L色氨酸发酵条件研究毕业论文.doc
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1、目 录中文摘要1英文摘要21 引言31.1 L-色氨酸性质、意义的研究31.1.1 L-色氨酸的理化性质31.2 L-色氨酸的用途41.2.1 作为食品添加剂41.2.2 医学应用41. 2.3 抗抑郁症41.2.4 对睡眠的影响41.2.5 抗高血压作用41.2.6 对机体镇痛功能的影响41.2.7 作为饲料添加剂41.3 研究动机42 实验方法62.1试验材料62.1.1茵种62.1.2菌种培养基62.1.3 发酵培养基62.2试验方法62.2.1 茵种的获得62.2.2 50-L罐发酵62.2.3菌株接种量对发酵效果的影响62.2.4 pH的确定72.2.5温度的确定72.2.6通风量对
2、于产酸影响72.2.7通过搅拌转速来控制发酵液里的溶氧水平72.2.8不同的Kla水平对于菌体生长和积累L-色氨酸的影响82.3 正交试验83 实验结果与分析93.1菌株接种量对发酵效果的影响93.2 pH的确定93.3温度的确定93.4通风量对于产酸影响103.5通过调节搅拌的转速来控制发酵液里溶氧水平的效果113.5.1溶氧控制113.6不同的溶氧水平对于菌体的生长和L-色氨酸的积累影响123.7 正交试验133.8验证试验144 结论154.1无机盐对发酵的影响164.2关于生长因子的影响164.3泡沫的影响16谢辞17参考文献18 L-色氨酸发酵条件研究摘 要:详细介绍了L - 色氨酸
3、的理化性质及其在食品、医药、饲料等方面的用途。在摇瓶发酵实验的基础上, 对L-色氨酸生产菌TQ2223 的50L 罐发酵条件进行了优化。对谷氨酸棒杆菌TQ2223发酵的接种量、发酵温度和溶氧浓度等条件进行了研究。结果表明:该菌株的最佳发酵培养基组成为葡萄糖30 gL、苯丙氨酸0.2 gL、酪氨酸0.29 gL、玉米浆25 mlL; 最佳发酵条件为pH值6.8,温度35,接种量lO,溶氧浓度控制在20-30。以摇瓶分批发酵最优条件为基础,对菌株TQ2223进行了50L发酵罐分批发酵试验,以分批发酵最优条件为依据,对菌株TQ2223进行了补糖、补氨和全组分补料的摇瓶分批发酵试验,最佳初糖浓度为80
4、g/L,50L罐的不同补糖方式分批发酵结果,在此基础上进行了50L发酵罐补料分批发酵试验,发酵72h产L-色氨酸最高达12.7g/L。关键字:L-色氨酸;发酵;应用;发酵罐;发酵条件;补料分批发酵。Study on the fermentation conditions of L- tryptophanAbstract:The physiological properties of L-tryptophan and the good prospect in the fields of food, medicine and feed additives are introduced in the
5、 paper.Basing on the experiment of ferment in the fermente,the ferment conditions of L-tryptophan producing bacteriumTQ2223 aas optimibed.Corynebacterium glutamicum TQ2223 was L-tryptophan fermentation producing strain.The fermentation condition such as inoculum size ,temperature and dissolved oxyge
6、n concentration were studied.The results showed that the best fermentation medium included 30gL ducose, 0.2 gL phenylalanine,0.29gL tyrosine,25 mL/L corn steep liquor; The best fennentation conditions were pH6.8 at 35 with 10 of inoculum sizeThe dissolved oxygen concentration was 2030Based on the ab
7、ove oPtimum condition,the bateh fermentation was Performed with strain TQ2223 in 50-literfermentor.Fed batch fermentation was studied with strain TQ2223 according to the oPtimum condition of batch fermentation.The oPtimum initial glucose coneentration was 80g/1 in shake flask fed bateh fermentation.
