产γ-氨基丁酸乳酸菌菌株的诱变及其发酵条件优化研究

论文摘要

γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid,简称GABA）是一种广泛存在于原核生物和真核生物的非蛋白质氨基酸,是中枢神经系统的一种重要抑制性神经递质。GABA对人体具有多种生理功能,具有抗心律失常、降低血压、调节心血管、镇静神经及提高人体生理活性等作用。因而它作为新型功能因子在功能性食品领域中具有广泛的应用前景。本试验主要是利用本课题组前期分离出的产GABA的乳酸菌作为出发菌株,并对其进行了紫外线诱变和发酵条件的优化研究。通过利用紫外线对出发菌株进行诱变处理,并经连续传代10次,比较性状特征和遗传稳定性,最终得到一株遗传性状稳定、高产GABA菌株B2W。GABA平均产量达到3.58g/L,比诱变前菌株GABA的产量提高了3倍（菌株B2初始能力为1.281g/L）。根据对诱变菌株发酵条件单因素试验分析研究,设计了以脱脂豆粕粉,玉米浆粉,酵母味素,葡萄糖,K2PHO4,L-MSG为L25（56）回归正交设计的六因素,通过逐步回归正交设计和响应面分析法,找出主要影响因子为豆饼粉、玉米浆粉、L-MSG。以这三个因子为自变量,GABA产量为响应值,用Box-Behnken设计,建立三因子豆饼粉、玉米浆粉、L-MSG的回归模型,分析优化培养基产GABA的内部规律,得出三因素对产GABA的影响大小依次为豆饼粉、玉米浆粉、L-MSG。对理论的最佳点进行验证,结合试验情况得出最佳培养基为脱脂豆粕粉17.98（g/L）,玉米浆粉21.73（g/L）,L-MSG 13.67（g/L）,培养基优化后产GABA含量为5.3（g/L）。重复性试验结果较好,证明该方法可行。经过3次25L的发酵论证试验研究,分析了发酵液的主要成分。研究结果表明,从实验室的摇瓶发酵到25L发酵罐发酵是可行的,GABA产量约为4.2g/L,发酵液中其它主要成分为乳酸5.77mg/mL、蛋白质10.87mg/mL、葡萄糖1.1mg/mL、谷氨酸2.3mg/mL。同时也为继续放大进行工业化生产提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 文献综述
• 0 引言
• 1 GABA的结构与性质
• 2 GABA的形成机理和富集技术
• 3 γ-氨基丁酸的生理功能
• 3.1 镇静安神
• 3.2 心血管调节作用
• 3.3 治疗癫痫
• 3.4 控制哮喘
• 3.5 肝肾功能的活化
• 3.6 促进生长激素的分泌
• 3.7 抗衰老功能
• 3.8 降血压功能
• 3.9 其它功能
• 4 GABA的制备
• 4.1 化学合成法
• 4.2 植物富集法
• 4.3 微生物发酵法
• 5 生物学制备GABA的影响因素
• 5.1 pH值
• 5.2 温度
• 5.3 抑制剂
• 5.4 辅酶
• 5.5 氧含量
• 5.6 水分
• 5.7 中间补料
• 6 GABA富集化食品的种类及其在食品中的应用
• 6.1 利用粮食加工副产品制备的GABA添加剂
• 6.2 富含γ-氨基丁酸的米糠
• 6.3 富含γ-氨基丁酸的发芽糙米
• 6.4 含有GABA的乳制品
• 6.5 富含GABA的茶
• 7 立题的背景和意义
• 8 本研究的主要内容
• 第二章 产GABA乳酸菌株的诱变
• 0 引言
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.1.1 出发菌株
• 1.1.2 培养基
• 1.1.3 主要仪器设备
• 1.1.4 主要药品与试剂
• 1.2 试验方法
• 1.2.1 出发菌株产GABA能力的测定
• 1.2.1.1 菌种的活化
• 1.2.1.2 发酵液的预处理
• 1.2.1.3 发酵液中GABA的定性分析
• 1.2.2 产γ-氨基丁酸菌株的诱变方法
• 1.2.2.1 菌悬液的制备
• 1.2.2.2 紫外诱变
• 1.2.2.3 GABA梯度平板筛选
• 1.2.2.4 最佳诱时间的选择方法
• 1.2.3 目的菌株遗传稳定性的测定
• 2 结果与分析
• 2.1 标准曲线、回收率和精密度
• 2.1.1 HPLC法测定GABA的标准曲线制作
• 2.1.2 回收率测定
• 2.1.3 精密度测定
• 2.2 出发菌株产GABA能力
• 2.3 诱变选育
• 2.3.1 最佳诱变时间的选择
• 2.3.2 诱变结果
• 2.3.3 诱变菌株产GABA能力
• 2.4 出发菌株、突变菌株产GABA能力和遗传稳定性的比较
• 3 本章小结
• 第三章 响应面法优化产GABA乳酸菌株
• 0 引言
• 1 材料与方法
• 1.1 实验材料
• 1.1.1 主要化学试剂与材料
• 1.1.2 主要实验仪器
• 1.1.3 培养基
• 1.1.4 菌株及保藏条件
• 1.2 试验方法
• 1.2.1 种子液发酵方法
• 1.2.2 发酵液的定性、定量分析
• 1.2.2.1 发酵液中GABA初步定性分析
• 1.2.2.2 发酵液中GABA定量分析
• 1.2.3 菌体生长量的测定
• 1.2.4 实验设计
• 1.2.4.1 单因素实验发酵条件参数的确定
• 1.2.4.2 逐步回归正交设计
• 1.2.4.3 Box-Behnken设计
• 1.2.4.4 数据分析
• 2 结果与分析
• 2.1 单因素试验分析确定发酵工艺参数
• 2.1.1 不同pH对发酵的影响
• 2.1.2 不同培养温度对发酵的影响
• 2.1.3 不同发酵时间对GABA产量的影响
• 2.2 Box-Behnken试验设计
• 2.2.1 Box-Behnken设计因素水平编码
• 2.2.2 回归方程的检验与优化
• 2.2.3 响应面分析
• 2.2.4 最佳试验条件的确定
• 3 本章小结
• 第四章 25L发酵分析
• 0 引言
• 1 材料与方法
• 1.1 实验材料
• 1.1.1 主要化学试剂与材料
• 1.1.2 主要实验仪器
• 1.1.3 菌株及保藏条件
• 1.1.4 培养基
• 1.2 实验方法
• 1.2.1 发酵培养
• 1.2.2 指标分析
• 2 结果与讨论
• 2.1 25L规模发酵生产GABA的进程曲线
• 2.2 发酵液主要成分含量分析
• 本研究主要结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介