The harmful effects of succinic acid and oxidative stress on cell growth were determined during batch fermentation with Mannheimia succiniciproducens LPK7, a powerful succinic acid-producing strain, and conditions were optimized to minimize these effects. In terms of toxicity, the cell concentration decreased as the concentration of succinic acid increased. By changing the pH from 6.5 to 7 during fermentation, the cell concentration increased by about 10%, and the level of succinic acid production was 6% higher than that of the control. In addition, by introducing protectants, the cell concentration increased by about 10%, and the level of succinic acid produced was increased by 3%.
Park, Sang-Min;Eum, Kyuri;Kim, Sangyong;Jeong, Yong-Seob;Lee, Dohoon;Chun, Gie-Taek
KSBB Journal
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v.29
no.3
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pp.155-164
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2014
Succinic acid, a representative biomass-derived platform chemical, is a major fermentation product of Actinobacillus succinogenes. It is well known that carbon dioxide is consumed during the succinate fermentation, but the biochemical mechanism behind this phenomenon is not yet understood well. In this study, it was found that the addition of carbonic anhydrase (CA)s into media significantly enhances the succinic acid production by A. succinogenes during the fermentation supplied with carbon dioxide. It is likely that the (bi) carbonate produced by the CA activity from gaseous carbon dioxide is favoured by A. succinogenes for consumption and utilization. Therefore, the $MgCO_3$ requirement could be significantly reduced without compromising the succinate productivity. Furthermore, because of too high price of the commercial carbonic anhydrase, it was undertaken to economically overproduce a cyanobacterial carbonic anhydrase by the use of a recombinant Pichia pastoris. An expression vector system was constructed with the carbonic anhydrase gene PCR-cloned from Cyanobacterium Synechocystis sp., and introduced into P. pastoris for fermentation studies. About 95.9 g/L of succinic acid was produced in the production medium with 30 ppm of carbonic anhydrase, approximately 2 fold higher productivity compared to the parallel process with no supplementation of the enzyme. It is expected that this method can provide a valuable way of overcoming inefficiencies inherent in gas supply during $CO_2$-based bioprocesses like succinic acid fermentation.
Kim, Moon-Il;Kim, Nag-Jong;Shang, Longan;Chang, Yong-Keun;Lee, Sang-Yup;Chang, Ho-Nam
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.19
no.11
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pp.1369-1373
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2009
Succinic acid was produced by continuous fermentation of Actinobacillus succinogenes sp. 130Z in an external membrane cell recycle reactor to improve viable cell concentration and productivity. Using this system, cell concentration increased to 16.4 g/l at the dilution rate $0.2\;h^{-1}$, up to 3 times higher than that of batch culture, and the volumetric productivity of succinic acid increased up to 6.63 g/l/h at the dilution rate $0.5\;h^{-1}$, 5 times higher than that of batch fermentation. However, in the continuous culture using a high dilution rate, operational problems including severe membrane fouling and contamination by lactic acid producer were observed. Another succinic acid producer, Mannheimia succiniciproducens MBEL55E, was also utilized in this system, and the cell concentration and productivity of succinic acid at the dilution rate of $0.3\;h^{-1}$ were found to be above 3 and 2.3 times higher, respectively, compared with those obtained at the dilution rate of $0.1\;h^{-1}$. These observations give a deep insight into the process design for a continuous succinic acid production by microorganisms.
Anaerobiospirillum succiniciproducens requires expensive complex nitrogen sources such as yeast extract and polypeptone for its growth and succinic acid production. It was found that A. succiniciproducens was able to grow in a minimal medium containing glucose when supplemented with corn steep liquor (CSL) as the sole complex nitrogen source. The concentration of CSL had a significant effect on the glucose consumption by A. succiniciproducent. When 10-15 g/L of CSL was supplemented, cells were grown to an OD(sub)600 of 3.5 and produced 17.8 g/L succinic acid with 20 g/L glucose. These results are similar to those obtained by supplementing yeast extract and polypeptone, thereby suggesting that succinic acid can be produced more economically using glucose and CSL.
