微生物法生产L-色氨酸的检测及发酵过程优化

摘要

L-色氨酸属于芳香族氨基酸，是动物生长所需要的8种必需氨基酸之一。在人和动物新陈代谢过程中，这种氨基酸无法自我合成，只能依靠水解食物中的蛋白质而从外界获得。色氨酸可有效的治疗抑郁症；也可添加到动物的饲料当中，来增加动物的食欲并且使动物的免疫力增强；同时作为防腐剂添加到奶粉或食物中，以预防其变质；农业上，作为农药稳定剂增加杀虫率。L-色氨酸特殊的功能与结构，使其可广泛应用于生活中的各个方面。
　　本研究以大肠杆菌作为生产菌株，对发酵生产L-色氨酸的工艺进行优化。研究了大肠杆菌的生理生化特性，为接下来的实验奠定了基础。建立了从发酵液中快速定量检测L-色氨酸的方法-可见分光光度法，此方法的线性关系良好，精密度和回收率也很高，且不受其他氨基酸的干扰。实验中考察了显色剂浓度、显色剂用量、加热时间、加热温度等因素对检测条件的影响，确定了最佳检测条件。本方法的线性范围为20~80μg/mL， L-色氨酸的平均回收率为101.5％，RSD为1.08%，说明该方法的精密度良好。该方法与HPLC法进行比较误差较小，且该方法更加方便、灵敏。研究了影响L-色氨酸产量的两个关键因素：培养条件和发酵培养基成分。通过单因素实验，确定了最优培养条件：培养温度34℃，摇床转速240 rpm，培养基初始pH7.2，装液量30 mL/250 mL，接种量7%。通过响应面法对发酵培养基进行优化，首先用Plackett-Burman实验，从影响大肠杆菌生产 L-色氨酸的7个因素中筛选出葡萄糖、KH2PO4和FeSO4这三个最显著因素。再利用SAS软件设计Box-Behnken实验对这三种显著因素的相互作用进行研究。最后通过该实验设计得到了最佳的培养基配方（g/L）：葡萄糖34.5，酵母粉6，硫酸铵6，柠檬酸钠1，硫酸镁3，磷酸二氢钾20.7，硫酸亚铁0.44。用优化后的最佳配方进行发酵，发酵结束后，L-色氨酸产量达到8.12 g/L，比优化之前产量（3.72 g/L）提高了118.28%。探究了L-色氨酸的分离提取工艺，实验中采用001×7阳离子交换树脂对产物进行提取并同时使用活性炭脱色，对整个过程进行了优化。用单因素实验对吸附和洗脱过程进行研究，找到了最佳条件。进一步正交设计优化了脱色条件，即活性炭用量0.5%，pH=2，脱色时间20 min时，可达到最佳的脱色效果。最终得到L-色氨酸的总提取率为65.2%，纯度达到98.6%。

目录

声明

1 绪论

1.1 L-色氨酸的理化性质

1.2 L-色氨酸的功能与作用

1.3 L-色氨酸的生产工艺

1.4 大肠杆菌中L-色氨酸的合成路径及代谢调节机制

1.5 L-色氨酸的市场概况

1.6 L-色氨酸的研究进展

1.7 本课题的研究意义

1.8 本课题的主要研究内容

2 菌株的生理生化特性及L-色氨酸检测方法的建立*1

2.1 菌株的生理生化特性测定

2.2 L-色氨酸检测方法的建立

3L-色氨酸发酵工艺的优化

3.1 引言

3.2 实验材料

3.3 分析方法

3.4 实验方法

3.5 结果与分析

3.6 本章总结

4L-色氨酸分离提取工艺条件的研究*2

4.1 引言

4.2 实验材料

4.3 实验方法

4.4 分析方法

4.5 结果与分析

4.6 本章总结

5 结论

参考文献

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致谢