短乳杆菌NCL912连续培养生产γ-氨基丁酸研究

摘要

γ-氨基丁酸(γ-amino butyric acid,GABA)是一种天然存在的非蛋白氨基酸,具有重要的生理活性,在医药、食品等行业具有广泛的应用前景。本研究以短乳杆菌NCL912作为生产菌株,建立了短乳杆菌NCL912连续培养方法用于GABA的生产。在连续培养条件下,对短乳杆菌NCL912的发酵动力学、菌体生长和GABA.产物合成特性进行了研究,为菌株的连续培养和GABA的生产提供了可行的技术路线以及理论基础。主要研究结果如下:
　　 1、建立了预染薄层色谱方法用于发酵过程GABA合成的监测。对传统薄层色谱进行改进,直接将茚三酮加入展开剂中,色谱分析步骤减少为点样、展开和显色三个步骤。实验表明,改进的方法适用于22种天然氨基酸的检测,并且能用于发酵液中GABA检测和分离。与传统薄层色谱相比,预染薄层色谱方法简便有效。
　　 2、首次成功建立了短乳杆菌NCL912连续培养生产γ-氨基丁酸的方法。在32℃、oH5.0、150 r／min条件下,通过考察不同稀释率(0.06、0.08、0.10、0.12和0.14 h-1)时,连续培养体系中菌体浓度、葡萄糖利用和GABA产量三项指标的变化,研究了稀释率对连续培养的影响。结果表明:当稀释率为0.06和0.14 h-1时,培养不能达到稳态；当稀释率为0.08、0.01及0.12 h-1时,反应体系均能进入稳态。短乳杆菌NCL912连续培养方法能够实现GABA的连续、高效生产。
　　 3、在稀释率为0.08、0.09、0.10、0.11和0.12 h-1条件下,对短乳杆菌NCL912连续培养动力学进行了研究。葡萄糖限制条件下的菌体生长动力学模型为:μ=0.1235CS／0.9335+CS;μm=0.1235h-1,KS=0.9335g／L。GABA合成动力学模型为:QGABA=6.863g／g-cell·h,说明GABA的合成不受菌体生长速率影响,只与反应体系中菌体浓度有关。
　　 4、在稀释率为0.08、0.09、0.10、0.11和0.12 h-1条件下,对连续培养发酵体系下的菌体生长和GABA产物合成特性进行了研究。结果表明:与分批发酵相比,连续培养可以显著提高菌体产率和GABA的合成效率。在连续培养体系中,稀释率为O.11 h-1时,菌体产率达最大值83.5 mg／L·h；葡萄糖／MSG需求比在一定范围内波动,直到高稀释率(0.12 h-1)时大幅下降；在GABA合成方面,0.09h-1是较为适宜的稀释率,此时,GABA产量和产率分别达到最大值56.7423 g／L和5.1068 g／L·h。