微生物转化法产γ-氨基丁酸

论文摘要

γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid,简称GABA）是一种天然存在的、非蛋白质氨基酸。在哺乳动物脑和脊髓中具有多种功效,在中枢神经系统中作为抑制性神经递质起作用,所以GABA是一种很好的医疗药物及保健品的原料,同时对畜禽具有抗热应激、促生长等作用。本论文以一株具有高活性谷氨酸脱羧酶的大肠杆菌（AS 1.505）为出发菌株,以谷氨酸为底物转化生成GABA。本论文以高产量、高产率、高生产强度为目标,采用一系列可行性方案来提高GABA产量,研究的主要内容如下:1.利用大肠杆菌AS1.505进行液态培养生产谷氨酸脱羧酶并优化培养基及培养条件,考察了碳源、氮源、复合营养物质、初始pH、装液量及培养时间对酶活的影响,确定最佳产酶培养基组成为:葡萄糖1.0%,蛋白胨3.0%,氯化钠0.3%,磷酸氢二钾0.1%,硫酸镁0.02%,L-谷氨酸0.01%,玉米浆1.5%,生物素30μg·L-1,麸皮4%。在此基础上,设计培养条件的优化实验,实验结果表明最适培养条件为:250 mL三角瓶装液量25 mL,37℃,初始pH 7.0,培养20 h达到产酶高峰,产酶活力可达1290 U·mL-1培养液。2.通过对大肠杆菌将谷氨酸转化成GABA阶段的温度、pH、缓冲体系、菌体浓度、底物添加浓度和菌体回用次数等条件进行了优化,得到最适转化条件:最适温度为37℃,最适pH为4.6,最适缓冲体系磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液,菌体浓度为培养液体积比转化液体积为2:1,最适底物添加浓度0.3 mol·L-1和菌体回用次数三次以内。3.对能够产生谷氨酸脱羧酶的大肠杆菌利用恒化培养技术进行了动力学的研究,建立了较为合理的恒化培养系统。以葡萄糖为限制底物时,假设大肠杆菌的生长符合Monod方程,估算得最大比生长速率μmax = 0.543 h-1,饱和常数Ks = 0.102 g·L-1。最佳稀释率Dm = 0.45 h-1。大肠杆菌培养时菌体最大转化率Yx/s = 0.434 g·g-1。菌体和产物的最大产率为1.785 g·（L·h） -1和119.34 U·（L·h·mL）-1。4.在5L罐上,考察了不同pH值、不同通气量、不同搅拌转数和流加策略对培养过程和转化的影响,当pH值控制在7.0时,通气量为1.5 vvm,搅拌速率600 rpm,培养基中的葡萄糖总浓度为30.83 g·L-1,初始葡萄糖浓度为10.7 g·L-1,剩下的葡萄糖作为流加液在培养2 h后开始恒速流加,流加5 h结束,培养11 h后生物量达到最大值约18.1 g·L-1,加入88.2 g·L-1 L-谷氨酸转化16 h得到60 g·L-1GABA,转化率100%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 Γ—氨基丁酸的结构和性质
• 1.3 Γ—氨基丁酸的生理功效
• 1.3.1 镇静安神
• 1.3.2 GABA 对血压的影响
• 1.3.3 治疗癫痈
• 1.3.4 控制哮喘
• 1.3.5 调节激素的分泌
• 1.3.6 促进生殖
• 1.3.7 其他功效
• 1.4 GABA 的合成与分解代谢
• 1.5 GABA 的制备
• 1.5.1 化学合成
• 1.5.2 植物富集
• 1.5.3 微生物发酵
• 1.6 本文研究思路
• 第二章 微生物转化法产Γ-氨基丁酸的摇瓶培养优化
• 2.1 前言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 材料
• 2.2.2 实验方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 标准曲线
• 2.3.2 大肠杆菌生长曲线和产酶曲线
• 2.3.3 培养基及培养条件的优化
• 2.4 本章小结
• 第三章 微生物转化法产Γ-氨基丁酸的转化条件研究
• 3.1 前言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 温度对γ-氨基丁酸产量的影响
• 3.3.2 pH 对γ-氨基丁酸产量的影响
• 3.3.3 缓冲体系对γ-氨基丁酸产量的影响
• 3.3.4 菌体浓度对γ-氨基丁酸产量的影响
• 3.3.5 底物添加浓度对γ-氨基丁酸产量的影响
• 3.3.6 菌体回用次数
• 3.4 本章小结
• 第四章 谷氨酸脱羧酶产生菌在连续培养中的动力学特性
• 4.1 前言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 分批培养特性
• 4.3.2 连续培养实验结果
• 4.3.3 连续培养动力学模型的有关参数的估算
• 4.4 本章小结
• 第五章 微生物转化法产Γ-氨基丁酸补料分批培养研究
• 5.1 前言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 实验材料
• 5.2.2 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 pH 对菌体生长的影响
• 5.3.2 5L 发酵罐中通气量对培养过程的影响
• 5.3.3 5L 发酵罐中搅拌转数对培养过程的影响
• 5.3.4 5L 发酵罐中流加策略对培养过程的影响
• 5.3.5 5L 发酵罐中最佳培养条件下对转化条件的研究
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文