副干酪乳杆菌合成苯乳酸的研究

论文摘要

本文以实验室保藏的一株副干酪乳杆菌作为实验菌株,在摇瓶中对其合成苯乳酸的培养基和培养条件进行优化。本文选用MRS培养基作为基础培养基,在此基础上利用单因素实验确定了最佳碳源为葡萄糖,最佳氮源为蛋白胨。接着采用Plackett-Burman（PB）试验设计法,筛选出3个主要影响因子：葡萄糖、吐温-80、苯基丙酮酸（PPA）。通过最陡爬坡法和响应面分析方法（RSM）确定葡萄糖质量浓度19.5g/L、吐温-80为4mL/L、苯基丙酮酸浓度3g/L。在此优化条件下,Lactobacillus paracaseiW2发酵合成苯乳酸的产量达到0.801g/L,比优化前提高1.4倍。最终的最佳培养基组成：蛋白胨15g/L,酵母膏5g/L,乙酸钠5g/L, K2HPO4 2g/L,柠檬酸三铵2g/L, MgS04 0.58g/L, MnSO4 0.25g/L,葡萄糖19.5g/L, PPA3g/L,吐温-804 ml/L。利用单因素实验确定菌株Lactobacillus paracaseiW2合成苯乳酸的最佳发酵条件为：接种量为4%,初始pH值6.5,发酵温度30℃,静置培养。在优化后的培养基组分和最佳培养条件下对摇瓶发酵生成苯乳酸的分批培养过程进行研究,培养到36h,发酵液中苯乳酸的最高产量可达0.879g/L。在5L发酵罐实验数据基础上,应用logistic方程基于菌种生长,产物生成及葡萄糖的消耗创建动力学模型。应用MATLAB7.0软件经非线性拟合,获得最佳的模型参数值,拟合模型R2均大于0.990,结果显示模型与实验数据能较好地吻合,确定了副干酪乳杆菌合成苯乳酸分批发酵过程的动力学特征。对5L发酵罐中底物的添加方式进行研究,从而比较不同的添加方式对苯乳酸合成的影响,已达到目标产物尽可能大量生产的目的。结果显示：控制pH值在6.5,每3h分批流加浓度为3g/L的苯丙酮酸40mL,苯乳酸的产量有所提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 苯乳酸的结构与性质
• 1.2 苯乳酸的抑菌性能
• 1.2.1 苯乳酸抑菌活性的发现
• 1.2.2 苯乳酸的抑制机理
• 1.2.3 苯乳酸的抑菌谱
• 1.2.4 苯乳酸的安全性
• 1.3 苯乳酸的合成
• 1.3.1 苯乳酸的化学合成
• 1.3.2 苯乳酸的生物合成
• 1.4 苯乳酸的应用
• 1.4.1 苯乳酸在食品中的应用
• 1.4.2 苯乳酸在医药中的应用
• 1.4.3 苯乳酸的其他应用
• 1.5 立题意义及内容
• 第二章 Lactobacillus paracaseiW2合成苯乳酸培养基的优化
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 菌种
• 2.1.2 试剂
• 2.1.3 培养基
• 2.1.4 仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 菌种的培养方法
• 2.2.2 生物量的测定方法
• 2.2.3 苯乳酸的提取及检测方法
• 2.3 实验设计
• 2.3.1 生长曲线的测定
• 2.3.2 氮源及其浓度对苯乳酸产量的影响
• 2.3.3 碳源及其浓度对苯乳酸产量的影响
• 2.3.4 底物浓度对苯乳酸产量的影响
• 2.3.5 Plackett-Burman实验设计
• 2.3.6 最陡爬坡实验设计
• 2.3.7 Box-Benhnken中心组合实验设计
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 生长曲线的测定
• 2.4.2 氮源及其浓度对苯乳酸产量的影响
• 2.4.3 碳源及其浓度对苯乳酸产量的影响
• 2.4.4 苯丙酮酸浓度对苯乳酸产量的影响
• 2.4.5 Plackett-Burman实验
• 2.4.6 最陡爬坡实验
• 2.4.7 Box-Benhnken中心组合试验及响应面分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 Lactobacillus paracaseiW2合成苯乳酸发酵条件的优化及摇瓶培养的初步研究
• 3.1 实验材料
• 3.1.1 菌种
• 3.1.2 试剂
• 3.1.3 培养基
• 3.1.4 仪器
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 菌种的培养方法
• 3.2.2 苯乳酸的提取及检测方法
• 3.2.3 葡萄糖的测定方法（葡萄糖氧化酶法）
• 3.3 实验设计
• 3.3.1 发酵温度对苯乳酸产量的影响
• 3.3.2 初始pH对苯乳酸产量的影响
• 3.3.3 接种量对苯乳酸产量的影响
• 3.3.4 转速对苯乳酸产量的影响
• 3.3.5 摇瓶发酵生产苯乳酸的时间过程
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 发酵温度对苯乳酸产量的影响
• 3.4.2 初始pH对苯乳酸产量的影响
• 3.4.3 接种量对苯乳酸产量的影响
• 3.4.4 转速对苯乳酸产量的影响
• 3.4.5 摇瓶发酵生产苯乳酸的时间过程
• 3.5 本章小结
• 第四章 Lactobacillus paracaseiW2产苯乳酸的发酵动力学研究
• 4.1 实验材料（同第三章）
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 菌种的培养方法
• 4.2.2 苯乳酸的提取及检测方法
• 4.2.3 葡萄糖的测定方法（葡萄糖氧化酶法）
• 4.3 实验设计
• 4.3.1 5L发酵罐中苯乳酸生物合成过程
• 4.3.2 模型的建立
• 4.3.3 模型的参数求解及拟合
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 5L发酵罐中苯乳酸生物合成过程
• 4.4.2 苯乳酸分批发酵动力学模型的建立
• 4.4.3 模型参数求解
• 4.5 本章小结
• 第五章 不同的底物添加方式对苯乳酸产量的影响
• 5.1 实验材料（同第三章）
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 菌种的培养方法
• 5.2.2 苯乳酸的提取及检测方法
• 5.2.3 葡萄糖的测定方法（葡萄糖氧化酶法）
• 5.3 实验设计
• 5.3.1 控制pH一次性投入PPA对PLA合成的影响
• 5.3.2 控pH连续流加PPA对PLA合成的影响
• 5.3.3 控制pH间歇流加PPA对PLA合成的影响
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 控制pH一次性投入PPA对PLA合成的影响
• 5.4.2 控pH连续流加PPA对PLA合成的影响
• 5.4.3 控制pH间隙流加PPA对PLA合成的影响
• 5.4.4 底物添加方式的比较
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介