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1,2,4-丁三醇(1,2,4-butanetriol,BT)是一种平台化合物,其性质与甘油相似,广泛地应用于军工、医药和化妆品等领域,但BT不是天然的生物产物,生物合成研究也尚在起步阶段,前期研究我们利用合成生物学构建了产BT菌株并发现BT在胞内有积累可能影响其合成,同时,其发酵尚需完善且下游分离技术研究极少。因此,本研究通过异源表达耐药结节分化家族(resistance nodulation and cell division,RND)外排泵基因、优化5 L发酵罐中培养条件和探索BT的分离工艺,以期提高BT产量,探索工业上生物合成法生产BT的技术路线。为加强BT的外排从而促进BT的合成,研究利用来自克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)和铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)的RND外排泵基因acrA、acrB、acrE、acrF、tolC、mexA、mexB、mexE、mexF、oprN、oprM和多基因组合的acrAB、acrEF、acrAB-tolC、acrEF-tolC、mexAB、mexEF、mexAB-oprM、mexEF-oprN在Escherichia coli构建了19株带不同外排基因的产BT重组菌,摇瓶发酵结果表明,表达了acrB、acrF、mexB、mexF和oprM基因的重组菌,胞外BT的含量分别提高了25.6%、24.7%、34.4%、7.1%和10.5%,最高达到14.90 g·L-1,在多基因强化BT合成的菌株中,除表达了基因acrEF-tolC的重组菌以外,胞外BT含量均有一定的提高,但并不优于单表达外排泵基因的重组菌。为进一步提高BT产量,考察了重组菌在5 L发酵罐的发酵情况,发现菌株的生长代谢集中在前12 h,随后菌株生长、木糖利用和BT合成速率都减慢,24 h后菌株生长几乎停止,针对其发酵特性,考察了一次性定量补料、间歇性补料和匀速补料对BT产量的影响,结果表明一次性补料效果较好佳,单位菌体产量提高了1.8倍,达到20.03 g·L-1,进而对发酵的温度、补料的碳氮比进行优化,经初步优化BT产量最高达到24.02 g·L-1。由于尚无发酵液中BT的分离工艺,论文试探用萃取方法对BT进行分离研究,通过筛选不同的双水相体系试验,选定了无水乙醇/K2HPO4双水相体系进行进一步实验,采用浊点法对无水乙醇/K2HPO4双水相体系进行相图的绘制初步确定K2HPO4质量分数应在19.8%-46.8%,通过双水相体系萃取分离的条件实验得到最佳的萃取条件为:无水乙醇和K2HPO4质量分数为28%,pH 9.5,BT的分配系数为18.35,萃取效率可达到95.9%,放大实验验证显示体系的放大对于BT的萃取效率无明显影响。通过以上研究初步勾画出了利用合成生物学和发酵生产1,2,4-丁三醇技术路线。