生物質(zhì)資源發(fā)酵生產(chǎn)藥用高分子材料聚蘋果酸的研究.pdf

1、聚蘋果酸(Poly((β)-malicacid)，PMA)是以蘋果酸為唯一單體通過(guò)酯鍵連接而成的高分子聚合物。聚蘋果酸具有高度水溶性、生物相容性、生物可降解性、生物可吸收性、無(wú)免疫原性及可化學(xué)修飾性等特性。目前，聚蘋果酸正被開(kāi)發(fā)用于藥物載體、微膠囊材料、生物醫(yī)學(xué)材料、化妝品、食品包裝材料及表面活性劑等方面。
　　 聚蘋果酸的合成主要有化學(xué)合成法和生物發(fā)酵法兩種。化學(xué)法生產(chǎn)聚蘋果酸有很多弊端，例如反應(yīng)條件苛刻、產(chǎn)品的分子量較低及產(chǎn)

2、物分離純化難度大等問(wèn)題，而生物發(fā)酵法合成的聚蘋果酸產(chǎn)物較純，分子量大，反應(yīng)條件溫和，近年來(lái)人們更加傾向于生物發(fā)酵法合成聚蘋果酸的研究。本文針對(duì)目前發(fā)酵法生產(chǎn)聚蘋果酸整體發(fā)酵水平偏低、無(wú)法滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需求等方面的不足，利用本實(shí)驗(yàn)室篩選保藏的出芽短梗霉（Aureobasidum pullulan FMT1801）菌株，開(kāi)展生物質(zhì)資源甘薯、玉米芯水解液等為底物發(fā)酵生產(chǎn)聚蘋果酸的研究，主要內(nèi)容如下:
　　 1.以鮮甘薯為原料，采用酸

3、水解和雙酶水解法制各甘薯水解液，考察了初始水解液糖濃度、氮源、初始pH、代謝中間物對(duì)出芽短梗霉發(fā)酵甘薯水解液生產(chǎn)聚蘋果酸的影響。結(jié)果表明以初始水解液濃度120g/L、酵母粉3g/L、檸檬酸7.5g/L、初始pH6.0為條件，搖瓶發(fā)酵96小時(shí)，PMA產(chǎn)量達(dá)到16.59g/L，產(chǎn)率0.14g/L.h，得率為0.20g/g。7L發(fā)酵罐分別進(jìn)行分批發(fā)酵和補(bǔ)料發(fā)酵，分批發(fā)酵72h，PMA產(chǎn)量最高達(dá)29.55g/L，產(chǎn)率0.25g/L.h，得率為0

4、.28g/g;補(bǔ)料發(fā)酵168h，PMA產(chǎn)量達(dá)51.37g/L，產(chǎn)率0.31g/L.h、得率0.20g/g。進(jìn)一步通過(guò)纖維床固定化生物反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)出芽短梗霉的固定化高密度培養(yǎng)，補(bǔ)料發(fā)酵168h，PMA產(chǎn)量至58.93g/L，產(chǎn)率0.35g/L.h，得率0.18g/g。采用纖維床固定化技術(shù)，PMA產(chǎn)量比游離細(xì)胞提高了12.8％。研究結(jié)果表明，甘薯是一種可利用的廉價(jià)生物質(zhì)資源，可用于出芽短梗霉發(fā)酵生產(chǎn)PMA。
　　 2.通過(guò)不同的酸中

5、和劑(CaCO3、Na2CO3、NaOH)考察對(duì)聚蘋果酸發(fā)酵過(guò)程的影響，3L發(fā)酵罐發(fā)酵結(jié)果顯示，以Na2CO3溶液控制pH效果最佳，發(fā)酵96小時(shí)，PMA產(chǎn)量達(dá)到38.13g/L，產(chǎn)率0.53g/L.h，得率0.61g/g，相比NaOH控制發(fā)酵過(guò)程pH，PMA產(chǎn)量提高了38％。細(xì)胞生理代謝參數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵24小時(shí)后，呼吸熵(RQ)、二氧化碳釋放率(CER)持續(xù)下降，表明CO2固定途徑可能在PMA的合成過(guò)程中起一定作用;進(jìn)一步在搖瓶水平考

6、察CO2固定途徑中關(guān)鍵酶丙酮酸羧化酶的輔因子生物素對(duì)聚蘋果酸發(fā)酵過(guò)程的影響，結(jié)果表明添加生物素70mg/L有利于PMA的積累，與對(duì)照組相比，PMA產(chǎn)量提高了37％。上述結(jié)果初步表明CO2固定途徑可能成為PMA生物合成的關(guān)鍵調(diào)控點(diǎn)。
　　 3.為提高出芽短梗霉對(duì)玉米芯水解液中糠醛、5-羥甲基糠醛等毒性物質(zhì)的細(xì)胞耐受性，以玉米芯水解液為底物，在纖維床固定化生物反應(yīng)器進(jìn)行連續(xù)批培養(yǎng)，通過(guò)三個(gè)水解液濃度梯度(110～130～150g/L