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米根霉发酵产L-乳酸的中和剂研究及代谢通量分析

作　者: 张巧兰
导　师: 姜绍通
学　校: 合肥工业大学
专　业: 食品科学
关键词: 米根霉 L-乳酸中和剂半连续发酵代谢通量分析
分类号: R151
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在米根霉发酵产L-乳酸过程中,一般采用CaCO3作为酸中和剂,不仅L-乳酸损失大,且环境污染严重。为降低L-乳酸生产成本,寻求替代CaCO3的新型中和剂,本文通过摇瓶发酵优化得出以CaCO3、NaOH溶液和氨水作为中和剂的最适培养基组成,通过罐发酵实验确定了CaCO3、NaOH溶液和氨水的最适中和剂浓度,并在最适浓度基础上考察了米根霉的菌体形态和发酵动力学,实现了NaOH溶液和氨水作为中和剂的半连续发酵,同时对其进行代谢通量分析。主要研究结论如下：1.通过单因素和正交试验,优化得出采用CaCO3、NaOH溶液和氨水作为中和剂时的培养基组成：(1)以CaCO3作为中和剂的最优培养基组成：葡萄糖120g/L, (NH4)2SO4 4.0g/L, KH2PO4 0.15g/L, NaH2PO4 0.20g/L, ZnSO4·7H2O 0.22g/L, MgSO4·7H2O 0.35g/L。(2)以NaOH溶液作为中和剂的最优培养基组成：葡萄糖120g/L, (NH4)2SO4 4.0g/L, MgSO4·7H2O 0.35g/L, ZnSO4·7H2O 0.22g/L, NaH2PO4 0.10g/L, KH2PO4 0.15g/L。(3)以氨水作为中和剂的最优培养基组成：葡萄糖120g/L, (NH4)2SO41.0g/L, MgSO4·7H2O 0.35g/L, ZnSO4·7H2O 0.22g/L, NaH2PO4 0.15g/L, KH2PO4 0.15g/L。2. NaOH溶液和氨水作为中和剂时,添加Ca2+后L-乳酸产量平均提高7.3倍；通过罐发酵得出米根霉发酵产L-乳酸的最适pH值为5.5±0.2, NaOH溶液、氨水溶液作为中和剂的最佳浓度分别为10mol/L、25%,通过摇瓶发酵试验得出CaCO3最佳浓度为60g／L；在最适NaOH溶液、氨水、CaCO3浓度基础上进行罐发酵得菌丝体小球直径分别为0.2-1.2mm、1.2-2.2mm、0.8-1.8mm,残糖分别为2.58g/L、1.37g/L、22.78 g/L, L-乳酸产量分别为74.34g/L、80.61g/L、75.80g/L,发酵强度分别为1.03g/(L-h)、1.12g/(L·h)、1.40g/(L·h);而使用NaOH溶液和CaCO3复合中和剂、氨水和CaCO3复合中和剂时发酵强度皆为1.18 g/(L·h),高于NaOH溶液、氨水的发酵强度,低于CaCO3的发酵强度。3.在米根霉半连续发酵过程中,使用NaOH溶液作为中和剂时,L-乳酸平均发酵强度为1.53g/(L·h),以氨水作为中和剂时,L-乳酸平均发酵强度为1.65g/(L·h),高于分批发酵的产酸强度。4.简单构建了米根霉As3.819胞内代谢网络模型。应用代谢通量分析法,分别以10mol/LNaOH溶液、25%氨水、60g/LCaCO3作为中和剂时不同发酵阶段胞内代谢通量分布的变化。以NaOH溶液为中和剂,第12h、36h、60h产物L-乳酸的流量速率分别为0.93mmol/g/h、2.05mmol/g/h和5.83mmol/g/h;以氨水为中和剂时,第12h、36h、60h产物L-乳酸的流量速率分别为1.48mmol/g/h、2.02 mmol/g/h、5.94mmol/g/h;以CaCO3作为中和剂,第12、30h、48h产物L-乳酸的流量速率分别是10.54mmol/g/h、4.72mmol/g/h、7.30mmol/g/h。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
致谢  9-16
第一章绪论  16-26
  1.1 乳酸的结构与理化性质  16-17
  1.2 乳酸的生产方法  17-18
    1.2.1 发酵法  17
