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雄烯二酮(Androst-4-ene-3,17-dione,AD)是制备甾体激素类药物的重要中间体,可通过分枝杆菌选择性切除植物甾醇(phytosterol,PS)侧链获得,分枝杆菌转化PS是强好氧发酵过程,溶氧对AD的积累有重要影响。氧载体强化传氧是改善溶氧水平的一条新途径。本课题以分枝杆菌Mycobacterium neoaurum TCCC 11028(MNR M3△ksdD)降解PS生成AD为研究对象,研究了不同氧载体对MNR M3 △ksdD降解PS生成AD产率的影响,并对氧载体提高PS侧链降解反应的机制进行了初步分析。首先建立了含油转化体系中取样的方法,其次考察了常见的五种氧载体(全氟已烷、正十六烷、豆油、聚二甲基硅油、聚甲基苯基硅氧烷)对PS的转化能力,结果表明16%(v/v)豆油为最优氧载体,第5d时AD摩尔生成率达52.68%。对以豆油为氧载体的转化体系优化结果表明,豆油的最优添加时间为发酵初始时,最优装液量为100 mL,反应3d时AD产率最高,达57.50%,较对照组提高了 6倍。考察了豆油添加对发酵液溶氧的影响,结果表明,豆油的添加可以改善发酵液体积溶氧传质系数(kLa),当豆油浓度>2.5%,kLa值随着油相体积分数的增加而增大。分析豆油添加对分枝杆菌细胞内辅因子含量及TCA循环中关键酶酶活的影响,发现菌体胞内ATP和NAD+含量增加,NADH/NAD+比率下降,同时伴随着异柠檬酸脱氢酶(ICDHc)和α-酮戊二酸脱氢酶(α-KGDH)酶活的提高。甾醇代谢途径分析表明,豆油作为氧载体通过提高发酵液中氧传递,加速了菌体内电子呼吸链(ETC)、氧化磷酸化和三羧酸(TCA)循环,促进了 PS侧链降解途径,从而有利于AD的生物合成,据此推测出分枝杆菌PS侧链降解过程中主要辅因子的代谢路径。考察了豆油对分枝杆菌细胞脱氢酶酶活及通透性的影响,当豆油浓度为16%时,菌体脱氢酶酶活仍能保持在85%以上,细胞的通透性增大但并未失去催化活性和完整性,通透性的适当改变在一定程度上有利于底物的摄取,这可能是除增溶与富氧作用外,豆油提高底物转化率的另一个重要因素。考察了氧载体与不同乳化剂联合使用对AD生物合成的影响,结果表明卵磷脂和Tween 80/Span 80对AD的合成具有促进效果,其中卵磷脂的效果最佳,加入豆油的同时添加0.6%的卵磷脂,AD产率达68.09%。