成生物膜反应器和肉汤和生物膜的生物总量高于悬浮细胞反应器(表1)。在这两个反应堆,快速降低细胞密度文化价值达到最大浓度后,然而,iturin生产持续。这一结果表明,iturin non-growth-associated产品。在生物膜反应器,更快的观察甘油消耗量和iturin浓度达到最高水平的同时消耗甘油(图3 b)。图3 c表明iturin浓度达到最大值5.4±0.1 g / L 144 h后生物膜反应器和4.6±0.1 g / L 192 h后悬浮细胞的核反应堆。这意味着生物膜发酵产量增加17.3%和56.4%的生产率与悬浮细胞发酵。此外,355.1±31.7毫克iturin从载体上的生物膜,这样获得的总量iturin生物膜反应器为5.7±0.1 g / L与悬浮细胞发酵相比增加了25.2%。

图3
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图3。时间的生物量(一),剩余的甘油(B)和iturin生产(C)分批发酵过程中悬浮细胞反应器和生物膜反应器。

表1
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表1。比较的批处理和馈料式发酵芽孢杆菌velezensis在悬浮细胞反应器和生物膜反应器。生产率计算总iturin生产(毫克/升)在给定时间(h)。起重集团:细胞干重;YX /秒:生物质/甘油的产量;YP / S:收益率iturin /碳源;YP / X:iturin每个生物质产量;μ马克斯(汤):最大比生长速率。

发生在分批发酵底物限制的证据和底物抑制出席高甘油水平(数据未显示)表明馈料式发酵的适当性。图4显示了馈料式发酵过程中生物膜反应器和悬浮细胞的核反应堆。甘油是补充在生物膜反应器分别为48 h和96 h,此时甘油小于28 g / L。对于悬浮细胞反应器,甘油用量是慢和甘油分别补充在96 h和144 h。显示在图4一甘油的喂养延长细胞生长阶段,取得了最高生物量在144 h两个反应堆。因此,细胞产量高于批处理生物膜和悬浮细胞反应器(166.7±4.7×108和237.3±5.8×108分别为CFU /毫升)。所示图4 c,iturin达到最大值6.8±0.1 g / L, 144 h在生物膜反应器5.5±0.1 g / L 192 h后悬浮细胞的核反应堆。与批处理相比,iturin的产量进一步提高。

图4
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图4。时间的生物量(一),剩余的甘油(B)和iturin生产(C)馈料式发酵过程中悬浮细胞反应器和生物膜反应器。

在生物膜反应器Repeated-batch发酵

三个周期的repeated-batch发酵进行了为了验证生物膜的稳定性和长期生物膜反应器的性能。所示图5,每个发酵周期的形象几乎是相同的。特定的数据repeated-batch发酵所示的三个周期表2。iturin在三个批次的产量为5.4 g / L, 5.3 g / L和5.3 g / L,分别和细胞干重的每一批从6.3 g / L逐渐增加到6.9 g / L。细胞生长的趋势,在repeated-batch发酵底物消耗和iturin生产几乎一样的单批发酵生物膜反应器。这些结果表明,载体上的生物膜可以保持长期稳定,提供下一批的种子。应该注意,repeated-batch过程省略了接种发酵周期之间的需求并保存种子的成本文化,但它并没有显示出短时间的发酵和更高的生产率比单身分批发酵。然而,长期稳定的生物膜载体暗示可能会连续发酵过程和收益率iturin可以进一步提高通过持续发酵。

图5
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图5。时间的生物量、残余甘油和iturin repeated-batch发酵的生物膜反应器在生产。

表2
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表2。在每一个周期比较的参数。

分批发酵与步进式生物膜反应器温度控制策略

根据我们之前研究的压力,良好的细胞生长的最适温度为37°C虽然iturin生产的最适温度为28°C(数据未显示)。地址不一致的温度在细胞生长和iturin生产,步进式温度控制策略是在这项研究中引入的。在第一个24小时的培养,温度是37°C细胞生长良好。随后,温度降低了步进式未来24小时28°C和维护到发酵,有利于生产iturin a .分批发酵的结果所示图6。汤中的细胞密度迅速增加在第一个24小时,减缓温度下降(24 - 48小时之内),达到其最高价值48小时(249.3±8.5×108CFU /毫升)(图6)。这个值是81.8%高于批处理没有步进式温度控制策略。与此同时,甘油也快速消耗,几乎耗尽72 h (图6 b)。实现iturin的最高水平(6.6±0.1 g / L) 120 h (图6 c)。这些结果清楚地表明,发酵周期缩短,效率(55.1±0.3 mg / L / h)大大提高了步进式温度控制策略。

图6
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图6。时间的生物量(一),剩余的甘油(B),iturin生产(C)在分批发酵与步进式悬浮细胞反应器和生物膜反应器温度控制策略。

