生产58.9g/L果聚糖并有效利用副产物，青岛农业大学团队改造解脂耶氏酵母，同时生产果聚糖和单细胞油_生辉的专栏文章_微信文章

果聚糖（levan）是果糖分子以 β-(2,6) 糖苷键连接而成的非典型生物聚合物。由于其具有抗高血糖、抗肿瘤以及各种益生作用，果聚糖被广泛用于化妆品、药品或纳米技术等多种工业应用领域。

目前果聚糖一般采用化学合成法、微生物发酵法和酶法等进行生产，然而上述方法存在合成过程复杂、副产物过剩且无法利用等问题。

对此，青岛农业大学生命科学学院副教授王光远及其团队发表最新研究，利用葡萄糖杆菌来源的 LevS 基因构建了工程化解脂耶氏酵母菌株。在 5 升发酵罐体系中，工程化菌株经 156 小时达到最大果聚糖浓度 58.9 g/L，超过 81.2% 的蔗糖被果聚糖蔗糖酶酶解。并且发酵副产物葡萄糖被有效转化为 21.8 g/L 的生物质，产物中油量达到了 25.5% (w/w)。

研究论文 A strategy to reduce the byproduct glucose by simultaneously producing levan and single cell oil using an engineered Yarrowia lipolytica strain displaying levansucrase on the surface 已发表于 Bioresource Technology 期刊。

（来源：Bioresource Technology）

在此之前，利用酵母生产果聚糖的方法已经得到了广泛应用，该类方法通常使用蔗糖作为果聚糖生物合成的底物。然而生物合成过程仅使用到蔗糖中的果糖基单元，这将导致生成大量副产物葡萄糖。因此，如何有效利用这些葡萄糖具有重要的经济和可持续发展意义。

解脂耶氏酵母是一种公认安全、高产能的产油酵母，这种酵母中不含有果聚糖蔗糖酶基因 LevS，因此不能合成果聚糖，但是其生产的单细胞油（SCO）能够用于燃料和化学品的生产研究。

然而，考虑到微生物生物合成多糖需要培养基中具备较高的碳氮（C/N）比，因此研究人员推测，在高 C/N 条件下，含有果聚糖蔗糖酶的产油酵母不仅可以高效合成果聚糖，而且可以将副产物葡萄糖转化为微生物油。

（来源：Bioresource Technology）

为了验证这一思路，研究人员在解脂耶氏酵母中表达了葡萄糖杆菌 MP2116 的 LevS 基因。经过初步的酶活性分析，研究者发现工程化酵母 A27 的果聚糖蔗糖酶活性最高，为 327.8 U/g DCW。

该菌株在果聚糖生产评估用培养皿中生长 5 天后，能够利用蔗糖积累 11.9 g/L 胞外多糖（EPS），并且观察到多个细胞内油滴。该结果表明工程化菌株 A27 可以同时将蔗糖转化为 EPS 和油，因此研究团队继续利用 A27 开展后续研究。

发酵条件方面，研究团队针对不同温度、pH 值条件下的酶活性进行了评估，确定了最佳的酶活性条件与解脂耶氏酵母发酵的温度和 pH 值相一致，并且研究了不同 C/N 比以及蔗糖水平等条件的影响。

在此之后，为进一步扩大 EPS 和 SCO 的生产规模，研究团队将菌株 A27 转移至在 5 升发酵罐中培养。经发酵 156 小时后，在酵母培养物中观察到果聚糖浓度为 58.9 g/L、副产物葡萄糖转化生物质浓度为 21.8 g/L，细胞内含油量达到了 25.5%（w/w）。

整个发酵过程中，培养基中的葡萄糖始终保持在较低水平（低于 8.5 克/升），这表明副产物确实得到了有效利用。发酵结束时，研究团队在发酵液中检测到蔗糖量为 4.7%（w/v），这表明超过 81.2% 的蔗糖被酶解并生物合成了 EPS 和油。

▲图丨A27 在 5 升发酵罐中产生 EPS 和脂质（来源：Bioresource Technology）

据脂肪酸谱调查结果显示，A27 产出的油由 91.3％的长链脂肪酸（C₁₆-C₁₈）组成，这使其能够作为生产生物柴油的理想原料。

本次研究不仅利用工程化的解脂耶氏酵母细胞合成高水平的 EPS，同时还将副产物葡萄糖转化为细胞内脂质，该方法将有利于降低现有微生物脂质和果聚糖的生产成本。

此外，从可持续发展的角度来看，在工农业领域中存在着大量含有蔗糖的废弃物，如糖蜜、甘蔗渣等。因此，该项研究所开发的工艺在处理这些富含糖的废物方面具有潜在的应用前景。

参考资料：

1.https://doi.org/10.1016/j.biortech.2024.130395

素材来源官方媒体/网络新闻

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生产58.9g/L果聚糖并有效利用副产物，青岛农业大学团队改造解脂耶氏酵母，同时生产果聚糖和单细胞油

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