基于生理特性解析的2-酮基-L-古龍酸發(fā)酵工藝研究.pdf

1、本論文以胞外大量積累2-酮基-L-古龍酸(2-KLG)的維生素C生產菌株普通生酮古龍酸菌(Ketogulonicigenium vulgaer)WSH-001和巨大芽孢桿菌(Bacillus megaterium)WSH-002組成的混菌體系為研究對象,以提高2-KLG生產效率為目標,研究了高滲條件下混合菌系細胞生長和代謝特征,氨基酸對2-KLG生產的作用以及關鍵氨基酸種類的確定,提出用廉價明膠代替L-甘氨酸和L-脯氨酸作用的策略,并進

2、行1 m3攪拌罐和200 m3氣升發(fā)酵罐放大實驗,成功地實現(xiàn)了維生素C生產效率的提升。主要研究結果如下:
　　 (1)在詳細考察了2-KLG工業(yè)化生產過程中滲透壓變化規(guī)律的基礎上,研究了高滲對混合菌系細胞生長和2-KLG合成的影響,提出蔗糖促進伴生菌巨大芽胞桿菌生長,進而促進普通生酮古龍酸菌生長和產酸的策略。結果表明,2-KLG的積累和堿性物質(Na2CO3)的流加使?jié)B透壓上升了832 mOsmol/kg;高滲抑制了巨大芽胞桿菌

3、的生長(15.40％),從而抑制普通生酮古龍酸菌(31.7％)的生長,導致2-KLG產量和生產強度分別下降67.5％和69.3％(以1250 mOsmol/kg為例);蔗糖的添加則顯著促進巨大芽胞桿菌的生長,使高滲條件下(搖瓶,1250 mOsmol/kg)2-KLG產量(40.6 g/L)提高87％;在3L發(fā)酵罐中,補加10 mmol/L蔗糖使2-KLG發(fā)酵周期縮短10.8％,2-KLG生產強度提高10.4％。
　　 (2)利

4、用蛋白質組學、基因組學技術并結合不同批次玉米漿(CSL)對2-KLG生產的影響,確定了影響2-KLG生產的關鍵氨基酸種類。結果表明,巨大芽孢桿菌裂解液使普通生酮古龍酸菌L-絲氨酸、L-蘇氨酸、L-色氨酸、L-甲硫氨酸、L-異亮氨酸、L-纈氨酸、L-苯丙氨酸以及L-谷氨酰胺合成途徑中相關的蛋白(酶)表達上調;普通生酮古龍酸菌L-組氨酸、L-甘氨酸、L-賴氨酸、L-蘇氨酸、L-甲硫氨酸、L-亮氨酸和L-異亮氨酸從頭合成途徑不完全;在搖瓶分批

5、發(fā)酵添加關鍵氨基酸L-甘氨酸、L-脯氨酸和L-蘇氨酸時,發(fā)酵周期分別縮短至58 h(縮短17.1％),62 h(縮短11.4％)和60 h(縮短16.7％),2-KLG生產強度分別達1.12±0.02 g/L/h(提高20.4％),1.04±0.01 g/L/h(提高11.80％)和1.09±0.02 g/L/h(提高17.2％)。
　　 (3)詳細分析了明膠的組成成分,提出用廉價明膠代替L-甘氨酸和L-脯氨酸作用的策略,并將實

6、驗結果在1 m3和200 m3發(fā)酵罐上進行放大。結果表明,明膠中對2-KLG發(fā)酵有顯著促進作用的關鍵氨基酸-L-甘氨酸和L-脯氨酸在明膠中的質量分數(shù)占34.21％;在1 m3攪拌罐上用明膠代替L-甘氨酸和L-脯氨酸的作用時,2-KLG發(fā)酵周期縮短至43 h(縮短15.6％),2-KLG產酸速率提高到1.89 g/L/h(增加25.2％);在200 m3氣升發(fā)酵罐上進行明膠生產試驗,發(fā)酵周期縮短至55 h(縮短8％),2-KLG產量達到1