高產(chǎn)γ-氨基丁酸乳酸菌發(fā)酵條件優(yōu)化及分離純化工藝研究.pdf

1、γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，簡稱GABA）是一種非蛋白質(zhì)組成成份的天然氨基酸，是哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛分布的最重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，具有降低血壓、治療癲病、促進(jìn)生殖、增進(jìn)腦活力、增強(qiáng)記憶、控制哮喘等多種生理功能。GABA作為一種新型功能性因子，正逐漸被廣泛用于醫(yī)藥、食品保健、化工及農(nóng)業(yè)等行業(yè)，因此受到越來越多的科學(xué)工作者的關(guān)注。
　　乳酸菌是一種存在于人類體內(nèi)的益生菌，能夠?qū)⑻妓衔锇l(fā)酵生成乳酸，有

2、幫助消化、有助人體腸道的健康等功能，因此常被視為健康食品?？茖W(xué)家長期研究的結(jié)果證明，以乳酸菌為代表的益生菌是人體必不可少的且具有重要生理功能的有益菌，它們數(shù)量的多和少，直接影響到人的健康與否，直接影響到人的壽命長短。因此，利用乳酸菌生產(chǎn)的GABA能達(dá)到食品安全級(jí)，并可進(jìn)一步豐富乳酸菌作為有益菌的保健功效，具有廣闊應(yīng)用范圍和市場(chǎng)前景。
　　本研究使用短乳桿菌L2菌株生產(chǎn)GABA，并建立一個(gè)反映因素與產(chǎn)量之間的非線性的模型，保證得到M

3、RS培養(yǎng)基最優(yōu)組合，提高GABA產(chǎn)量;有效利用兩種農(nóng)副產(chǎn)品資源培養(yǎng)乳酸菌，高產(chǎn)高效生產(chǎn)食藥用級(jí)的GABA，降低生產(chǎn)成本;最后研究了GABA分離純化的相關(guān)工藝。
　　首先，運(yùn)用Plackett-Burman設(shè)計(jì)對(duì)培養(yǎng)基組成和培養(yǎng)條件進(jìn)行主要影響因素篩選，如培養(yǎng)基碳源、氮源、初始pH值、培養(yǎng)溫度和培養(yǎng)時(shí)間等。在此基礎(chǔ)上通過誤差反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(BPN)和遺傳算法(GA)用來確定GABA產(chǎn)量的最佳發(fā)酵參數(shù)。使GABA產(chǎn)量達(dá)到了27.76

4、5 g/L，比原始培養(yǎng)基的13.452 g/L提高了106.4％。
　　其次，以廉價(jià)的農(nóng)副產(chǎn)品麥麩和小米糠為培養(yǎng)基原料，L-谷氨酸鈉(L-MSG)為合成底物，采用單因素法優(yōu)化發(fā)酵條件（pH值、培養(yǎng)溫度、培養(yǎng)時(shí)間）。結(jié)果表明，適宜的培養(yǎng)條件為:pH4.0，培養(yǎng)溫度30℃，培養(yǎng)時(shí)間72 h。利用D-優(yōu)化設(shè)計(jì)研究對(duì)GABA產(chǎn)量影響較大的3種培養(yǎng)基成分（麥麩、小米糠、L-MSG）之間的交互關(guān)系以及最佳值。利用D-優(yōu)化設(shè)計(jì)建立回歸方程。通過

5、計(jì)算獲得最優(yōu)發(fā)酵培養(yǎng)基組成成分為:麥麩22.454 g/L，小米糠20.000 g/L，谷氨酸鈉57.546 g/L。在優(yōu)化的培養(yǎng)基組合和發(fā)酵條件下，發(fā)酵液中GABA的產(chǎn)量可達(dá)27.2069 g/L，比原始培養(yǎng)基的13.452 g/L提高了102.3％。
　　第三，為了盡可能的獲得高純度的GABA，還對(duì)脫色工藝進(jìn)行了初步研究。考察了6種不同的大孔脫色樹脂和活性炭對(duì)GABA發(fā)酵液的脫色效果，發(fā)現(xiàn)ADS-7具有較好的脫色效果和GABA

6、得率。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了不同因素對(duì)ADS-7脫色效果的影響。確定了ADS-7最佳的脫色條件為:pH5.0，脫色溫度25℃，脫色時(shí)間60 min。在此條件下脫色率達(dá)到95％以上，GABA損失率為7％。最后，通過D001陽離子交換樹脂對(duì)GABA進(jìn)行提取，工藝條件為:上柱發(fā)酵液pH5.0，上柱速度1 BV/h，去離子水和1 mol/L NH3·H2O分步洗脫，取得較好的分離效果。
　　最后，將實(shí)驗(yàn)提取獲得的粉末狀固體采用核磁共振(