8、Through feeding amonia the value of PH was controlled for 7.07.2.The intermittent glueose feeding was Performed . The result of batch fermentation by different Glucose feeding in 50-literfermentator. Based on the above exPeriment,fed bateh fermentation in 30-liter fermentor was Performed.The ferment
9、ation kinetics was researehed,which could refleet the fermeniation Proeess very better.It could Produee L-tryPtoPhan 12.7g/L of the highest after fermentation for 72hours.Key words:L - tryptophan;fermentation;advance;fermenter;fermentation conditiom;fed bateh fermentation.L-色氨酸发酵条件研究1 引 言1.1 L-色氨酸性质
10、、意义的研究L-色氨酸是重要的氨基酸,广泛应用于医药、食品和饲料添加领域1。近年来,饲料产业国内外发展迅速,在医药工业上L-色氨酸的用途在不断扩大,而且目前国内还不能大规模的生产,因此使其成为一种国内上的产品、国际市场上市场需求较大发展前景良好。若生产L-色氨酸的发酵法可以产业化生产取得了成功,将获得较大的经济效益。1.1.1 L-色氨酸的理化性质 游离或结合态的色氨酸广泛存在于生物物质之中,成为动物和人类所必需的8 种氨基酸之一,必须从膳食中摄取,人体不能够制造它。17 种氨基酸之中,它不但是结构较复杂的一种,而且是具有多个方面生化生理功能的惟一的一种氨基酸了。色氨酸有很多代谢的途径,许多物
11、质的可把它作为前体物质来代谢,尼克酸是其中的代表之一2。L - 色氨酸化学名称可以为L - 氨基和吲哚基丙酸3,L - - (3 - 吲哚基) - - 丙氨酸,又名为L - 胰化蛋白氨基酸:分子的量为:204. 23, 分子式:C11H12N2O2。L - 色氨酸化学结构式如图1-1。如图1-1 L - 色氨酸化学结构式L - 色氨酸可在碱液中比较得稳定,但是当存在其他的氨基酸或糖类时则易分解,迅速加热时将于210 发黄,290 会分解4。它具有3 种属于光学的异构体,可以长时间的进行光照着色。L - 色氨酸和水共热能够有少量吲哚产生,如在NaOH、CuSO4 存在下加热,则产生较多量吲哚。1
12、.2 L - 色氨酸的用途在医药、食品、饲料等领域L - 色氨酸有着极其重要的用途。但是过高的价格会使色氨酸在饲料添加剂方向上的应用严重受到影响。日本、美国将L - 色氨酸主要投入在医药和饲料领域,如果是可以开发出价廉且质优的L - 色氨酸的产品,将会具有广阔的市场前景。1.2.1 作为食品添加剂在生物体内,从L -色氦酸出发可合成吲哚乙酸、5 - 羟基色胺、色素、烟酸、生物碱和辅酶等生物活性物质5。现在不少国内外地区都已经把它作为食品添加剂了,用来增强机体对蛋白质的应用率,并且可以强化食品提高植物蛋白的转化率的作用。此外,它具有消毒和阻止氧化等的作用,作为一种鱼类的冷藏保鲜剂。1.2.2 医
13、学应用目前,在静脉营养输液方面L - 色氨酸得到应用,在欧美一些国家已经把这些广泛的应用于临床了,它对于失眠症、抑郁症、高血压及止痛等也具有很好的治疗效果。1.2.3 抗抑郁症有人发现抑郁症患者脑中的5 - HT 功能不足,但在用过L - 色氨酸后,脑里游离的L - 色氨酸的含量相对升高,脑里的5 - HT 的浓度相应也会升高,从而病情得到显著缓解,因此英国已经把L - 色氨酸列为抗抑郁剂。1.2.4 对睡眠的影响催眠的效果L - 色氨酸也具有。安定类和巴比妥类是常用的镇静催眠药,巴比妥类毒副的反应较大,而安定类容易出现依赖性。而L - 色氨酸可以作为一种天然的营养素,安眠效果更为理想。它可以
14、使睡眠潜伏期时间缩短,慢波睡眠将延长,醒觉时间也相对减少,增加总睡眠量,对于难以入睡、早醒、多梦等多种睡眠障碍都有效。L - 色氨酸也可以用于合成5 - 羟基色胺,即脑白金6。1.2.5 抗高血压作用L - 色氨酸对于心血管系统的功能的影响主要表现在对血压上7。5 - HT 具有中枢性养神效果,L - 色氨酸的这种作用与它的增加脑内5 - HT 的合成有关,并且可起到缓解精神、降低神经中枢的兴奋性;可去除高的血压患病发生的心因性因素,起到降压的作用。1.2.6 对机体镇痛功能的影响目前发现,脑内5 - HT 减少后,痛觉将敏感,补充5 - HT 过后不仅有抗痛的作用,而且还能增加像吗啡、美沙酮