有趣的是,步进式温度控制策略在悬浮细胞发酵不工作。在文化(0-48 h)、悬浮细胞快反应堆显示细胞增长比没有步进式温度控制的过程但最大生物量只显示增加少量(198.0±8.1×108CFU /毫升和184.0±7.9×108CFU /毫升)。同时,甘油的消耗速度也增加,伴随着细胞生长的加速度。甘油也耗尽72 h和悬浮细胞的细胞过早进入衰退期反应堆。虽然同样的观察甘油消费率,iturin最高浓度悬浮细胞发酵仅为4.0±0.1 g / L, 196 h低于没有步进式温度控制过程。

讨论

生物膜的增长是由细胞对载体表面,其次是由胞外聚合物基质表面粘附和殖民(Burmolle et al ., 2006;徐et al ., 2011)。一般来说,多孔材料粗糙表面和一个更大的表面积适合生物膜的形成。此外,载体的表面性质,如表面电荷、疏水性,粒子直径、密度,也起着关键作用,在细胞的初始附件(Cheng et al ., 2010)。因此,有必要选择合适的载体不同类型的生物膜反应器和微生物,可提高微生物之间的依恋和载体。各种各样的材料,如不锈钢、木质纤维原料,高分子材料,玻璃陶瓷材料、塑料复合,开发和设计了各种类型的生物膜反应器(楚et al ., 2014;顾et al ., 2014;埃尔詹和Demirci 2015;江et al ., 2016;Mahdinia et al ., 2017;Morgan-Sagastume 2018)。

在这项研究中,六个运营商使用不同的表面结构和性能进行了测试。已经注意到,并非所有的航空公司都是适合的芽孢杆菌velezensis和压力。所有的运营商,P(球形过滤材料制成的聚酯纤维)表现出最好的性能。厚的细胞层观察p .据报道,表面疏水性强的高度提高了微生物粘附(Silva-Dias et al ., 2015;Elegbeleye和购买,2020年)。值得考虑的另一个方面是,iturin分泌芽孢杆菌velezensis和相对较高的两亲性(之一Meena Kanwar, 2015)。因此,它是合理的假定P与高度的疏水性适合的附着力芽孢杆菌velezensis钕。P的其他特征粗糙度和大的比表面积(3000米2/ m3)。此外,P有现成的优势,廉价和可重用的。由于这些原因,P选择建设试点试验后的生物膜反应器在摇动烧瓶。其可重用性也验证了生物膜反应器(详细数据未显示)。承运人后被重用于下一批清洁和干燥,和收益率iturin几乎没有变化(5.4±0.1 g / L)。生物膜的载体降低成本发酵的可重用性,这是很重要的工业使用。

生物膜反应器的构造由一个搅拌釜发酵罐只包含悬浮细胞和生物膜的填料柱附呈。在此系统中,悬浮细胞和生物膜是共存的。包装列允许静态表面生物膜的增长与低表面剪切力而搅拌釜发酵罐提供有氧悬浮细胞的生长条件。包装列,液体介质的循环搅拌生物反应器连续流动的载体薄膜提供最大的气液接触,为生物膜和营养供应。搅拌釜的发酵罐,有氧生长条件支持悬浮细胞的快速增殖。简而言之,该系统旨在提供理想的生长条件,同时暂停和生物膜的人口,这样高生物量可以实现。

在生物膜发酵,细胞吸收载体是有效的,和生物膜载体在36-48 h。最大比生长速率的反应堆都是几乎一样的。生物量的总量(肉汤和生物膜)在生物膜反应器是大大高于悬浮细胞反应器(表1)。生物膜的发展促进了利用甘油以及iturin a的生产结果,发酵周期缩短,比悬浮细胞发酵体积生产率大大提高。表1列出了不同发酵过程的重要参数。生产力和收益率是最重要的参数确定任何生物过程的经济可行性。iturin的生产力增加了66.7%和63.3%,批处理和馈料式生物膜发酵,分别。产量(YP / S和YX /秒)生物膜反应器也显示出明显增加,表明生物膜反应器有更有效的碳源(甘油)利用率比悬浮细胞的核反应堆。然而,悬浮细胞反应器实现更高的YP / X价值比生物膜反应器,这暗示细胞参与iturin生产只有总额的一小部分细胞生物膜反应器。细胞的生物膜通常包含多个层。为了使细胞活跃,参加反应,营养必须分散的内部层细胞(库雷希et al ., 2005)。因此,它是可能的,他内心层生物膜没有足够的营养和氧气,不参与反应。为了增加底物扩散,进一步优化发酵培养基成分和流量肉汤是必要的。

