地衣芽胞杆菌补料发酵及硝酸盐还原生理功能的研究

【摘要】：聚γ-谷氨酸(γ-PGA)作为一种微生物合成的水溶性可生物降解的氨基酸高分子聚合物,可以广泛地应用于医药、食品、轻化工、环保和农业等领域。高水平的发酵技术是提高y-PGA生产效率、降低其成本及扩大γ-PGA应用的关键环节。这个环节目前主要面临两个问题：其一,γ-PGA发酵水平不高；第二是发酵过程中高粘度体系所引起的溶氧水平下降。本文研究了地衣芽胞杆菌(Bacillus licheniformis)WX-02分批补料γ-PGA发酵技术及氧电子受体的潜在替代物——硝酸盐对其发酵的影响。 考察初始葡萄糖浓度对γ-PGA发酵的影响,得到最适的葡萄糖浓度为70 g/L进一步优化得到摇瓶中葡萄糖补加方案,即初始葡萄糖浓度为70 g/L,发酵至15h补加15 g/L葡萄糖,将其在3L发酵罐进行验证,结果如下：生物量和γ-PGA产量分别为3.9 g/L和44.5 g/L,与对照相比分别提高了56%和50%；谷氨酸利用率达45.7%,而对照中仅为30.0%。 同时,培养基中最适硝酸钠浓度为10 g/L,生物量和γ-PGA产量可分别达到3.3g/L和31.0 g/L；优化的摇瓶中硝酸钠补加方案为：初始硝酸钠浓度为10 g/L,发酵至12h补加5g/L硝酸钠,将其在3L发酵罐验证,生物量达到4.5 g/L,与对照相比提高50%；γ-PGA产量最大值为38.7 g/L,与对照相比提高了15%。 进一步考察了6种氨基酸和6种有机酸及甘油对γ-PGA发酵的影响,发现它们都能提高γ-PGA产量,其中20 g/L甘油、5g/L乳酸和2.5 g/L琥珀酸的效果最好,γ-PGA产量分别提高了49%、38%和35.5%。 另外,研究了硝酸盐还原对B. licheniformis WX-02发酵生产γ-PGA生理功能的影响,发现在加有硝酸钠的培养基中,其生物量在稳定期与对照相比OD600提高了1.9,粘度提高了3倍,谷氨酸的利用率由47.1%提高到76.5%,γ-PGA最终产量提高了130%。硝酸钠的加入使糖酵解和TCA循环关键代谢产物丙酮酸含量明显增加；同时,代谢副产物甲酸、乙酸和乳酸在发酵终点的浓度也分别比对照提高了2.20倍、1.12倍和0.23倍。测定发酵过程中pH的变化则表明,加有硝酸钠的培养基中有机酸大量产生,但并未使培养基的pH大范围降低。发酵后期,加硝酸钠处理组中pH反而略高于对照,说明硝酸盐还原对发酵体系具有一定的调节作用。酶活性测定结果则表明,B. licheniformis WX-02在发酵过程中自然表达了硝酸还原酶,且硝酸盐的加入增强了硝酸还原酶活性,强化了硝酸盐的还原作用。

【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TQ920.6