背景

混合碳底物發(fā)酵在工業(yè)生物技術(shù)中備受關(guān)注，因為它能夠有效利用可持續(xù)資源（如廢棄甘油和木質(zhì)纖維素）來生產(chǎn)食品、飼料、生物燃料和平臺化學品。然而，由于大多數(shù)微生物對某種底物有偏好，因此碳源的協(xié)同利用存在效率低下的問題。本研究采用了穩(wěn)定同位素標記技術(shù)，并結(jié)合紅外光譜、拉曼光譜和顯微光譜技術(shù)，來探究混合碳底物發(fā)酵過程中的碳利用情況。作為模型系統(tǒng)，選擇了能產(chǎn)生類胡蘿卜素的絲狀真菌Mucor circinelloides，在氮限制條件下，使其在葡萄糖和甘油的不同比例下生長，以誘導(dǎo)其在靜止生長階段積累脂質(zhì)。

結(jié)果

多模態(tài)光譜分析方法成功識別了來自混合底物（葡萄糖和甘油）的碳向特定代謝物的轉(zhuǎn)移過程，提供了代謝物產(chǎn)生的詳細時間線。在發(fā)酵的早期階段（前8小時），生物質(zhì)富含蛋白質(zhì)和碳水化合物，這主要是由于酵母提取物的利用以及部分葡萄糖的消耗。在8至14小時之間，多磷酸鹽、脂質(zhì)和類胡蘿卜素的生成開始。在甘油含量豐富的培養(yǎng)基中，類胡蘿卜素既來自葡萄糖也來自甘油，可能還受到酵母提取物的影響。脂質(zhì)的積累主要以甘油三酯（TAGs）的形式存在，這主要歸因于葡萄糖的利用。14小時后，生物質(zhì)繼續(xù)積累多磷酸鹽，而只有在葡萄糖充足的情況下才會觀察到較高的TAG水平。相比之下，當甘油過量或甘油作為唯一碳源時，TAG的積累量非常有限或可以忽略不計。多磷酸鹽也被確定為重要的額外能量儲備物質(zhì)。

結(jié)論

本研究證明，穩(wěn)定同位素標記結(jié)合多模態(tài)紅外光譜和拉曼光譜技術(shù)是追蹤混合底物發(fā)酵過程中碳流動的有效方法。研究結(jié)果強調(diào)了葡萄糖在Mucor circinelloides中脂質(zhì)積累以及多磷酸鹽作為替代能量儲備的關(guān)鍵作用。多種紅外和拉曼技術(shù)的聯(lián)合使用揭示了互補的光譜特征，提高了數(shù)據(jù)的可靠性，并為發(fā)酵過程提供了全面的化學見解。這種方法有助于開發(fā)更高效的生物工藝，以實現(xiàn)工業(yè)生物技術(shù)中的可持續(xù)生產(chǎn)。