酿酒酵母流加发酵同时生产S-腺苷-L-蛋氨酸和谷胱甘肽的研究

摘要

SAM和GSH是细胞内具有重要生理功能的小分子.由于SAM和GSH在酿酒酵母细胞内的代谢途径密切相关,我们设计了一种在酿酒酵母细胞内同时生产这两种胞内小分子的策略.该论文的主要目标是提高SAM和GSH的生产能力.首先,为了精确控制发酵液中葡萄糖的浓度,构建了一个基于进料物总质量的流加控制系统;接着,为提高SAM和GSH的生产效率,开发出了一个两阶段流加策略.指数流加阶段主要用于减少发酵过程中乙醇的生成,提高细胞的密度.为此,对初始培养基进行了优化.采用优化后的培养基,细胞密度、SAM和GSH的产量分别达到了8.77g/L,0.81g/L和105g/L.然而,由于转化阶段部分葡萄糖以发酵途径代谢生成大量乙醇,使得SAM和GSH对葡萄糖的得率相对较低,分别为0.039和0.0035.为减少转化阶段乙醇的生成和提高SAM和GSH对葡萄糖的得率,转化阶段采用恒速流加策略以提供SAM和GSH合成所必须的能源和前体物质.采用恒速流加策略减少了乙醇的生成,SAM和GSH对葡萄糖的得率分别达到了0.048和0.0038.在此基础上,为进一步提高SAM和GSH的生产效率,尝试了重复流加的操作方式.在单批流加发酵结束后,反应器中细胞的比生长速率约维持在0.08 h-1左右.在5.0 L的反应器中,单批流加发酵结束后,放掉部分发酵液使反应器内剩余发酵液2.0 L,以24.7g/h的速率恒速流加葡萄糖,使细胞密度提高了3倍,使SAM和GSH的生产效率分别提高了5倍.另外,还构建了一个室模型来描述酿酒酵母流加发酵生产SAM和GSH过程.模型的模拟结果与实验数据吻合良好.

目录

文摘

英文文摘

第一章文献综述

1.1引言

2.1 SAM的医药用途

2.1.1用于关节病治疗[6]

2.1 2抗抑郁功能[7,8]

2.1.3用于肝病治疗[9,10]

2.2 SAM的稳定性

2.3有关SAM合成酶的代谢与基因工程研究

2.4 SAM生产方法

2.4.1化学合成

2.4.2酶法合成

2.4.3生物转化

2.5 SAM的定量分析

2.6谷胱甘肽的性质、用途和生产方法

2.6.1结构与性质

2.6.2功能与应用

2.6.3主要生产方法

2.6.4发酵工艺的研究进展

2.7流加发酵及其控制

2.7.1 引言

2.7.2流加物质的种类

2.7.2流加策略及其控制

2.8拟研究内容和方向

第二章材料与方法

2.1实验材料和实验过程

2.1.1菌种及保存

2.1 2标准品

2.1.3培养及转化基质

2.1.4培养转化条件

2.2分析方法

2.2.1细胞干重的测定

2.2.2 SAM的定量分析[45]

2.2.3葡萄糖浓度的测定

2.2.4谷胱甘肽的测定[114]

2.2.6乙醇的测定

2.2.7蛋氨酸定量分析[115]

2.2.8发酵液中氨态氮的测定方法[116]

2.2.9其他

第三章流加发酵控制系统的构建

3.1引言

3.2硬件与软件

3.2.1硬件

3.2.2软件

3.3控制系统模型

3.4控制系统的编程以及操作界面

3.5流加控制结果与讨论

3.6本章小结

第四章酿酒酵母流加发酵生产SAM辅产GSH

4.1引言

4.2比生长速率的选择和优化

4.3转化阶段PH波动对SAM生产的影响

4.4流加酵母提取物对SAM和GSH生产的影响

4.5转化阶段蛋氨酸的加入方式对SAM和GSH生产的影响

4.6初始间歇培养基的改良

4.7转化阶段流加策略的改进

4.8本章小结

第五章酿酒酵母流加发酵同时生产SAM和GSH动力学模型

5.1引言

5.2酿酒酵母合成SAM和GSH的代谢途径

5.3模型建立

5.3.1模型描述

5.3.2反应方程

5.4结果与讨论

5.5本章小结

5.6参数符号说明

第六章酿酒酵母周期流加发酵同时生产SAM和GSH

6.1引言

6.2重复流加发酵条件优化

6.2.1重复流加操作方式的选择

6.2.2重复流加操作流加速率的优化

6.3重复流加操作模式与单批流加操作模式的比较

6.4本章小结

第七章结论及展望

7.1结论

参考文献

致谢

附录一：指数流加控制程序

附录二：求微分方程组的参数程序

附录三：求微分方程的积分程序