發(fā)酵法生產(chǎn)L-異亮氨酸的優(yōu)化與控制策略研究.pdf

1、L-異亮氨酸作為人體八種必需氨基酸之一和三種支鏈氨基酸之一，由于它特殊的結(jié)構(gòu)和功能在人體生命代謝中具有重要作用，它是合成激素、酶類(lèi)等的原料，具有促進(jìn)蛋白質(zhì)合成并可以抑制其分解的作用。L-異亮氨酸已被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)、生物醫(yī)藥、化妝品、組織工程、光化學(xué)、電化學(xué)等領(lǐng)域。目前，L-異亮氨酸也已大量用于飼料添加劑以及添加到飲料中生產(chǎn)功能性飲料。
　　 本論文以一株可以在細(xì)胞外積累L-異亮氨酸的乳糖發(fā)酵短桿菌(Brevibacteriu

2、mlactofermentation)作為生產(chǎn)菌株，以進(jìn)一步提高L-異亮氨酸的產(chǎn)量、底物轉(zhuǎn)化率和生產(chǎn)強(qiáng)度為目標(biāo)，對(duì)L-異亮氨酸發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行了一系列優(yōu)化。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　　 (1)采用DO-stat流加控制培養(yǎng)策略，研究了溶氧濃度20％、30％、35％和40％對(duì)B．lactofermentation分批發(fā)酵生產(chǎn)L-異亮氨酸的影響，結(jié)果表明溶氧濃度控制在20％時(shí)，L-異亮氨酸的產(chǎn)量較高，為24.3g/L，與對(duì)照相比提高了

3、15.7％，但12.2％的糖酸轉(zhuǎn)化率較分批發(fā)酵低。為提高細(xì)胞對(duì)葡萄糖的利用率，在DO-stat流加發(fā)酵的基礎(chǔ)上，提出了快速補(bǔ)料分批發(fā)酵的策略，結(jié)果表明在36h和52h分別添加150mL的新鮮培養(yǎng)基，發(fā)酵液中殘留葡萄糖量下降，L-異亮氨酸產(chǎn)量為26.0g/L，比對(duì)照提高了7.0％，且糖酸轉(zhuǎn)化率也有提高，為13.0％。在DO-stat流加發(fā)酵的基礎(chǔ)上，考察了不同初始葡萄糖濃度對(duì)L-異亮氨酸合成的影響，在葡萄糖濃度80g/L的條件下，細(xì)胞生長(zhǎng)

4、較快，糖耗也快，最先進(jìn)入DO-stat流加控制培養(yǎng)，葡萄糖濃度140g/L的條件下最后進(jìn)入流加階段，最終L-異亮氨酸產(chǎn)量較高，為26.2g/L，但糖酸轉(zhuǎn)化率較低，綜合考慮，初始葡萄糖濃度還是選擇100g/L。
　　 (2)研究了發(fā)酵中后期恒定不同葡萄糖濃度條件下L-異亮氨酸的合成情況，發(fā)現(xiàn)不同葡萄糖濃度對(duì)L-異亮氨酸的合成影響有明顯差異，其中，葡萄糖濃度恒定在20g/L時(shí)，L-異亮氨酸的產(chǎn)量較高，為26.8g/L。通過(guò)分析不同條

5、件下L-異亮氨酸的比合成速率曲線(xiàn)，提出了分階段控制葡萄糖濃度的策略，即采用24h～48h葡萄糖濃度控制在20g/L，48h～68h葡萄糖濃度控制在5.0g/L的兩階段葡萄糖濃度控制策略，穩(wěn)定期后細(xì)胞濃度比分批發(fā)酵有提高，大約42.5左右，L-異亮氨酸的產(chǎn)量較高，為31.6g/L，比葡萄糖濃度恒定在20g/L的水平提高了17.91％，糖酸轉(zhuǎn)化率以及生產(chǎn)強(qiáng)度均有所提高，分別為13.8％和0.465g/(L·h)。
　　 (3)在搖瓶

6、水平上考察了生物素、VB1、蛋氨酸以及檸檬酸鈉4種物質(zhì)對(duì)L-異亮氨酸產(chǎn)量的影響，影響順序?yàn)榈鞍彼幔糣B1＜生物素＜檸檬酸鈉，其中，檸檬酸鈉濃度為4.0g/L時(shí)，對(duì)L-異亮氨酸的合成促進(jìn)作用最明顯，為11.4g/L，比對(duì)照提高了19.75％。并在3L發(fā)酵罐中進(jìn)一步研究了添加4.0g/L檸檬酸鈉對(duì)L-異亮氨酸發(fā)酵的影響，結(jié)果表明檸檬酸鈉的添加對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)影響不大，但溶解氧及葡萄糖的消耗速率均被減弱，L-異亮氨酸的合成速率在很大程度上得到提高，