    1.2.2 化学合成法  17-18
    1.2.3 酶法  18
    1.2.4 乳酸生产方法的比较  18
  1.3 L-乳酸的应用  18-20
    1.3.1 食品工业中的应用  18-19
    1.3.2 在医药工业中的应用  19
    1.3.3 在农业方面的应用  19
    1.3.4 在化学工业方面的应用  19-20
  1.4 国内外发酵生产L-乳酸的研究现状  20-22
    1.4.1 米根霉菌种选育方面的研究  20-21
    1.4.2 米根霉发酵产L-乳酸的研究现状  21-22
  1.5 代谢工程  22-25
  1.6 本论文研究目的、意义及主要内容  25-26
    1.6.1 研究目的和意义  25
    1.6.2 主要研究内容  25-26
第二章不同中和剂条件下发酵产L-乳酸的培养基条件优化  26-46
  2.1 材料与方法  26-28
    2.1.1 菌种  26
    2.1.2 试剂  26-27
    2.1.3 主要设备  27
    2.1.4 培养基  27
    2.1.5 培养方法  27
    2.1.6 检测方法  27-28
  2.2 实验方案  28-31
    2.2.1 以CaCO_3作为中和剂的培养基优化  28-29
    2.2.2 以NaOH溶液作为中和剂的培养基优化  29-30
    2.2.3 以氨水作为中和剂的培养基优化  30-31
  2.3 结果与讨论  31-45
    2.3.1 以CaCO_3作为中和剂  31-36
    2.3.2 以NaOH作为中和剂  36-40
    2.3.3 以氨水作为中和剂  40-45
  2.4 本章小结  45-46
第三章不同中和剂条件下发酵产L-乳酸的工艺条件研究  46-59
  3.1 材料与方法  46-49
    3.1.1 菌种  46
    3.1.2 试剂  46-47
    3.1.3 主要设备  47
    3.1.4 培养基  47-48
    3.1.5 培养方法  48
    3.1.6 检测方法  48-49
  3.2 实验方案  49-50
    3.2.1 pH值对米根霉菌体生长影响的研究  49
    3.2.2 中和剂浓度对L-乳酸产量的影响  49-50
    3.2.3 中和剂对米根霉菌体形态的影响  50
    3.2.4 米根霉发酵产L-乳酸动力学研究  50
    3.2.5 半连续发酵试验方法  50
  3.3 结果与讨论  50-57
    3.3.1 最适pH值确定  50
    3.3.2 中和剂浓度对L-乳酸产量的影响  50-52
    3.3.3 中和剂对菌体形态的影响  52-53
    3.3.4 单一中和剂的发酵动力学  53-55
    3.3.5 复合中和剂的发酵动力学  55-56
    3.3.6 不同中和剂的半连续发酵  56-57
  3.4 本章小结  57-59
第四章不同中和剂条件下发酵产L-乳酸的代谢通量分析  59-71
  4.1 米根霉菌体代谢网络的建立  59-64
  4.2 材料与方法  64-66
    4.2.1 菌种  64
    4.2.2 试剂  64-65
    4.2.3 主要设备  65
    4.2.4 培养基  65
    4.2.5 培养方法  65
    4.2.6 检测方法  65-66
  4.3 结果与讨论  66-70
    4.3.1 以NaOH溶液作为中和剂的代谢通量分析  66-67
    4.3.2 以氨水作为中和剂的代谢通量分析  67-69
    4.3.3 以CaCO_3作为中和剂时的代谢通量分析  69-70
  4.4 本章小结  70-71
第五章结论与展望  71-73
  5.1 结论  71-72
  5.2 展望  72-73
参考文献  73-77

米根霉发酵产L-乳酸的中和剂研究及代谢通量分析

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