高产γ-氨基丁酸红曲霉菌株的筛选及发酵条件优化

摘要

γ-氨基丁酸(aminobutyricacid，简称GABA)是一种天然存在的非蛋白质氨基酸，生物合成由谷氨酸经谷氨酸脱羧酶催化脱羧而来。γ-氨基丁酸是哺乳动物中枢神经系统中重要的抑制性神经递质，具有降血压、治疗癫病、镇静安神、增强记忆、控制哮喘、调节激素分泌、促进生殖和活化肝肾等多种生理功能，其制备和应用广受人们的关注与重视。 从1979年日本学者远腾章发现红曲霉产生降压物质之后，国内外学者掀起了红曲霉研究热潮。目前，我国功能红曲霉生产还是普遍存在产量较低、生产成本偏高等问题。原因一方面是培养工艺的不足，另一方面是缺乏优良的红曲霉菌株。因此进行红曲霉的选育研究具有非常重要的现实意义。 本文研究从产GABA的红曲霉菌株选育，得到一株产GABA能力较高的菌株M6-13，研究其生物学特性，通过培养基和发酵条件优化，提高GABA产量。 首先，从自然界中筛选相对高产GABA的红曲霉菌株，最终在红腐乳中筛选到一株红色红曲霉菌株M6，PDA液体摇瓶发酵产量最高3.160g/L，再通过紫外诱变和化学诱变，及遗传稳定性实验，可得到一株遗传性状稳定的菌株M6-13，其GABA产量达到5.527g/L。 其次，对所得菌株进行生物学特性研究。研究发现：红曲霉菌株M6-13菌丝生长温度范围为20℃-42℃，最适生长温度为35℃左右；生长pH范围很广，最适pH值为4.5-5.5；对乙醇的耐受程度为15％，当酒精度超过15％时，其孢子很难萌发生长；红曲霉菌株M6-13有较高糖化力。 再次，通过对培养基组成和摇瓶培养条件进行单因素实验，如培养基碳源、氮源，培养温度、pH值、摇床振荡速度等筛选影响GABA产量的主要因素。在单因素实验的基础上，以培养温度(30℃、33℃、35℃)、初始pH(7.0、6.0、5.0)和摇床速度(90r/min、120r/min、150r/min)为三因素及其水平，GABA产量为指标，对发酵条件整体优化进行L9(33)正交试验，通过正交实验对发酵条件进行整体优化。最佳组合为培养温度35℃、初始pH5.0、摇床速度120r/min，优化发酵条件下GABA的产量提高到7.826g/L。 最后，在摇瓶发酵优化的基础上，进行分批发酵初探，研究表明5.0％的接种量、100L/h通气量适合GABA积累。还对一些低成本农副产品培养基进行了研究，结果表明，使用小麦粉为主要碳源的培养基，在最优条件下进行液体发酵，其GABA产量可以达到12.470g/L。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1 GABA概述

1.1 GABA的结构性质

1.2 GABA是一种非蛋白质氨基酸

2 GABA的生理作用

2.1心血管调节作用

2.2促进生长激素分泌作用

2.3有助于抗衰老

2.4促进生殖

2.5预防肥胖

2.6醒酒功能

2.7消臭作用

2.8其它功能

3 GABA的合成与分解代谢

3.1 GABA代谢途径示意图

3.2生物体内GABA代谢

4 GABA制备

4.1化学合成法

4.2植物组织代谢生物学途径

4.3微生物发酵生产GABA的研究

5微生物发酵制备GABA的影响因素

5.1 pH值

5.2辅酶、抑制剂等

5.3温度

5.4溶氧

5.5底物、补料等

6展望

7立题背景和主要研究内容

7.1立题背景

7.2主要研究内容

7.3技术路线

第二章红曲霉GABA高产菌株的筛选及诱变

1材料

1.1菌株来源

1.2培养基

1.3仪器与药品

2方法

2.1红曲霉菌株的分离

2.2液体发酵培养和产GABA菌株初筛

2.3发酵液中GABA含量的测定

2.4曲霉菌株的鉴定

2.5曲霉菌株诱变处理方法

2.6红曲霉高产GABA菌株的稳定性实验

3结果与分析

3.1红曲霉菌株的分离与纯化

3.2产GABA红曲霉菌株的初筛

3.3菌株的初步鉴定

3.4诱变和菌株筛选

3.5红曲霉高产GABA菌株的稳定性实验

4讨论

第三章 高产GABA红曲霉菌株M6-13生物学特性

1材料与仪器

1.1菌种

1.2培养基

1.3仪器与药品

2实验方法

2.1温度对孢子萌发的影响

2.2生长温度范围实验

2.3最适生长温度实验

2.4耐乙醇试验

2.5耐pH值实验

2.6糖化力测定

2.7傅里叶变换红外光谱测定

3结果与分析

3.1温度对孢子萌发的影响

3.2生长温度范围

3.3最适生长温度

3.4耐乙醇实验

3.5耐pH值实验

3.6糖化力

3.7傅里叶变换红外光谱分析

4讨论

第四章 高产GABA红曲霉菌株M6-13摇瓶发酵优化

1材料

1.1菌种

1.2培养基

1.3仪器设备及药品

2方法

2.1培养基等单因素实验

2.2发酵条件正交实验

3结果与分析

3.1培养基和发酵条件优化单因素轮换实验

3.2发酵条件优化正交实验

4讨论

第五章红曲霉菌株M6-13间歇分批发酵产GABA初探

1材料

1.1菌种

1.2培养基

1.3仪器与药品

2方法

2.1发酵工艺

2.2发酵培养

2.3发酵条件分析指标测定方法

2.4农副产品培养基分批发酵

3结果与分析

3.1上罐发酵红曲霉菌株M6-13菌丝球的形态特征

3.2部分发酵参数与GABA生成的表征关系

3.3通气量、接种量对GABA产量的影响

3.4农副产品培养基分批发酵

4小结与讨论

第六章小结与建议

1小结

2建议

附图：红曲霉菌株M6-13的部分外观特征

参考文献

致谢

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