基于pH值反馈控制碳氮源补加的赖氨酸发酵技术研究

论文摘要

赖氨酸是世界上除谷氨酸以外产量居第二位的商品氨基酸,可作为添加剂广泛应用在食品、药品和饲料等领域。目前的赖氨酸发酵主要采取小批量间歇补料方式或者人工定时调整补料流加速率保持发酵液基质浓度恒定的恒基质浓度补料方式。前者虽然操作简单,但是补料速率跟发酵液基质消耗速率不同步,发酵液基质浓度波动大;后者操作工序复杂,不能及时根据发酵过程中各种底物浓度的变化作出调整,导致基质浓度控制滞后。本文通过研究赖氨酸补料发酵中pH调节剂氨与葡萄糖和硫酸铵之间的消耗关系,建立了一种利用发酵液pH信号反馈,通过流加葡萄糖、氨和硫酸铵的混合溶液,在调节发酵液pH值的同时实现碳源和氮源的自动流加,维持发酵液碳源和氮源浓度在较小范围内波动的方法。通过在不同碳源和氮源浓度条件下进行分批补料发酵,得到葡萄糖和氨以及葡萄糖和硫酸铵的消耗具有线性关系,三者的质量消耗比为15.7:1:1.64。按此比例配制三者的混合溶液,在补料开始后代替氨水调节pH,可以实现发酵过程碳源和氮源的补加。结果表明,利用这种补料方式可将发酵液葡萄糖浓度维持在8-16 g/L之间,铵离子浓度维持在1.52-3.38 g/L之间。与恒基质浓度补料方式及间歇补料方式相比,pH反馈补料方式可使最大赖氨酸浓度分别提高3.6%和17.2%,产酸率提高9.5%和28.8%,糖酸转化率提高4.9%和18.6%。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• 第一章 文献综述
• 1.1 赖氨酸研究概述
• 1.1.1 赖氨酸的性质
• 1.1.2 赖氨酸的用途
• 1.1.3 赖氨酸生产方法及研究现状
• 1.1.4 赖氨酸市场前景
• 1.2 赖氨酸合成途径及调控机制
• 1.2.1 赖氨酸生物合成途径
• 1.2.2 赖氨酸合成调控机制
• 1.2.3 赖氨酸合成补偿机制
• 1.3 赖氨酸发酵工艺
• 1.3.1 赖氨酸发酵过程参数
• 1.3.2 补料发酵
• 1.3.3 赖氨酸补料发酵优越性
• 1.3.4 反馈控制补料发酵
• 1.4 论文立题背景及主要研究内容
• 第二章赖氨酸发酵中碳源和氨消耗关系的研究
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 菌种
• 2.1.2 试剂
• 2.1.3 培养基
• 2.2 设备
• 2.3 方法
• 2.3.1 实验方法
• 2.3.1.1 菌种复壮
• 2.3.1.2 种子培养
• 2.3.1.3 分批发酵
• 2.3.1.4 分批补料发酵
• 2.3.2 分析方法
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 菌种复壮
• 2.4.2 分批发酵产酸期葡萄糖和氨的消耗关系
• 2.4.3 分批发酵不同初始葡萄糖浓度条件下的糖氨消耗关系
• 2.4.4 分批补料发酵中葡萄糖和氨的消耗关系
• 2.4.5 分批补料发酵液不同葡萄糖浓度条件下的糖氨消耗关系
• 2.5 本章小结
• 第三章赖氨酸发酵中碳源和氮源消耗关系研究
• 3.1 实验材料与方法
• 3.1.1 菌种和培养基
• 3.1.2 实验条件
• 3.1.3 分析方法
• 3.2 实验结果与讨论
• 3.2.1 分批发酵中碳源和氮源的消耗关系
• 3.2.2 不同初始硫酸铵浓度条件下的基质消耗关系
• 3.2.3 发酵液不同铵离子浓度下的基质消耗关系
• 3.3 本章小结
• 第四章基于pH 反馈控制赖氨酸补料发酵方式同其他补料方式的比较
• 4.1 实验材料与方法
• 4.1.1 菌种和培养基
• 4.1.2 实验条件
• 4.1.3 分析方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 间歇补料方式
• 4.2.2 恒基质浓度补料方式
• 4.2.3 pH 反馈控制补料方式
• 4.3 本章小结
• 第五章结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 工艺路线
• 5.3 展望与建议
• 参考文献
• Abstract