耐温谷氨酸棒杆菌F343发酵谷氨酸的研究

摘要

谷氨酸是大规模工业生产的发酵产品之一,温度是谷氨酸发酵的主要控制参数,升温发酵具有减少冷却水用量,降低发酵成本等优点,有较好的实际应用价值。本文对基因组改组选育的耐温谷氨酸棒杆菌F343的谷氨酸发酵特性,包括发酵培养基主要成分、在5L搅拌发酵罐上的发酵参数、发酵代谢流分析和耐温菌遗传差异性等方面进行研究,为实现谷氨酸的升温发酵提供参考。
　　 首先,对实验室获得的耐温耐温菌F343谷氨酸发酵条件的进行研究。通过摇瓶实验,确定F343发酵培养基中玉米浆和硫胺素的浓度分别为10 g/L与75μg/L,摇瓶产酸达62 g/L,较原培养基中发酵提高了6.9％;通过5L搅拌发酵罐上对葡萄糖浓度、发酵温度、氨水流加方式和溶氧水平等发酵参数的试验,确定F343初始葡萄糖浓度为140 g/L,发酵过程中流加葡萄糖的条件为:控制葡萄糖浓度维持在20 g/L-40 g/L;确定发酵温度为36℃-39℃;用氨水控制pn在7.2-7.5之间;维持溶氧水平在20％以上;在上述发酵条件下,F343发酵30 h产酸119 g/L,糖酸转化率56％,最高产酸126 g/L,生产强度可达3.69 Kg/M3/hr。
　　 比较F343与出发菌S9114在5L发酵罐中谷氨酸发酵的差异,两株菌比糖耗速率接近,F343的比产酸速率在整个发酵过程中可维持在0.3-0.55g/g/h,而同一发酵条件下的出发菌株S9114的最大比产酸速率仅0.45 g/g/h且迅速下降至零。代谢流分析结果表明,发酵中后期,F343与S9114代谢差异节点主要是在磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)、丙酮酸、α-酮戊二酸节点处。
　　 比较F343与S9114谷氨酸发酵过程中对生物素需求,发现二者对生物素需求不同,在合成培养基中,F343与S9114发酵产酸的最适生物素添加量分别为0.3μg/L与10μg/L;F343产酸期的细胞内存在微量生物素,对细胞积累谷氨酸有重要作用。
　　 用扩增片段长度多态性(AFLP)分析耐温菌F343、第一代耐温菌F19和原菌S9114的DNA差异,聚类分析得出F343与S9114的遗传相似系数0.9655,说明耐温菌在DNA水平上发生了变异。

目录

文摘

英文文摘

第一章 前言

1.1 谷氨酸的理化性质[1]

1.2 谷氨酸的用途[1]

1.2.1 食品[2]

1.2.2 日用化妆品、洗浴用品

1.2.3 医药品

1.2.4 下游产品开发

1.3 谷氨酸的发酵生产

1.3.1 谷氨酸发酵的发展及现状

1.3.2 谷氨酸高温度发酵工艺

1.3.3 生物素对谷氨酸发酵的影响

1.4 代谢流分析技术在谷氨酸发酵中的应用

1.5 DNA多态性分析

1.6 本课题的研究意义

1.7 本课题的主要研究内容

第二章 材料与方法

2.1 材料

2.1.1 主要试剂

2.1.2 仪器设备

2.1.3 实验菌株

2.1.4 培养基与溶液配制

2.2 方法

2.2.1 基因组耐温菌F343与出发菌株S9114在合成培养基中最适生物素浓度

2.2.2 胞内生物素对谷氨酸发酵的影响

2.2.3 发酵培养基成分研究

2.2.4 代谢流分析发酵中后期代谢情况

2.2.5 AFLP分析耐温菌F343与出发菌S9114的DNA多态性

2.2.6 5L搅拌发酵罐发酵谷氨酸发酵种子培养

2.2.7 发酵液菌体浓度、残糖、谷氨酸以及其他氨基酸的分析

第三章 结果与讨论

3.1 耐温菌F343发酵谷氨酸发酵条件的研究

3.1.1 发酵培养基成分对F343发酵谷氨酸的影响

3.1.2 温度对F343在5L发酵罐上发酵谷氨酸的影响

3.1.3 葡萄糖补加条件对F343在5L搅拌发酵罐上发酵谷氨酸的影响

3.1.4 pH对F343在5L发酵罐上发酵谷氨酸的影响

3.1.5 发酵罐溶氧DO对F343在5L发酵罐上发酵谷氨酸的影响

3.2 耐温菌F343与出发菌S9114发酵谷氨酸机理的研究

3.2.1 代谢流分析比较F343与S9114发酵谷氨酸的差异

3.2.2 生物素对F343与S9114发酵谷氨酸的影响

3.2.3 AFLP分析耐温菌株与原始菌株的DNA多态性

结论与展望

致谢

参考文献

附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文