腐霉发酵生产EPA的过程控制研究

【摘要】：二十碳五烯酸(Eicosapentaenoic acid,EPA)是一种重要的多不饱和脂肪酸,具有降低血液粘稠度、预防动脉粥样硬化、预防心血管疾病、抗癌、抗炎等多种生理功能,在医药、食品以及化工行业已得到广泛地应用。本文以腐霉D283菌株为研究对象,研究了其EPA发酵过程特征,并进行了相应的高产EPA发酵过程优化控制,取得了如下研究结果: (1)研究了EPA发酵过程中的菌体生长速率和EPA合成速率等动力学参数的特征,提出了以葡萄糖浓度、溶氧、pH为主要阶段控制参数的分阶段培养策略,并对不同阶段的控制方案进行了优化。通过阶段控制,生物量和EPA产量分别达到14.32 g/L和0.554 g/L,比进行分阶段控制前各提高了8%和15.4%。 (2)进行了EPA摇瓶高密度发酵研究,发现适当补充豆油、增加通气量和流加碳源等分别有助于提高菌体密度、EPA含量和产量,其中,添加2.5%(W/V)的豆油能促进菌体积累,发酵后期提高通气量可提高EPA含量;研究还发现,以菌体最大生长速率对应的发酵时间为补糖起点,以120 ml/h的流加速率,流加30%(W/V)葡萄糖溶液300 ml,此方案得到菌体量和EPA产量分别为24.4 g/L和0.78 g/L,比不流加葡萄糖各提高38.65%和16.4%。 (3)本文通过对腐霉D283生产的微生物油脂成分进行GC-MS检测,初步推测了该菌株进行EPA合成的途径,确定了该菌株EPA合成途径的关键酶:(Δ12-desaturase,D12和Δ15-desaturase,D15),并初步推断该菌株具有罕见的Δ18-desaturase。 (4)开展了EPA低温发酵研究,结果显示:发酵结束后的发酵液在8℃下,摇瓶转速为150 rpm条件下,继续发酵4天,EPA产量达到0.702 g/L,比低温发酵前提高了18.4%;而发酵结束后的发酵液,在9.0℃下,向培养液中添加终浓度为20.3 g/L的乙醇、3.9 g/L的硝酸钠, EPA产量可达到0.846 g/L,比不做低温处理的提高了25.52%。