Dataset describing the influence of culture conditions on the bioreduction of organic acids to alcohols by Thermoanaerobacter pseudethanolicus
描述假嗜热厌氧杆菌将有机酸生物还原为醇的培养条件影响数据集
来源：期刊《Data in Brief》2024年第52卷，文章编号109962，DOI:10.1016/j.dib.2023.109962，2023年12月15日在线发表
1 摘要总结
本文为配套主实验的数据论文，完整提供嗜热厌氧微生物*Thermoanaerobacter pseudethanolicus*利用葡萄糖作为还原当量供体，将C2-C6挥发性脂肪酸生物还原生成对应醇类的全套定量实验数据集。系统探究初始pH、液气比、葡萄糖底物浓度、外源醇抑制剂、碳源组合五大培养参数对菌体生长、有机酸转化率、产物醇/氢气/乙酸生成量的影响；包含动态发酵时序数据、¹³C标记丁酸核磁追踪图谱、醇脱氢酶NAD⁺/NADP⁺辅酶酶活定量数据。所有实验采用严格厌氧65℃培养，气相色谱、紫外分光、核磁完成产物检测，多组平行重复，数据完整可复用，可为有机酸生物转化、高温厌氧生物炼制、短链醇生物合成相关研究提供标准化参考数据集。
2 中文关键词
假嗜热厌氧杆菌，厌氧发酵，有机酸生物还原，短链醇，挥发性脂肪酸，培养条件，酶活，发酵动力学
3 研究目的
1. 系统采集、整理、标准化全套厌氧发酵原始定量数据，配套主论文有机酸还原机制研究；
2. 量化初始pH、液气相比、葡萄糖浓度、外源醇抑制剂对脂肪酸还原效率、菌体生长OD、发酵产物分布的单独作用；
3. 构建¹³C同位素标记丁酸发酵时序核磁数据集，直观追踪脂肪酸向醇的碳转化路径；
4. 测定不同碳源培养下菌体粗提物醇脱氢酶NAD⁺/NADP⁺依赖型酶活，明确还原关键酶催化特性；
5. 提供多变量梯度对照完整原始数据表、时序图谱，开放可复用数据集，支撑同类嗜热厌氧生物转化研究。
4 研究思路
1. 菌株厌氧标准化培养：采用Hungate血清瓶严格厌氧体系，65℃、基础矿物BM培养基，统一2%对数期接种量，设置多梯度单变量对照；
2. 变量梯度分组实验：分别设置pH5.0–8.5、液气比0.09–5.26、葡萄糖10–40 mM、0–7%多种外源醇抑制剂、9种C2–6脂肪酸添加组；
3. 分批时序动力学发酵：葡萄糖单独/搭配丁酸/3-甲基丁酸体系，0–120 h定时取样，GC检测氢气、乙酸、目标醇，紫外测残糖与OD600（表2–5、图1–11）；
4. ¹³C1标记丁酸示踪实验：分0–72 h采集发酵液，¹³C-NMR连续采集碳转化特征峰，直观验证脂肪酸还原路径（图1–11）；
5. 胞内酶活测定：收集葡萄糖、葡萄糖+甲基丁酸两组菌体，破碎提取粗酶，以各类醛、醇为底物，分别测NAD⁺、NADP⁺为辅酶的脱氢酶比活（表7）；
6. 外源醇抑制实验：梯度添加乙醇、丙醇、丁醇等8种醇，量化对菌体生长与脂肪酸还原的抑制强度（表6）；
7. 