15、等镇痛药的效果。在人体补充L - 色氨酸时,血中5 - HT 含量会增高,对于关节痛、神经痛及肌肉痛等有显著的止痛效果。1.2.7 作为饲料添加剂L - 色氨酸可以说是继赖氨酸和蛋氨酸之后的第三大饲料添加氨基酸,而且从营养学角度看,L - 色氨酸也是很重要的一种必需的氨基酸8。5 - 羟色氨酸代谢产物在动物体内能断奶、增强密度等应激效果,并且有促进 - 球蛋白的产生和增强畜体抗病力的效果。L - 色氨酸的生产成本在逐渐的降低,在日本和欧美已经开始应用于猪饲料中。1.3 研究动机目前,欧美各国利用L一色氨酸的营养补品己经大量上市了,然而今后主要增长是饲料用的部分。人们一直在期望L一色氨酸能够继赖
16、氨酸、蛋氢酸之后,能成为食品及饲料添加剂的第三种氨基酸9。基于目前我国对直接发酵法生产的L一色氨酸的研究和生产水平与国际同行有较大差距,因此开展L一色氨酸高产菌的选育与发酵条件的究对我国氨基酸发酵行业的发展具有长远的意义。2 实 验 方 法2.1 试验材料2.1.1 茵种 提供的菌株为谷氨酸棒杆菌TQ2223,该菌株作为生产色氨酸的菌株。2.1.2 菌种培养基组成为葡萄糖40gL、硫酸铵5 gL、玉米浆30mLL、酵母粉6gL,pH值6.87.0,混匀后于O.1 MPa灭菌30min。2.1.3 发酵培养基组成为葡萄糖30 gL、苯丙氨酸0.2 gL、酪氨酸O.29L、玉米浆25 mLL、pH
17、值6.87.O。底糖单独0.1 MPa灭菌30min;其他加水混匀后0.1 MPa灭菌30 min;流加糖为浓度70的葡萄糖(质量体积比),流加糖0.1 MPa灭菌30min。2.2 试验方法2.2.1茵种的获得培养从生长良好的谷氨酸棒杆菌TQ2223的活化培养基斜面刮一满环TQ2223菌苔,转入装有100mL种子培养基的无挡板三角瓶(容量500mL)中,用9层纱布封口,置于巡回式摇床上,振荡培养。2.2.2 50-L罐发酵将菌种液通过火圈直接接种至50-L发酵罐中,装液量23L,温度自控,自动流加氨水控制pH值,起始通风量为500 Lh,流加“泡敌”消泡,通过流加葡萄糖、控制不同的搅拌转速及
18、通风量来实现不同的溶氧。溶氧为相对溶氧水平,将饱和溶氧设定为100即培养基未接种时,发酵的过程中显示出来进行记录的溶氧水平称为相对于饱和溶氧的百分数。2.2.3 菌株接种量对发酵效果的影响菌种发酵的过程中,菌株的接种的量若是太少,菌体的增长就会变得缓慢,培养得时间就长,从而使发酵的周期得以延长,同时可以降低菌种的活力,不能够得到很高产酸水平;过大的接种量,虽然可以缩短菌体生长时间,但是会因菌体的数量增长的过快及随着接种而转入过多代谢废物,导致菌种较易衰老,不会利得到产酸水平的提高;适当的接种量能够保证合理的缩短发酵的周期,又可以得到较高发酵产酸水平10。因此适当的接种量对于色氨酸的发酵很重要,
19、确定菌株色氨酸TQ2223发酵最佳的菌种接种量,设接种量在试验中取5、8、10%、12和155个处理,其他的发酵条件设为pH值为6.8、温度为35、溶氧浓度为305(常规的溶氧条件),重复做3次。然后计算48 h的平均的产酸量,进而确定最佳接种量。2.2.4 pH的确定pH对微生物生长及代谢产物形成都具有很大的影响。以pH为6.2、6.5、6.8、7.1、7.4作为发酵条件,做单因素的试验,通过计算48 h的平均的产酸量,进而确定最佳pH值。2.2.5 温度的确定酶受热而容易失活,即温度越高,失活的越快,菌体也越容易衰老。温度还可以通过影响如基质和氧的溶解从而间接影响发酵液的性质。用发酵时的温
20、度为28、30、32、34做单因素试验,计算48 h平均产酸量,从而确定最佳的温度。2.2.6 通风量对于产酸影响色氨酸发酵应属于好氧性发酵,溶解氧对于色氨酸的发酵有密切的关系,因此发酵的过程中应该保证通风,用来满足菌种的生长及产酸的需要11。简单而言,可以选用固定的摇床和恒定的转速,在500ml的三角瓶里装进不同量的培养基的方法-来间接改变通风量。可以分别以10ml、15ml、20ml、25ml、30ml、35ml做单因素实验,测得48 h平均产酸量,再计算确定最合适的通风量。2.2.7 通过调节搅拌转速来控制发酵液里的溶氧水平根据文献,调节空气的流量来控制发酵液里溶氧效果是不佳的,过大的通
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