白色链霉菌发酵生产ε-聚赖氨酸的工艺研究

摘要

本文以白色链霉菌为ε-聚赖氨酸(简称为ε-PL)的生产菌，以提高ε-PL的产量为目的，对ε-PL发酵条件和提取工艺进行了研究。研究的主要内容包括：①通过摇瓶发酵对ε-PL生产条件进行初步探索；②在50 L罐上进行分批发酵条件的优化；③补料分批发酵方式的研究；④ε-PL分离提取工艺的初步探讨。主要结果如下： 对ε-PL摇瓶发酵过程中温度、pH和装液量的影响进行研究，为50 L罐分批发酵条件优化奠定基础。对结果进行分析发现，30℃为菌体生长和ε-PL合成最适温度，28℃和30℃对摇瓶发酵结果影响不大，但32℃不利于ε-PL的合成；pH对ε-PL的合成影响显著，pH控制时ε-PL产量从没有控制时的0.89 g/L提高到1.59 g/L；装液量为100 mL，时，发酵液中的溶氧量既有利于菌体生长，又有利于ε-PL的合成，而装液量为150 mL时，最终ε-PL的合成量最小。 在50 L罐中进行发酵条件的优化，菌体生长和ε-PL合成的最适温度为30℃，32℃时菌体生长缓慢，ε-PL的产量不高；pH3.0时，葡萄糖消耗速度较慢，最终残糖浓度仍为20.1 g/L，既不适合菌体生长，也不利于ε-PL的合成，pH4.0为ε-PL合成的最佳pH，最终ε-PL的产量和产率分别为3.05 g/L和0.062 g.ε-PL/g．sub，pH5.0时菌体生成量最大，为12.88 g/L，是菌体生长的最适pH，但pH5.0时ε-PL会出现降解现象；随着搅拌转速提高，溶氧水平也相应提高，有利于菌体生长和ε-PL合成，但发酵前期200 rpm时的溶氧水平足以维持菌体的正常生长，而搅拌转速400 rpm时，由于剪切力的作用会损伤菌丝，导致ε-PL合成受阻。 优化后的条件为：温度30℃，初始pH6．8，通气量1 200 L/h，发酵前期搅拌转速为200 rpm，pH自然下降至4.0，发酵后期搅拌转速为300 rpm，控制pH4.0，经过84.5 h发酵后，ε-PL的产量和得率分别为3.21 g/L和0.065g．ε-PL/g．sub，ε-PL产量较优化前的0.78g/L提高了310％，产率也有较大提高。 采用葡萄糖浓度反馈控制间歇补料培养和pH间接反馈控制流加培养对ε-PL补料分批发酵进行研究，实验结果表明，补料分批发酵明显优于分批发酵，说明补料分批发酵是一种适合Salbulus发酵生产ε-PL的培养方式。此外，pH反馈控制变速流加培养方式要略优于葡萄糖反馈控制间歇补料培养，两种补料培养最后的ε-PL产量、ε-PL得率分别为7.36 g/L和6.53 g/L、0.072g.ε-PL/g.sub和0.068 g.ε-PL/g.sub。而且发酵过程中，由于变速流加葡萄糖对培养基中的基质浓度影响较小，不会造成发酵环境的剧烈变化，能为菌体生长和ε-PL合成代谢提供持续稳定的环境，而间歇补料时由于一次性加入的营养物质浓度和体积较大，对发酵环境的影响较大，不利于细胞内各种代谢的正常进行。对ε-PL提取工艺进行初步研究发现，发酵液预处理过程中，过滤可能会导致ε-PL的损失；选择大孔弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂D152对ε-PL进行粗提取，洗脱剂为0.1 NHCl溶液，洗脱速度为2.5 mL/min时，ε-PL的浓缩倍率为2.29倍，回收率为78.83％；选择活性炭进行脱色，既能达到脱色的目的，又能使ε-PL因吸附作用而导致的损失降低。

目录

文摘

英文文摘

声明

1.前言

1.1课题的研究目的和意义

1.2文献综述

1.2.1天然防腐剂的主要种类

1.2.2 ε-聚赖氨酸的研究进展

1.3本实验研究的技术路线

1.4本课题主要研究内容

2材料与方法

2.1材料

2.1.1菌种

2.1.2培养基

2.1.3试剂

2.1.4相关溶液

2.1.5仪器设备

2.2方法

2.2.1菌种的活化和保藏方法

2.2.2分析方法

2.2.3培养方法

2.2.4 ε-PL提取方法

3结果与讨论

3.1紫外分光光度检测法标准曲线

3.1.1葡萄糖检测标准曲线

3.1.2 ε-PL检测标准曲线

3.2 ε-PL摇瓶发酵条件的优化

3.2.1种子生长曲线

3.2.2 pH对ε-PL摇瓶发酵的影响

3.2.3装液量对ε-PL摇瓶发酵的影响

3.2.4温度对ε-PL摇瓶发酵的影响

3.3 50 L罐ε-PL分批发酵的初步研究

3.3.1 50 L罐中ε-PL分批发酵动力学曲线

3.3.2温度对ε-PL分批发酵的影响

3.3.3 pH对ε-PL分批发酵的影响

3.3.4搅拌转速对ε-PL发酵的影响

3.3.5优化后的ε-PL分批发酵

3.4 ε-PL补料分批发酵研究

3.4.1葡萄糖浓度反馈控制间歇补料培养

3.4.2 pH间接反馈控制变速流加培养

3.4.3两种补料培养方式的比较

3.5 ε-PL提取工艺的初步研究

3.5.1发酵液预处理过程对ε-PL浓度的影响

3.5.2离子交换树脂的选择

3.5.3静态平衡交换容量的测定

3.5.4洗脱曲线的测定

3.5.5脱色剂的选择

4结论与展望

4.1结论

4.2展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果