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《华中农业大学》 2013年
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地衣芽胞杆菌MEL-02高产聚γ-谷氨酸工艺放大及代谢分析

高立  
【摘要】:聚γ-谷氨酸(poly y-glutamic acid,γ-PGA)是可经微生物合成的一种谷氨酸同聚物,以其高附加值特性在医药制造、环境治理、轻化工及农业等领域具有广泛的应用前景。为提高γ-PGA发酵产率、降低原料成本,本研究在前期单一指标正交试验得到的培养基基础上,综合多个优化指标对地衣芽胞杆菌MEL-02发酵γ-PGA的主要底物进行再优化,得到更经济高效的发酵培养基(g/L):谷氨酸钠30,葡萄糖90,二水合柠檬酸钠10.0,NaNO3 10.0, K2HPO4 0.5, MgSO4·7H2O 0.5, FeCl3·6H2O 0.04, CaCl2·2H2O 0.15, MnSO4·H2O 0.104.优化后配方主要原料谷氨酸钠用量降低63%,产率由0.95 g.L-1·h-1提高到1.27 g.L-1·h-1,随后在180 L发酵罐上实现放大,且谷氨酸钠用量进一步减少为20g/L。为明确γ-PGA发酵中的糖代谢流分布,构建了地衣芽胞杆菌MEL-02代谢合成γ-PGA的代谢网络,通过比较分批发酵代谢流模拟结果与实验检测数据,发现了主要副产物2,3-丁二醇的存在,其在分批发酵中的终浓度高达26.44 g/L,并分析了2,3-丁二醇路径在γ-PGA发酵过程中调节pH和维持还原力平衡的生理功能。优化了γ-PGA补料发酵策略,以恒定发酵过程50 g/L葡萄糖浓度的策略最佳,产量达40.80g/L,比分批发酵提高15%。综合分析分批发酵和补料发酵中γ-PGA合成代谢流的变化,发现糖浓度改变,只是从网络的上游改变糖耗通量,而由于能量平衡的调控,这并不能使丙酮酸和α-酮戊二酸节点同时到达最佳的代谢流分配效果。同时优化了2,3-丁二醇与γ-PGA联产发酵培养基,得到最优配方为(g/L):谷氨酸钠40,葡萄糖150,二水合柠檬酸钠10.0, NaNO3 10.0, K2HPO4 0.5, MgSO4·7H2O 0.5, FeCl3·6H2O 0.04, CaCl2·2H2O 0.15, MnSO4·H2O 0.104。优化后分批发酵的联产产量为γ-PGA 52.20 g/L和2,3-丁二醇73.68 g/L,分别比优化前提高47%和179%,总产物对糖的表观得率由0.68g/g提高到0.89g/g。
【学位授予单位】:华中农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TQ920.6

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