米根霉利用五、六碳糖共發(fā)酵產(chǎn)L-乳酸的研究.pdf

1、乳酸是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ挠袡C(jī)酸之一,L-乳酸以其具有的獨(dú)特構(gòu)型優(yōu)勢(shì)展示了廣泛的應(yīng)用前景。隨著石油資源的枯竭和新型環(huán)保材料——聚乳酸需求量的日益增加,人們正在努力尋找替代石油燃料的新能源和降低L-乳酸生產(chǎn)成本的新原料。包括林木、農(nóng)作物秸稈及農(nóng)副產(chǎn)品下腳料等在內(nèi)的植物纖維原料是地球上產(chǎn)量最大的可再生資源,在自然生態(tài)系統(tǒng)的能量流與物質(zhì)循環(huán)中占有重要的地位。本文以植物纖維水解主要成分——葡萄糖和木糖為原料,通過N+注入誘變和定向選育篩選L-

2、乳酸高產(chǎn)突變株,采用響應(yīng)面法優(yōu)化搖瓶發(fā)酵條件,初步探究高產(chǎn)突變株利用五、六碳糖共發(fā)酵產(chǎn)L-乳酸的發(fā)酵機(jī)理,建立菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物生成動(dòng)力學(xué)模型。主要結(jié)論如下:
　　 1)經(jīng)不同劑量的N+注入后,菌株的存活率曲線呈典型的“馬鞍型”;綜合考慮注入劑量對(duì)菌株存活率與突變率的影響,在離子能量為15 KeV時(shí),N+注入該米根霉菌株的最佳誘變劑量為50×2.5×1013ions/cm2。
　　 2)采用最佳注入劑量篩選,最終得到一株產(chǎn)酸

3、性能優(yōu)良且遺傳特征穩(wěn)定的突變株N50-7,該菌株以葡萄糖、木糖為碳源,發(fā)酵72h的L-乳酸產(chǎn)量為79.46 g/L,較同批發(fā)酵的原始菌株的發(fā)酵周期縮短了36 h,L-乳酸產(chǎn)量提高了18.02％。
　　 3)在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合響應(yīng)面法優(yōu)化獲得突變株N50-7發(fā)酵產(chǎn)L.乳酸的培養(yǎng)基組成和培養(yǎng)條件。最佳發(fā)酵條件為:葡萄糖100 g/L,木糖50 g/L,(NH4)2SO43.0 g/L,KH2PO40.3 g/L,MgSO4·

4、7H2O0.3 g/L,ZnSO4·7H2O0.4 g/L,搖床轉(zhuǎn)速180 r/min,溫度32℃,接種量12％,裝液量50 mL,該條件下發(fā)酵72 h,L-乳酸產(chǎn)量可達(dá)119.178 g/L,。
　　 4)發(fā)酵過程中的酶活變化結(jié)果表明,乳酸脫氫酶、乙醇脫氫酶、木糖還原酶和木糖醇脫氫酶為米根霉菌株利用葡萄糖、木糖共發(fā)酵產(chǎn)L-乳酸的關(guān)鍵酶。突變株N50-7的乳酸脫氫酶、木糖還原酶和木糖醇脫氫酶的比活力均高于原始菌株,而乙醇脫氫酶的

5、比活力低于原始菌株。對(duì)高產(chǎn)突變株和原始菌株的蛋白點(diǎn)進(jìn)行雙向電泳匹配,獲得了22個(gè)差異蛋白點(diǎn)。
　　 5)選擇Logistic和Luedeking-Piret非線性模型對(duì)高產(chǎn)突變株發(fā)酵產(chǎn)L-乳酸過程中的菌體生長(zhǎng)及產(chǎn)物生成進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析,運(yùn)用Matlab軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,建立起動(dòng)力學(xué)模型。
　　 菌體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型:dX/dt=0.1632(1-X/6.28)X產(chǎn)物生成動(dòng)力學(xué)模型:dP/dt=14.2143dX/dt+