γ-聚谷氨酸發(fā)酵關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、γ-聚谷氨酸（γ-PGA）是微生物合成由谷氨酸單體縮合形成的高聚物，單體間以酰胺鍵相互連接，具有多種優(yōu)良特性，如無毒、生物可降解、生物相容、強(qiáng)溶于水等，廣泛用于食品、環(huán)保、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。本文從γ-PGA生產(chǎn)菌的誘變選育和發(fā)酵過程優(yōu)化展開研究，以期提高γ-PGA產(chǎn)率。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用ARTP技術(shù)對出發(fā)菌株L13進(jìn)行誘變處理，誘變條件為：處理距離2 mm、最佳處理時間300 s、樣品加量10μL、通氣量10SLM。以不產(chǎn)

2、生脂肽和γ-PGA高產(chǎn)作為篩選標(biāo)準(zhǔn)，從突變庫中篩選獲得一株性能優(yōu)良的突變株ZF5。通過搖瓶發(fā)酵與5L罐分批發(fā)酵驗證，該菌株發(fā)酵過程僅產(chǎn)生少量泡沫，不產(chǎn)生脂肽副產(chǎn)物，在5 L罐中發(fā)酵18hγ-PGA產(chǎn)率達(dá)到26.1g/L。⑵在對枯草芽孢桿菌ZF5發(fā)酵特性研究基礎(chǔ)上，通過添加適量的金屬離子、氨基酸對γ-PGA發(fā)酵進(jìn)行調(diào)控，以提高γ-PGA產(chǎn)率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：Ca2+、Mo6+能夠促進(jìn)菌體的生長和γ-PGA的生物合成，最適濃度分別為0.1 g/L

3、和0.06 g/L；Zn2+對菌體生長和產(chǎn)物合成都無顯著影響；Cu2+和Mn2+對菌體的生長有一定抑制作用，但是Mn2+對γ-PGA產(chǎn)物積累促進(jìn)作用最強(qiáng)，添加0.3 g/L的Mn2+發(fā)酵24 hγ-PGA產(chǎn)率最高為28.5 g/L，較對照提高了11.8％。谷氨酸、纈氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸對γ-PGA的合成具有促進(jìn)作用，其中谷氨酸、天冬氨酸效果更為顯著。在發(fā)酵初始添加3 g/L的L-谷氨酸可使γ-PGA產(chǎn)率提高23%，最高達(dá)到3

4、1.5g/L；在穩(wěn)定期添加5 g/L的L-天冬氨酸可使γ-PGA產(chǎn)率提高17.6%，達(dá)到30.7g/L。⑶通過單一pH控制發(fā)酵策略研究發(fā)現(xiàn)，菌株ZF5最適生長pH為6.5，產(chǎn)物γ-PGA積累的最適pH為7.0。通過兩階段pH控制策略有效地實(shí)現(xiàn)了菌體快速生長和γ-PGA合成最大化。在5L罐中分批培養(yǎng)，前10 h將pH控制在6.5，之后恒定為7.0，菌體得以快速生長，同時γ-PGA產(chǎn)率最高達(dá)到32.6 g/L，較pH7.0恒定發(fā)酵策略產(chǎn)率提

5、高了24.9%，周期較短。⑷結(jié)合pH分階段控制策略，在5 L罐中采用分批補(bǔ)料發(fā)酵技術(shù)研究了葡萄糖、酵母膏、谷氨酸鈉補(bǔ)料對發(fā)酵過程的影響。結(jié)果表明：葡萄糖、酵母膏、谷氨酸鈉的最適初始濃度分別為100、10、20g/L，補(bǔ)加量分別為100、10、50g/L，對γ-PGA合成有明顯的促進(jìn)作用。葡萄糖、酵母膏的最適補(bǔ)料時間為對數(shù)末期（約17h），谷氨酸鈉的最適補(bǔ)料時間為對數(shù)中期（約14h）。經(jīng)過優(yōu)化，γ-PGA產(chǎn)率最高達(dá)到52.3g/L，發(fā)酵周