论文摘要
本文以白色链霉菌（Streptomyces albulus）为ε-聚赖氨酸（ε-poly-L-Lysine，简称为ε-PL）的生产菌，以提高ε-PL的产量为目的，对ε-PL发酵条件和提取工艺进行了研究。研究的主要内容包括：①通过摇瓶发酵对ε-PL生产条件进行初步探索；②在50 L罐上进行分批发酵条件的优化；③补料分批发酵方式的研究；④ε-PL分离提取工艺的初步探讨。主要结果如下：对ε-PL摇瓶发酵过程中温度、pH和装液量的影响进行研究，为50 L罐分批发酵条件优化奠定基础。对结果进行分析发现，30℃为菌体生长和ε-PL合成最适温度，28℃和30℃对摇瓶发酵结果影响不大，但32℃不利于ε-PL的合成；pH对ε-PL的合成影响显著，pH控制时ε-PL产量从没有控制时的0.89 g/L提高到1.59 g/L；装液量为100 mL时，发酵液中的溶氧量既有利于菌体生长，又有利于ε-PL的合成，而装液量为150 mL时，最终ε-PL的合成量最小。在50L罐中进行发酵条件的优化，菌体生长和ε-PL合成的最适温度为30℃，32℃时菌体生长缓慢，ε-PL的产量不高；pH3.0时，葡萄糖消耗速度较慢，最终残糖浓度仍为20.1 g/L，既不适合菌体生长，也不利于ε-PL的合成，pH4.0为ε-PL合成的最佳pH，最终ε-PL的产量和产率分别为3.05 g/L和0.062 g.ε-PL／g.sub，pH5.0时菌体生成量最大，为12.88 g/L，是菌体生长的最适pH，但pH5.0时ε-PL会出现降解现象；随着搅拌转速提高，溶氧水平也相应提高，有利于菌体生长和ε-PL合成，但发酵前期200 rpm时的溶氧水平足以维持菌体的正常生长，而搅拌转速400 rpm时，由于剪切力的作用会损伤菌丝，导致ε-PL合成受阻。优化后的条件为：温度30℃，初始pH6.8，通气量1 200 L／h，发酵前期搅拌转速为200 rpm，pH自然下降至4.0，发酵后期搅拌转速为300 rpm，控制pH4.0，经过84.5 h发酵后，ε-PL的产量和得率分别为3.21 g／L和0.065 g.ε-PL/g.sub，ε-PL产量较优化前的0.78 g/L提高了310％，产率也有较大提高。采用葡萄糖浓度反馈控制间歇补料培养和pH间接反馈控制流加培养对ε-PL补料分批发酵进行研究，实验结果表明，补料分批发酵明显优于分批发酵，说明补料分批发酵是一种适合S.albulus发酵生产ε-PL的培养方式。此外，pH反馈控制变速流加培养方式要略优于葡萄糖反馈控制间歇补料培养，两种补料培养最后的ε-PL产量、ε-PL得率分别为7.36 g／L和6.53 g/L、0.072 g.ε-PL/g.sub和0.068 g.ε-PL/g.sub。而且发酵过程中，由于变速流加葡萄糖对培养基中的基质浓度影响较小，不会造成发酵环境的剧烈变化，能为菌体生长和ε-PL合成代谢提供持续稳定的环境，而间歇补料时由于一次性加入的营养物质浓度和体积较大，对发酵环境的影响较大，不利于细胞内各种代谢的正常进行。对ε-PL提取工艺进行初步研究发现，发酵液预处理过程中，过滤可能会导致ε-PL的损失；选择大孔弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂D152对ε-PL进行粗提取，洗脱剂为0.1 N HCl溶液，洗脱速度为2.5 mL／min时，ε-PL的浓缩倍率为2.29倍，回收率为78.83％；选择活性炭进行脱色，既能达到脱色的目的，又能使ε-PL因吸附作用而导致的损失降低。