The fumB gene encoding anaerobic fumarase of Escherichia coli XL1-Blue was introduced to solve the malic acid accumulation problem. When NZN111 harboring pTrcMLFu was cultured, 7 g/L of succinic acid was produced and malic acid was not accumulated.
Succinic acid-producing Anaerobinspirillum succiniciproducens was anaerobically grown on galactose, galactose/glucose, or galactose/lactose in order to study its galactose fermentation. Unlike a previous report, A. succiniciproducens was found to efficiently metabolize galactose as the sole carbon source at a rate of 2.4 g/g-DCW/h and produced succinic acid with as high a yield of 87% as with using glucose. When glucose and galactose were present, A. succiniciproducens metabolized both sugars simultaneously. Furthermore, when lactose and galactose coexisted, lactose did not inhibit the galactose fermentation of A. succiniciproducens. Therefore, co-utilization of galactose and other sugars can improve the productivity and economy of bio-based succinic acid processes.
Succinic acid was produced by Enterococcus faecalis RKY1 cells immobilized in hollow fiber bioreactor as an alternatively immobilized culture in bioconversion of fumaric acid to succinic acid. The feed was pumped through the shell side. As the flow rate of the feed was increased, the steady state was obtained more quickly. The steady state was reached after 24 hr cultivation in 0.25 ml/min, 12 hr in 0.5 ml/min, and 9 hr in 1.0 ml/min, respectively. The effect of medium pH on succinate production was also investigated. By changing the medium pH of 8.0, the succinic acid produced was increased about 16% than that of pH 7.0.
Recombinant Escherichia coli BLR(DE3) harboring the hemA gene from Rhodobacter capsulatus under the control of a constitutive promoter, which we constructed previously, was used for the extracellular production of 5-aminolevulinic acid (ALA). The effects of several factors on ALA production were investigated in flask culture. ALA production by the recombinant E. coli was more efficient at $30^{\circ}C$ than $37^{\circ}C$. The glycine concentration had an important effect on cell growth. Glycine and succinic acid concentration of 5-10 and 10-20 g/L, respectively, resulted in high ALA production. In addition, the partial replacement of succinic acid by sodium glutamate increased the ALA production. The ALA production was inhibited by the presence of glucose in the medium. Using the optimal conditions, an ALA concentration of 8.2 g/L was achieved in jar fermentation without an added inducer or ALA dehydratase inhibitor; this is the highest reported concentration.
A pfl ldhA double mutant Escherichia coli strain NZN 111 was used to produce succinic acid by overexpressing the E. coli malic enzyme gene (sfcA). This strain, however, produced a large amount of malic acid as well as succinic acid. After the analyses of the metabolic pathways, the fumB gene encoding the anaerobic fumarase of E. coli was co-amplified to solve the problem of malic acid accumulation. A plasmid, pTrcMLFu, was constructed, which contains an artificial operon (sfcA-fumB) under the control of the inducible trc promoter. From the batch culture of recombinant E. coli NZN 111 harboring pTrcMLFu, 7 g/L of succinic acid was produced from 20 g/L of glucose, with no accumulation of malic acid. From the metabolic flux analysis the strain was found under reducing power limiting conditions by severe reorientation of metabolic fluxes.
To develop new elicitors inducing the high productivity of taxane derivatives, plant growth inhibitors, namely, maleic acid hydrazide, N-phosphomethyl glycine and succinic acid 2.2-dimethyl hydrazide, coconut milk and yeast extract were administrated in the cell suspension culture system of Taxus cuspidata, and the production of baccatin III were analysed. The effects of amino acid related with the biosynthesis of baccatin III were also examined in these culture system. As the results, a remarkable enhancement of baccatin III production was observed in the cultivation with coconut water and with maleic acid hydrazide.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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