產(chǎn)γ-氨基丁酸的乳酸菌菌株選育及其發(fā)酵條件優(yōu)化.pdf

1、γ-氨基丁酸(γ-aminobutyricacid,簡稱GABA,也稱氨酪酸)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)一種重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，本文對產(chǎn)GABA的菌種選育和發(fā)酵過程進行了初步研究。 從鮮奶中分離得到一株產(chǎn)GABA的乳酸菌株hjxj-01，經(jīng)初步鑒定為短乳桿菌。實驗結(jié)果表明，此乳酸菌細胞具有合成GABA的能力。在此基礎(chǔ)上，先后使用了紫外線和γ射線對出發(fā)菌株進行了誘變處理。最終得到一株高產(chǎn)突變株hjxj-08119，經(jīng)連續(xù)傳代12次，遺傳性狀

2、穩(wěn)定，GABA平均產(chǎn)量達到17g/L，較出發(fā)菌株hjxj-01提高142.9％。 運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合粒子群算法，對乳酸菌產(chǎn)GABA的搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)條件進行了優(yōu)化。以Plackett-Burman設(shè)計對15個相關(guān)影響因素進行評價，并從中篩選出具有顯著正效應(yīng)的葡萄糖、L-谷氨酸鈉(L-glutamicacidsodium，簡稱為L-MSG)和四水硫酸錳等三個因素，并通過逐一單因素實驗確定這三個因素的合適取值區(qū)域。按照Hybrid設(shè)計，選

3、取11組訓(xùn)練樣本來建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Artificialneuralnetwork,簡稱ANN)模型，結(jié)果表明，Hybrid設(shè)計選取樣本比隨意取樣更合理，所建立的模型準確可靠，預(yù)測的平均誤差為2.37％。最后依賴于模型由粒子群算法(Particleswarmoptimization，簡稱PSO)進行全局搜索尋優(yōu)得到最優(yōu)培養(yǎng)條件。在優(yōu)化后的條件下，GABA積累濃度達到33.4g/L，較優(yōu)化前提高96.5％，同網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測相比，誤差僅為1.

4、49％。 優(yōu)化了乳酸菌hjxj-08119產(chǎn)GABA的間歇發(fā)酵培養(yǎng)條件。首先對谷氨酸代謝流量分布進行估算，用來決定理論上控制哪幾步局部代謝反應(yīng)步驟對優(yōu)化是有利的。研究發(fā)現(xiàn)，從谷氨酸轉(zhuǎn)化為GABA和GABA轉(zhuǎn)化琥珀酸這兩步局部途徑對GABA的摩爾得率和積累速率有重要影響。接著對可能影響途徑相關(guān)酶(谷氨酸脫羧酶、GABA轉(zhuǎn)氨酶和琥珀酸半醛脫氫酶)活性的23個因素做了進一步優(yōu)化研究。通過Packett-Burman設(shè)計、Hybridd

5、esigns、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和PSO等優(yōu)化方法分析得知，F(xiàn)eCl3和磷酸吡哆醛(pyridoxalphosphate，簡稱PLP)濃度，以及pH值對GABA的摩爾得率有重大影響，當(dāng)間歇發(fā)酵20時控制這三個變量水平為：pH=5.08、c(FeCl3)=5.1(mmol/L)、c(PLP)=0.71(mmol/L)，發(fā)酵20h至40h的GABA摩爾得率和積累速率將分別提高了13.1％和45.9％。另外，以優(yōu)化得到的間歇發(fā)酵條件為基礎(chǔ)，分批補料