直接发酵法生产L-色氨酸的研究

论文题目: 直接发酵法生产L-色氨酸的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 发酵工程

作者: 王健

导师: 张克旭

关键词: 色氨酸,途径分析,代谢流分析,分批发酵,补料分批发酵,发酵动力学,分离

文献来源: 天津科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本论文在代谢控制发酵和代谢网络分析理论的指导下,研究了直接发酵法生产L-色氨酸的发酵条件及其分离提取方法。主要研究内容和结果如下: [1]确定了改进的比色法测定L-色氨酸的测定条件,所开发的方法对L-色氨酸测定的范围为0～100μg/mL,工作曲线方程为C=23.56A（其中C为色氨酸浓度,A为吸光度）。相关指数为R2=0.9972。与经典比色法相比,用改进比色法测定L-色氨酸的含量,具有很高的准确度,且简单、快速。 [2]应用正交设计试验法,确定了种子培养基的最佳组成,并研究了最佳种子培养条件;应用模式识别法,优化出摇瓶分批发酵培养基的最佳组成,并研究了发酵培养条件。优化条件与初始条件的摇瓶分批发酵比较试验结果表明,菌株TQ2223在优化条件下的L-色氨酸产量（8.6g/L）比初始条件下（6.86g/L）提高了25.4%。 [3]应用途径分析方法分析了谷氨酸棒杆菌TQ2223菌株由葡萄糖发酵生产L-色氨酸的途径,确定了L-色氨酸合成的最佳途径及其代谢流分布和最大理论产率;建立了谷氨酸棒杆菌合成L-色氨酸（L-Try）的代谢流量平衡模型,通过MATLAB软件计算出发酵中后期的代谢流分布,通过发酵中后期的代谢流分布与途径分析所得到的理想代谢流相比较,提出减少铵离子、增加磷酸盐浓度和改善溶氧水平的代谢控制策略,为L-色氨酸发酵过程控制提供理论指导。同时,提出了L-色氨酸基因工程菌构建的策略。 [4]在代谢网络定量分析理论的指导下,研究了NH4+扰动和磷酸盐扰动对L-色氨酸发酵的影响,结果表明氨水用量为62mL,于发酵16h、28h、40h和52h流加氨水调节pH,每次流加15.5mL,其它时间流加NaOH调节pH;KH2PO4浓度10g/L,有利于L-色氨酸代谢流的增加。根据5L发酵罐中溶氧变化情况,结合发酵过程的动力学分析及发酵过程中代谢流分配的特点,提出了发酵0～36h控制溶氧为30%、36h后控制溶氧为20%的分阶段供氧控制模式,并加以试验验证,发酵64h谷氨酸棒杆菌TQ2223菌株L-色氨酸的产量达到10.13g/L。以5L罐分批发酵试验数据为依据,利用神经网络对L-色氨酸分批发酵动力学进行了初步研究,建立了菌体生长、产物形成和底物消耗的动力学模型并加以拟合,结果表明拟合模型能较好地反映L-色氨酸分批发酵过程。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 L-色氨酸的理化性质

