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裂殖壶菌高密度发酵和农副产品处理液利用

任淑东  
【摘要】:二十二碳六烯酸(DHA)具有促进婴儿智力视力发育、预防阿尔兹海默症等重要的生理功能,裂殖壶菌由于DHA含量高、生长快、易于培养等优点成为目前DHA的主要生产菌株。目前中国DHA生产还存在发酵调控不精确、生物质密度偏低的问题,而且发酵所用培养基主要是葡萄糖,这对于生产含DHA食品来说成本尚可接受,但对市场规模更大的饲料来说,成本过高。为解决以上问题,本文对裂殖壶菌不同生长阶段条件进行了优化,实现了高密度发酵,并将玉米浸泡液和马铃薯水解液等农副产品处理液用做发酵原料,为进一步降低发酵成本提供了可能。为了确定适合裂殖壶菌种子生长、生物质生长和DHA积累的最优条件,通过单因素实验对碳源、氮源、无机盐、温度等进行了探究。结果表明20-40 g/L葡萄糖是裂殖壶菌种子生长的理想浓度。酵母浸粉浓度在5-20 g/L之间时对裂殖壶菌种子生长影响没有明显差别。作为无机氮源的铵离子对裂殖壶菌生长影响较大,在0.2-4 g/L范围内,浓度越高,细胞密度越低。总氮浓度为0.5 g/L时可形成氮限制,细胞可积累超过20%(DCW,w/w)的DHA。在相同氮源浓度下,有机氮源与无机氮源比例为7:3时有利于裂殖壶菌种子快速增殖。碳氮比为12:1时适合细胞增殖,而55:1时适合菌体生长及积累DHA。30℃最适合裂殖壶菌种子生长,25℃和35℃虽能达到相同水平但有滞后期。在单因素实验的基础上,设计了三种高密度发酵工艺。结果表明按照碳氮比补料发酵结果良好,在84 h细胞干重为105 g/L,DHA最高占干重的14.3%,在100 h得到最高细胞干重为115 g/L,DHA占细胞干重12.6%,但这种工艺培养基复杂,且不易形成有效的氮限制;按照p H补料发酵虽然操作简单,但有时出现p H不下降而造成无法按预期补料的问题,在120 h时细胞干重仅为73.5 g/L,DHA含量占干重12.2%,且未形成氮限制;按照氮源消耗速率补料发酵具有操作简单的优势,本研究尝试了三种氮源补入速率,获得最高细胞干重分别为133 g/L、145 g/L和153 g/L,DHA含量分别为14.4%、4.3%和21.2%,这种工艺补料培养基种类少,且发酵密度高、DHA含量高,而且第三种补入速率形成有效氮限制,是较理想的发酵工艺。利用摇瓶实验对利用玉米浸泡液和马铃薯水解液为原料培养裂殖壶菌进行了探索,证明了这两种原料可以为其生长提供碳源及氮源,之后根据确定的高密度发酵工艺,按照玉米浸泡液和马铃薯水解液不同的性质,在此发酵工艺中进行相应的改进,最终确定高密度发酵工艺。利用玉米浸泡液进行的高密度发酵,其最高干重为97.6 g/L,DHA含量为12.2%。利用马铃薯水解液高密度发酵最高细胞干重为123 g/L,DHA含量为12.0%,实现了裂殖壶菌利用这两种农副产品处理液进行高密度发酵的目标。本研究所确定的发酵工艺可以用于现实生产,实现高密度发酵。而利用农副产品处理液进行高密度发酵的过程有望实现DHA生产成本的进一步降低,为实现含DHA饲料的经济性提供了新的途径。


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