生物膜反应器的另一个优点悬浮细胞反应堆操作稳定,尤其是在repeated-batch发酵。当介质删除和新鲜中引入细胞释放出成熟生物膜作为下一批的种子。Repeated-batch发酵可以提高微生物发酵的生产力,因为它降低了种子的成本文化,省略了接种批次之间的需求(瞿et al ., 2013;江et al ., 2016)。优势有可能导致重大方面的节省时间和劳动力(Germec et al ., 2015)。如图所示在这项研究中,repeated-batch发酵生物膜反应器的连续、高效、稳定,这是重要的节约成本和实现iturin的工业化生产。

发酵的温度是一个重要的因素。每一个微生物物种的最佳生长的最适温度时,其温度生产次生代谢产物可能会有所不同。此外,温度影响发酵肉汤的流变特性和生物膜的形成。温度在高端文化的增长范围增加细胞生长的速度,EPS生产,和表面附着力,提高生物膜的形成(Di Ciccio et al ., 2015)。我们的研究结果表明,更高的发酵温度在早期的时间导致更快的细胞生长和最大比生长速率(μ马克斯)达到了0.4小时−1。肉汤和生物膜的细胞干重增加,发酵周期缩短步进式温度控制策略。因此,生产力和产量(YP / S,YX /秒和YP / X)明显改善(表1)。

然而,值得注意的是,步进式温度控制策略并没有在悬浮细胞反应堆工作。细胞生长的速度和甘油消耗增加但iturin悬浮细胞发酵生产下降。生物膜是众所周知的长期活动和增强宽容有毒物质和悬浮细胞(相比其他不利条件Rosche et al ., 2009)。因此,这可能是解释如下:温度较高导致更快的增长,增加生物量,悬浮细胞的细胞过早进入衰退期反应堆,而生物膜的形成有助于维持细胞生物膜反应器的可行性。因此,步进式温度控制策略导致iturin生产力的批处理生物膜增长131.9%比悬浮细胞发酵发酵。

没有可比价值iturin生产的生物膜反应器已经发表的文献。iturin的参数与其他lipopeptides生产生物膜生物反应器(表3)。获得的iturin生产力和产量(YP / S和YP / X)在本研究中高于报告旋转圆盘生物反应器和bubbleless膜反应器。这可能归因于更好的开发生物膜,导致生物膜的高生物量比率与浮游细胞(0.64)在这项研究。实际上,生物膜与浮游细胞的生物量比例在旋转圆盘生物反应器和bubbleless膜反应器是0.12和0.04,分别,这表明大部分的细胞被浮游细胞(比率计算是基于数据的引用)。生物膜的生物量比率与浮游细胞生物膜反应器勃拉克等人报道达到2.1,这可能是其原因之一surfactin较高生产力和收益率。然而,它应该提到生产率和产量受到许多因素的影响,如应变、衬底、氧气供应和发酵过程中其他条件。

表3
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表3。比较lipopeptides参数生产的生物反应器。

总之,小说两舱制生物膜反应器设计和建造。聚酯纤维与球体的形状被选为生物膜的载体,因为高度的疏水性和粗糙的表面。在这种生物膜反应器,因为理想生物质能够达到较高的增长条件同时悬浮细胞和生物膜的人口。发酵周期缩短,比悬浮细胞发酵体积生产率大大提高。悬浮细胞发酵相比,生产力iturin的批处理和馈料式生物膜发酵分别提高了66.7%和63.3%,分别。步进式温度控制策略导致iturin的生产率增长131.9%相比,悬浮细胞发酵。

数据可用性声明

最初的贡献提出了研究中都包含在这篇文章/补充材料,进一步的调查可以针对相应的作者。

作者的贡献

ZT型进行实验和写了初稿的手稿。赫兹提供资金和设备和编辑的手稿。YL型,JX、和王提供评论和编辑和审查最后的手稿。所有作者阅读和批准了手稿。

资金

这项研究是由中国国家自然科学基金地区科学基金项目(21366028)。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。

补充材料

本文的补充材料在网上可以找到:https://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/fbioe.2023.1102786/full补充材料

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关键词:生物膜反应器,iturin芽孢杆菌velezensisND,分批发酵,步进式温度控制

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收到:2022年11月19日;接受:09年1月2023;
发表:2023年1月19日。

编辑:

埃里克·d·范·Hullebusch巴黎,UMR7154 de体格du全球研究所(IPGP),法国

审核:

弗朗索瓦Coutte法国里尔大学,
建国张上海科学技术大学,中国

版权©2023唐、张,李,和罗。这是一个开放分布式根据文章知识共享归属许可(CC)。使用、分发或复制在其他论坛是允许的,提供了原始作者(年代)和著作权人(s)认为,最初发表在这个期刊引用,按照公认的学术实践。没有使用、分发或复制是不符合这些条件的允许。

*通信:汇丽张zhanghch02@126.com

__ORCID: Zhongmin唐,0000-0003-3977-6167

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