光甘草定被行业称为美白黄金，是高端美白、修护核心活性物。但其天然提取依赖甘草资源、化学合成工艺复杂，生物合成成为可持续的替代方案。
江南大学陈坚院士团队周景文教授课题组提出"积木式（block-building）"模块构建策略，建立结构导向的模块化代谢工程范式用于光甘草定的途径解析与构建。
研究最终使光甘草定摇瓶产量达到0.24 mg/L，经5 L Intelli-Ferm A台式生物反应器（迪必尔生物）工艺优化后进一步提升至1.20 mg/L。该策略在菌共培养体系构建中得到验证，成功实现32.8 mg/L雌马酚的从头合成。
该研究将复杂天然产物代谢途径拆解为可独立优化的代谢模块，无需大规模基因组重编程即可实现高效构建，显著降低了途径构建与调控成本。研究成果为复杂天然产物的高效生物制造提供了可复制、可推广的技术模板。
本研究以酿酒酵母为底盘，搭建完整模块化分步搭建体系，设计人工非天然光甘草定合成通路：
图2. 用于光甘草定生物合成的去甲基美迪紫檀素、美迪紫檀素代谢支路：功能验证与模块优化
筛选最优 P450 还原伴侣青蒿 AtCPR；通过酵母天然交配系统，将 NDZ60、NSG08 杂交获得稳定二倍体工程菌株；
二倍体 “双模块” 杂交策略实现光甘草定与雌马酚的从头生物合成
摇瓶 YPD 静置振荡发酵，二倍体菌株葡萄糖从头合成光甘草定 0.24 mg/L，证明菌株具备从头合成能力
但摇瓶营养有限、供氧不足、碳源一次性消耗，产物滴度偏低，需转入 5 L 生物反应器优化工艺。
同步搭建酵母 - 大肠杆菌共培养模块（酵母产大豆素、大肠杆菌还原生成雌马酚），摇瓶 72 h 发酵雌马酚 32.81 mg/L，验证模块化拼接策略普适性。
反应器：Intelli-Ferm A 5L 台式生物反应器（迪必尔生物），工作体积 2.5 L；
底盘菌株：NDZ60×NSG08 杂交二倍体酿酒酵母；
培养基：基础 YPD 发酵培养基；
步骤 1：两级种子液活化
步骤 2：反应器初始参数设定与闭环自控程序
全程恒定温度 30 ℃；
pH 自动调控，稳定维持 pH=5.5；
DO关联搅拌自动控制：溶氧目标值30%空气饱和度，搅拌转速区间 300–1200 rpm，；通气量恒定 1 vvm，全程实时在线监测 pH、DO、搅拌转速、尾气 CO₂。
步骤 3：补料分批发酵控制核心工艺（关键优化点）
产量大幅提升
经迪必尔Intelli-Ferm A 5L 反应器上罐优化工艺后，发酵终点光甘草定滴度达到 1.20 mg/L，较摇瓶提升 5 倍。
工艺优化结论
反应器相较摇瓶优势明显：动态流加维持低底物浓度、稳定供氧保障氧化修饰酶活性、均衡碳氮供给持续驱动完整修饰通路，显著解除代谢通量限制，大幅提升光甘草定终产物产量。
配套通用性验证
同等 5 L 罐微氧调控体系下，雌马酚产量 32.81 mg/L，证明Intelli-Ferm A 台式反应器自动化调控工艺可适配模块化合成体系。
本研究先通过摇瓶完成菌株模块化构建、关键限速酶筛选、通路精简优化，确认二倍体杂交菌株具备光甘草定从头合成潜力；再通过 5 L 全自动生物反应器补料分批发酵，建立温度 /pH/ 溶氧 / 碳氮补料一体化精准调控方案，解决摇瓶供氧不足、碳源枯竭、代谢失衡缺陷，实现光甘草定产量从 0.24 mg/L 提升至 1.20 mg/L，为黄酮类天然产物合成生物学中试放大提供标准化反应器操作流程与调控依据。
本研究 5 L 补料发酵对反应器溶氧联动控制、多通道精准补料、多参数在线监测、微氧 / 厌氧双模式切换提出高要求，迪必尔Intelli-Ferm A 台式生物反应器可匹配黄酮类产物合成生物学全链条研发需求：
✅ DO-搅拌级联控制：适配氧化还原酶供氧需求，避免供氧不足导致修饰酶失活；
✅ 多通道独立自动补料：碳源、氮源分阶段精准流加，支撑补料分批发酵产量提升；
✅ 全参数在线记录：pH、DO、搅拌、尾气 CO₂实时存储，数据可追溯，为工艺放大提供标准化数据库；
✅ 微氧 / 厌氧双模式切换：同步支撑酵母单菌发酵、酵母 - 大肠杆菌共培养工艺；
✅ 全规格覆盖：从研发到中试产线一体化交付，打通菌株小试至工业化放大全流程。
