分段发酵调控提升裂殖壶菌DHA生产效率：从实验室到中试规模的代谢机制解析

本研究系统解析了温度、溶氧(DO)等环境因子对Aurantiochytrium sp. PKU#Mn16合成DHA（二十二碳六烯酸）的代谢调控机制，创新性地提出基于代谢物动态监测的三阶段发酵策略，在50 L规模实现DHA产量14.7 g/L（提升1.56倍），为微生物源DHA的工业化生产提供了可量化的代谢工程解决方案。

　　

Highlight

温度与溶氧的精准调控显著影响Aurantiochytrium sp. PKU#Mn16的DHA合成效率。28°C培养时总脂肪酸(TFA)产量达24.5 g/L，DHA含量9.4 g/L；低温(16-20°C)使DHA占比突破50%，而高溶氧(40-50%)虽促进早期生物量积累却导致后期DHA降解。代谢物分析揭示低温/低氧环境能有效提升乙酰辅酶A(acetyl-CoA)、NADPH和ATP等辅因子水平，为多不饱和脂肪酸(PUFA)合成提供充足前体。

Effect of temperature on fermentation performance of PKU#Mn16

温度对微生物生长与脂质合成具有决定性影响。在5 L发酵罐中进行144小时的分批补料发酵发现，32°C时生物量最高(65.7 g/L)，但28°C展现出最佳平衡性——在96小时获得24.5 g/L TFA和9.4 g/L DHA。低温(16-20°C)显著提升DHA在TFA中的占比(>50%)，但生物量积累速度减缓。脂肪酸组成分析显示低温环境下C16:0比例下降而C22:6比例上升，说明温度通过调节脂肪酸链延长酶和去饱和酶活性影响DHA合成。

Effect of dissolved oxygen on fermentation performance

溶氧水平直接影响细胞代谢流向。高溶氧(40-50%)促进早期生物量积累(68.9 g/L)，但96小时后出现DHA大量降解(损失>40%)。相反，适度控制溶氧(10-20%)虽延缓生长速率，却使DHA占比稳定维持在45%以上。代谢动力学分析表明高溶氧环境加速三羧酸循环(TCA)消耗乙酰辅酶A，导致DHA合成前体不足；而低溶氧条件下磷酸戊糖途径(PPP)活性增强，NADPH供应量提升1.8倍，为脂肪酸合成提供还原力保障。

Conclusion

本研究通过多尺度发酵参数优化，阐明环境因子通过调控乙酰辅酶A/NADPH/ATP等代谢枢纽影响DHA合成的分子机制。建立的三阶段动态控制策略（第一阶段28°C/40%DO促进生长，第二阶段20°C/20%DO诱导脂质积累，第三阶段16°C/10%DO强化DHA合成）在5 L发酵罐使DHA产量提升至14.7 g/L，并在50 L中试规模验证工艺可放大性，为微生物DHA生产的精准调控提供理论依据和实践范式。