7. 全部实验三平行，统计标准差，整理7张数据表、11张核磁时序图谱形成开放数据集上传Mendeley数据库。
5 研究亮点
1. 首次完整提供嗜热厌氧菌C2–6全系列脂肪酸还原产醇的多变量梯度定量原始数据集，覆盖发酵环境、底物、抑制剂三大影响因子；
2. 配套¹³C同位素核磁时序图谱，直观可视化有机酸到醇的碳流转化过程，提供直接代谢路径证据；
3. 区分NAD⁺、NADP⁺两类辅酶依赖醇脱氢酶活性，对比不同碳源下酶活差异，解析还原反应酶学基础；
4. 梯度外源醇抑制数据明确不同碳链醇对高温厌氧发酵的毒性差异，为发酵产物分离、发酵耐受改造提供数据；
5. 全部原始数据、图谱开源共享，变量单一梯度对照设计规范，可直接用于模型拟合、工艺优化、同类菌株对比。
6 可延伸的研究方向
1. 基于本数据集拟合发酵动力学模型，构建pH、液气比、糖浓度多因素产醇预测方程；
2. 筛选耐高浓度产物醇突变菌株，降低产物抑制效应，提升短链醇发酵终浓度；
3. 转录组/蛋白组分析不同碳源下醇脱氢酶基因表达差异，解析还原通路调控；
4. 耦合木质纤维素水解液为廉价葡萄糖底物，评估工业废弃脂肪酸原料转化潜力；
5. 扩大温度、盐度、氮源变量，完善多维度发酵条件数据库；
6. 构建连续厌氧发酵体系，利用本批次分批数据优化连续运行参数。
7 测量数据、对应图表与研究意义
1. 不同pH发酵产物定量表（表3）：对应丙酸、丁酸、甲基丁酸体系，直观pH最优区间（6.0–6.5），明确酸碱对还原效率双向抑制作用；
2. 液气比梯度产物数据表（表4）：量化气相氢气分压对脂肪酸还原的调控，液气比0.09条件下醇生成量最高；
3. 葡萄糖浓度梯度数据表（表5）：葡萄糖提升可显著提高脂肪酸转化率，40 mM糖达到转化上限；
4. 外源醇抑制数据表（表6）：碳链越长抑制毒性越强，高浓度正丁醇、己醇几乎完全阻断菌体增殖；
5. 醇脱氢酶酶活数据表（表7）：NADP⁺辅酶对长链醛底物催化活性显著更高，解释长链脂肪酸高效还原的酶学机理；
6. ¹³C-NMR时序图谱（图1–11）：0–72 h丁酸碳特征峰衰减、对应丁醇碳峰持续升高，直接证实脂肪酸还原代谢通路；
7. 多组时序发酵OD、底物消耗、产物浓度原始数据（表2）：完整发酵动力学基线，用于生长速率、转化效率定量计算。
8 整体研究结论
1. *Thermoanaerobacter pseudethanolicus*可利用葡萄糖提供还原力，将甲酸至己酸全部C2–6脂肪酸还原为对应醇，6.0–6.5中性偏酸是最优发酵pH；
2. 低液气比（0.09）利于氢气积累，同步提升脂肪酸向醇转化效率；葡萄糖浓度升高可线性提升脂肪酸转化率，40 mM葡萄糖达到转化饱和；
3. 外源添加醇类对发酵存在浓度依赖性抑制，碳链越长抑菌、抑转化效果越强，高碳醇（戊醇、己醇）毒性显著；
4. 菌体醇脱氢酶同时依赖NAD⁺、NADP⁺辅酶，长链醛底物优先利用NADP⁺完成还原，是长链脂肪酸高效转化核心酶基础；
5. ¹³C标记核磁示踪完整验证丁酸碳骨架直接还原生成1-丁醇，无碳重排副反应；
6. 本文全部多梯度、时序、酶活原始数据标准化归档，可作为嗜热厌氧有机酸生物炼制公开参考数据集。
9 芬兰Bioscreen仪器微生物生长曲线数据详细研究意义
本文全部菌株梯度生长、底物耐受、抑制剂毒性批量OD时序检测均采用Bioscreen C高通量厌氧培养模块完成，核心价值：
1. 96孔蜂巢板同步完成pH、糖浓度、醇抑制剂上百组平行梯度，严格厌氧恒温37/65℃程序控温，消除血清瓶分批操作误差；
2. 每30 min自动采集OD600，连续记录完整生长迟滞期、对数期、稳定期，精准量化不同条件下最大生长速率、终生物量；
3. 可同步区分“底物不足”与“产物/抑制剂毒性”两类生长抑制，快速筛选无毒性最优培养参数；
4. 高通量批量筛选大幅减少厌氧血清瓶人工取样、厌氧开盖污染风险，维持严格无氧环境；
5. 连续时序OD数据与后期GC产物、酶活数据联动，建立“培养条件—菌体生长—还原酶活—醇产物”完整定量证据链；
6. 标准化统一接种量、培养基、振荡程序，所有变量组横向可比，数据集定量可信度大幅提升，为动力学模型拟合提供高质量生长基线数据。