微生物多糖热凝胶在CSTR反应器中的发酵与代谢特性研究

论文摘要

热凝胶是一种由产碱杆菌或土壤杆菌发酵生产的胞外多糖。本研究以粪产碱杆菌WX-C12作为生产菌株,在连续培养的条件下,对粪产碱杆菌的生化反应动力学、菌体生长和热凝胶合成特性进行了研究;初步构建了粪产碱杆菌生产热凝胶的代谢模型,通过对不同条件下的代谢通量进行计算,分析代谢中的主要节点,为通过对菌株代谢改造来实现热凝胶的高强度生产奠定了一定的理论基础。研究表明,葡萄糖限制条件下的菌体生长模型为μ=0.227S/（0.177+S）,葡萄糖的消耗动力学模型为qS=4.338μ+0.021 ;氯化铵限制条件下的菌体生长模型为μ=0.619S/（0.162+S）,葡萄糖消耗动力学模型为qS=3.906μ+0.384,热凝胶生成动力学模型为qP=251 mg/（g-cell·h）;氯化铵限制性条件下的维持系数mS是葡萄糖限制条件下的mS的2倍。连续培养发酵体系下的菌体生长和热凝胶合成特性的研究表明,连续培养下菌体生产强度比分批培养下的菌体生产强度最小提高了98%;连续培养热凝胶生产强度与分批培养下的热凝胶生产强度比较有所下降,比产胶速率qp却比分批发酵I、II的比产胶速率qp分别增大了39%和73%;葡萄糖限制条件下菌体的生产强度与相应的葡萄糖/NH4Cl需求比成正比关系;在一定稀释率D范围内,氯化铵限制条件下的葡萄糖/NH4Cl需求比随热凝胶生产强度的增大而增大,但不成正比关系。初步构建了粪产碱杆菌WX-C12的代谢通量平衡模型,分析了热凝胶发酵的代谢流分布。菌体生长期和凝胶合成期的代谢通量的比较表明,G-6-P是一重要的挠性节点,而PYR则为一弱刚性节点。热凝胶合成期EMP、HMP和ED途径较菌体生长期的代谢通量都有所下降,其中HMP下降最多,幅度为13%。随着菌体比生长速率的增大,热凝胶合成途径的代谢通量在减少,更多的代谢通量转移到了HMP途径。低菌体比生长速率(稀释率D为0.1h-1)下构建的模型反应体系能量使用效率更高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 引言
• 1.2 热凝胶的简介
• 1.2.1 热凝胶的主要性质
• 1.2.2 热凝胶的应用
• 1.2.3 热凝胶的研究现状
• 1.3 发酵动力学简介
• 1.3.1 细胞生长动力学
• 1.3.2 基质消耗动力学
• 1.3.3 产物生成动力学
• 1.4 代谢工程简介
• 1.4.1 代谢通量分析简介
• 1.4.2 代谢通量分析理论与方法
• 1.5 选题依据与研究的主要内容
• 1.5.1 选题依据
• 1.5.2 研究的目的及其主要内容
• 第二章 粪产碱杆菌连续培养条件下的动力学研究
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 菌株
• 2.2.2 培养基
• 2.2.3 实验试剂
• 2.2.4 实验仪器
• 2.2.5 培养方法
• 2.2.6 分析方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 连续培养培养基和稳态流加体积的确定
• 2.3.2 连续培养实验结果
• 2.3.3 菌体生长动力学模型
• 2.3.4 底物消耗动力学模型
• 2.3.5 热凝胶合成动力学模型
• 2.3.6 动力学参数的比较
• 2.4 本章 小结
• 第三章 连续培养条件下菌体生长与凝胶合成特性研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 菌株
• 3.2.2 培养基
• 3.2.3 实验试剂
• 3.2.4 实验仪器
• 3.2.5 连续实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 分批和连续培养下的菌体生长和热凝胶生产的比较
• 3.3.2 连续培养条件下菌体生长特性研究
• 3.3.3 连续培养条件下热凝胶合成特性研究
• 3.4 本章 小结
• 第四章 粪产碱杆菌发酵生产热凝胶的代谢通量分析
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 菌株
• 4.2.2 培养基
• 4.2.3 实验试剂
• 4.2.4 实验仪器
• 4.2.5 实验方法
• 4.3 ALCALIGENES FAECALIS 通量平衡分析
• 4.3.1 Alcaligenes faecalis 代谢网络的构建
• 4.3.2 代谢通量平衡模型的建立
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 菌体生长期和热凝胶合成期的代谢通量比较
• 4.4.2 热凝胶合成期不同稀释率下的代谢通量比较
• 4.5 本章 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 课题展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 符号索引
• A.F AECALIS 代谢网络方程式