1.2 L-色氨酸的用途

1.2.1 在医药中的应用

1.2.2 在食品工业中的应用

1.2.3 在饲料工业中的应用

1.2.4 在农业中的应用

1.3 L-色氨酸的测定方法

1.4 利用微生物生产L-色氨酸的方法及研究概况

1.4.1 直接发酵法

1.4.2 微生物转化法

1.4.3 酶法

1.4.4 其他生产方法的研究

1.5 基于代谢控制发酵理论的L-色氨酸生产菌的选育

1.5.1 L-色氨酸生物合成途径及代谢调节机制

1.5.2 代谢控制育种思路及育种实例

1.6 基于代谢工程理论的L-色氨酸工程菌株的构建

1.6.1 色氨酸操纵子的结构与阻遏蛋白的负调控

1.6.2 色氨酸弱化子及其作用

1.6.3 基因工程菌构建思路机构建实例

1.7 L-色氨酸国内外工业生产概况

1.8 L-色氨酸的提取分离

1.9 论文立题背景及主要研究内容

第二章 发酵液中L-色氨酸含量测定方法的研究

2.1 引言

2.2 材料与方法

2.2.1 仪器

2.2.2 主要试剂

2.2.3 相关溶液

2.2.4 方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 经典比色法

2.3.2 改进的测定法

2.3.3 经典比色法与改进比色法的比较

2.4 本章小结

第三章 摇瓶分批发酵条件研究

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.2.1 菌种

3.2.2 主要仪器

3.2.3 主要试剂

3.2.4 培养基

3.2.5 方法

3.2.6 分析方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 遗传标记验证

3.3.2 应用正交设计试验优化种子培养基

3.3.3 种子培养条件研究

3.4 摇瓶发酵培养基优化

3.4.1 pH控制方式的比较

3.4.2 利用模式识别法优化发酵培养基

3.5 发酵条件研究

3.5.1 温度对发酵的影响

3.5.2 供氧对L-色氨酸发酵的影响

3.5.3 装液量对色氨酸产量的影响

3.5.4 摇床转速对色氨酸发酵的影响

3.5.5 接种量的确定

3.5.6 优化条件下摇瓶分批发酵过程曲线的绘制

3.6 本章小结

第四章 L-色氨酸生物合成的途径分析及代谢流量分析

4.1 引言

4.2 材料和方法

4.2.1 供试菌株

4.2.2 主要仪器

4.2.3 主要试剂

4.2.4 培养基

4.2.5 主要溶液

4.2.6 培养方法

4.2.7 分析方法

4.2.8 数学计算

4.3 结果和讨论

4.3.1 色氨酸生物合成途径分析

4.3.2 L-色氨酸生物合成的代谢流量分析

4.3.3 L-色氨酸发酵中后期的代谢流分析

4.4 本章小结

第五章 5L发酵罐分批发酵过程控制及发酵动力学研究

5.1 引言

5.2 材料和方法

5.2.1 供试菌株

5.2.2 主要仪器

5.2.3 主要试剂

5.2.4 培养基

5.2.5 培养方法

5.2.6 分析方法

5.3 结果和讨论

5.3.1 分批发酵过程中NH_4~+扰动对L-色氨酸发酵的影响

5.3.2 分批发酵过程中磷酸盐扰动对L-色氨酸发酵的影响

5.3.3 5L发酵罐分批发酵溶氧控制的研究

5.3.4 扰动后L-色氨酸合成的代谢流分布

5.3.5 分批发酵动力学研究

5.4 本章小结

第六章 L-色氨酸补料分批发酵的研究

6.1 引言

6.2 材料和方法

6.2.1 供试菌株

6.2.2 培养基

6.2.3 培养方法

6.2.4 分析方法

6.3 结果和讨论

6.3.1 摇瓶补料分批发酵条件研究

6.3.2 5L罐补料分批发酵条件研究

6.4 本章小结

第七章 发酵液中L-色氨酸分离提取的研究

7.1 引言

7.2 材料与方法

7.2.1 材料

7.2.2 实验方法

7.3 结果与讨论

7.3.1 L-色氨酸提取精制工艺流程

7.3.2 发酵液的预处理——除菌体和杂蛋白

7.3.3 发酵液的脱色

7.3.4 L-色氨酸的分离提取

7.3.5 L-色氨酸的结晶

7.3.6 L-色氨酸提取收率及纯度的计算

7.4 本章小结

第八章 总结与展望

8.1 全文总结

8.2 本论文创新点

8.3 展望

攻读博士学位期间发表的论文

致谢

附录

发布时间: 2007-01-10

参考文献

• [1].Ectoine的高效制备技术及其对酶/细胞抗逆协助作用的研究[D]. 郑昕.大连海事大学2013
• [2].基于多尺度创新原理的工业微生物高通量筛选平台构建及应用研究[D]. 谭俊.华东理工大学2013

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