气体发酵：利用Clostridium ljungdahlii DSM 13,528菌株将一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）转化为乙醇的过程

《Systems Microbiology and Biomanufacturing》：Gas fermentation: process for conversion of CO and CO2 into ethanol using Clostridium ljungdahlii DSM 13,528

本研究通过调控产甲烷菌Clostridium ljungdahlii DSM 13,528的气相组成（CO?:CO比例）和反应器体积，结合培养基优化（添加钨酸盐和亚硝酸盐），实现了乙醇的高效生产，生物量达274.5 mg/L，乙醇产量达18.5 mmol/L，显著提升环境可持续性。

　　

摘要

在本研究中，我们发现了一种新的生物过程：产乙酸的气体发酵菌株 Clostridium ljungdahlii DSM 13,528 以乙醇作为主要代谢产物。该过程具有环境可持续性，因为它利用二氧化碳和一氧化碳作为碳源和电子供体。通过调节反应器顶部空间气体组成（CO?:CO 比值）和顶部空间体积，实现了最大生物量浓度为 159.1 ± 10.8 mg/L，产率为 1.5 ± 0.1 mg/L/h。经过 11–14 个培养周期的逐步适应后，在含有 1 g/L 酵母提取物（CLY）的培养基中 C. ljungdahlii 的特定生长率提高了 26%；而在不含酵母提取物（CLNY）的培养基中则提高了 160%。随后，通过调控金属离子和氮源（硝酸盐和亚硝酸盐）的培养基工程策略，将碳流从乙酸重新导向乙醇这一主要产物。这些综合策略使得在添加了钨酸盐（2.5 mg/L）和亚硝酸盐（18.7 mmol/L）的 CLY 培养基中，生物量浓度达到最高值 274.5 ± 26.7 mg/L，产率为 2.14 mg/L/h，乙醇浓度达到最高值 18.5 ± 3.4 mmol/L，产率为 13.2 mg/L/h。这些数值属于已报道的 C. ljungdahlii DSM 13,528 在批式培养模式下的最佳结果之一。值得注意的是，当使用亚硝酸盐作为氮源时，碳流主要被导向乙醇，其他产物的含量极少。

图形摘要

在本研究中，我们发现了一种新的生物过程：产乙酸的气体发酵菌株 Clostridium ljungdahlii DSM 13,528 以乙醇作为主要代谢产物。该过程具有环境可持续性，因为它利用二氧化碳和一氧化碳作为碳源和电子供体。通过调节反应器顶部空间气体组成（CO?:CO 比值）和顶部空间体积，实现了最大生物量浓度为 159.1 ± 10.8 mg/L，产率为 1.5 ± 0.1 mg/L/h。经过 11–14 个培养周期的逐步适应后，在含有 1 g/L 酵母提取物（CLY）的培养基中 C. ljungdahlii 的特定生长率提高了 26%；而在不含酵母提取物（CLNY）的培养基中则提高了 160%。随后，通过调控金属离子和氮源（硝酸盐和亚硝酸盐）的培养基工程策略，将碳流从乙酸重新导向乙醇这一主要产物。这些综合策略使得在添加了钨酸盐（2.5 mg/L）和亚硝酸盐（18.7 mmol/L）的 CLY 培养基中，生物量浓度达到最高值 274.5 ± 26.7 mg/L，产率为 2.14 mg/L/h，乙醇浓度达到最高值 18.5 ± 3.4 mmol/L，产率为 13.2 mg/L/h。这些数值属于已报道的 C. ljungdahlii DSM 13,528 在批式培养模式下的最佳结果之一。值得注意的是，当使用亚硝酸盐作为氮源时，碳流主要被导向乙醇，其他产物的含量极少。

图形摘要