聚γ-谷氨酸產(chǎn)生菌枯草芽胞桿菌CCTCC202048的發(fā)酵優(yōu)化與代謝流分析.pdf

1、聚γ-谷氨酸(γ-PGA)是一種多聚氨基酸類多功能生物可降解高分子材料。具有水溶性高，吸附性強(qiáng)，生物相容性好，可食無(wú)害，對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，可作為諸如保水劑、增稠劑、絮凝劑、重金屬吸附劑、藥物/肥料緩釋劑及藥物載體等的原料，在農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥、化妝品，環(huán)保，合成纖維和涂膜等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，是一種極具開發(fā)價(jià)值的天然高分子材料。 本課題采用自主分離的一株產(chǎn)γ-PGA新菌株枯草芽胞桿菌CCTCC202048為研究對(duì)象，以提高γ-

2、PGA的產(chǎn)量和降低成本為目的，在液體發(fā)酵和固體發(fā)酵兩種形式下優(yōu)化其營(yíng)養(yǎng)條件和培養(yǎng)條件。并采用較為新穎的代謝流分析法(MFA)研究該菌的代謝特點(diǎn)，為進(jìn)行菌種的改良和發(fā)酵工藝的優(yōu)化，進(jìn)一步的提高γ-PGA的產(chǎn)量提供一定的理論依據(jù)和思路。 通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法得到了枯草芽胞桿菌CCTCC202048液體發(fā)酵γ-PGA的最優(yōu)培養(yǎng)基組成和培養(yǎng)條件。培養(yǎng)基組成為(g/L)：谷氨酸20-0，葡萄糖80.0，檸檬酸6.0，甘油10

3、.0，玉米漿1.0，NH4Cl7.0，K2HPO4·3H2O0.5，MgSO4·7H2O0.5，F(xiàn)eCl3·6H2O0.04，CaCl2·2H2O0.5，MnSO4·H2O0.052。最優(yōu)培養(yǎng)條件為：消前pH7.5，發(fā)酵溫度37℃，發(fā)酵時(shí)間60h，裝液量20mL(250mL三角瓶)，菌齡10h，接種量1％。最優(yōu)發(fā)酵條件下γ-PGA產(chǎn)量比優(yōu)化前提高了1.14倍。 首次采用固體發(fā)酵的方式進(jìn)行γ-PGA的發(fā)酵生產(chǎn)的研究，通過(guò)單因素試驗(yàn)

4、，完全析因分析試驗(yàn)和響應(yīng)面優(yōu)化的方法確定了固態(tài)發(fā)酵γ-PGA的最優(yōu)培養(yǎng)基配方和培養(yǎng)工藝。最優(yōu)培養(yǎng)基質(zhì)配比為：黃豆餅粉：麩皮=11：9。最優(yōu)添加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的配方為(g/kg干基)：檸檬酸18.50，谷氨酸40.14，NH4NO320.04，MgSO4·7H2O0.5，F(xiàn)eCl3·6H2O0.04，CaCl2·2H2O0.15，MnSO4·H2O0.104。最優(yōu)培養(yǎng)條件為：初始水分65％，初始pH7.5，裝量20g，接種量5％，發(fā)酵溫度40℃

5、，發(fā)酵時(shí)間40h。在優(yōu)化的固體發(fā)酵條件下，γ-PGA的產(chǎn)量達(dá)到83.61g/kg，這一產(chǎn)量比初始培養(yǎng)條件下的產(chǎn)量提高了3.64倍。 采用代謝流分析法對(duì)枯草芽胞桿菌CCTCC202048的代謝進(jìn)行了分析。尋找不同工藝條件下和不同的發(fā)酵時(shí)期代謝流分布的差異，在此基礎(chǔ)上分析了該菌株的代謝特點(diǎn)，并經(jīng)與優(yōu)化代謝流分布圖的比較提出了改進(jìn)方案。經(jīng)分析推測(cè)，γ-PGA中的谷氨酸單體主要來(lái)自外源谷氨酸，氧的供應(yīng)不足是導(dǎo)致液體深層發(fā)酵γ-PGA產(chǎn)量