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裂殖壶菌利用混合碳源发酵生产DHA的研究

李婧  
【摘要】:二十二碳六烯酸(22:6 n-3)(DHA)是一种重要的多不饱和脂肪酸,在生物体内发挥着独特的生理功能,近年来受到广泛关注。微生物发酵法生产出的DHA避免了传统鱼油来源存在的诸多问题,容易实现大规模生产,具有广阔的应用前景。裂殖壶菌(Schizochytrium)作为藻油DHA的主要来源之一,已经成为单细胞油脂(Single Cell Oil,SCO)领域的研究热点。裂殖壶菌属于异养型微生物,葡萄糖和甘油是Aurantiochytrium limacinum SR21发酵生产DHA的良好碳源。传统工业化生产藻油DHA主要应用葡萄糖,成本非常高。近年来随着生物柴油等工业的发展,产生了大量廉价粗甘油。利用粗甘油取代葡萄糖培养裂殖壶菌生产DHA已经成为研究热点。本研究旨在建立一种A.limacinum SR21以葡萄糖和甘油为混合碳源高效生产DHA的方法,为提高发酵水平、降低DHA生产成本提供新思路。首先,本文在摇瓶中比较了两种碳源分别发酵A.limacinum SR21生产DHA的特点。100 g/L葡萄糖经4天发酵可获得生物量39.27 g/L,总脂占干重含量66.58%,DHA占总脂肪酸含量41.23%。菌体生长速度快、总脂含量高。100 g/L甘油经6天发酵最终可获得生物量36.34 g/L,总脂和DHA含量分别为62.40%和47.37%,有助于DHA的积累,DHA品质较好。其次,本文建立了3种混合碳源摇瓶优化方案:(1)初始葡萄糖进料,葡萄糖有剩余时补加甘油;(2)初始葡萄糖进料,葡萄糖耗尽后补加甘油;(3)初始葡萄糖进料,中期添加少量甘油调整碳源代谢,之后补加甘油。结果显示当葡萄糖与甘油共存且含量均较多时,裂殖壶菌生长和脂质积累会受到抑制。经过条件优化,最佳混合碳源发酵策略为初始30 g/L葡萄糖进料,第3天补加40 g/L葡萄糖和10 g/L甘油,第4天补加20 g/L甘油。经过5天发酵,生物量达41.73 g/L,总脂63.85%,DHA 48.51%,DHA产量达12.93 g/L,比葡萄糖和甘油单一碳源发酵分别提高了19.94%和20.39%。最后,将摇瓶优化的发酵策略应用于5 L发酵罐补料分批培养。即发酵前48 h以葡萄糖为碳源,48-60 h作为双碳源调整期,60 h之后全部流加甘油完成发酵。经过96 h培养,可获得生物量88.32 g/L,总脂产量74.05 g/L,DHA产量32.36 g/L,DHA生产效率(337.1 mg/L/h)显著高于葡萄糖单一碳源发酵(292.5 mg/L/h)。随后进一步探究了阶段溶氧策略对DHA生产能力的影响。最终结果表明恒定300 rpm转速,90 L/h通气速率的持续低溶氧状态最有利于DHA的生产。本研究通过混合碳源发酵策略,既利用了葡萄糖对生长速度和总脂积累的促进作用,又结合了甘油发酵DHA含量高的优势,显著提高了A.limacinum SR21的DHA生产能力,较葡萄糖单一碳源发酵提高了15.25%,显示出良好的操作性和十分可观的DHA生产效率。


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