解脂亚洛酵母联产酮酸的发酵优化和分离提取

发布时间：2020-10-27 05:31

　　 α-酮戊二酸(α-KG)和丙酮酸(PYR)作为重要的有机酸,在食品、化工、医药领域具有广泛的应用。这两种酮酸具有较高的商业价值(12-15$·kg~(-1)),价格远高于其他有机酸。目前,利用解脂亚洛酵母发酵法生产α-KG是最具竞争力的生产方法。但是在生产α-KG的过程中,不仅会积累一定量的PYR,而且发酵周期较长,间接增加了生产成本。为了使生产效益最大化,本文对解脂亚洛酵母发酵联产两种酮酸进行了优化,并研究对比了三种不同的分离纯化方法对发酵液中酮酸分离效果的影响,建立了简单高效分离发酵液中的α-KG和PYR的方法。主要研究成果如下:(1)以本研究室前期筛选的诱变菌株Yarrowia lipolytica WSH-Z06 C3为出发菌株,来高效联产α-KG和PYR。在摇瓶水平上比较了氮源浓度、接种量对酮酸联产的影响,确定了种子液最佳氮源添加量为4 g·L~(-1),最佳接种量为12%。在15 L发酵罐水平上比较了溶氧控制参数和硫胺素浓度对酮酸联产的影响。结果表明,溶氧水平控制在50%时,发酵96 h酮酸总产量高达53.4 g·L~(-1),通过两阶段溶氧调控,酮酸总产量高达64.7 g·L~(-1),比未调控前提高了21.2%。硫胺素最佳浓度为0.2?g·L~(-1),α-KG和PYR分别高达24.5 g·L~(-1)、53.7 g·L~(-1)。与未优化的对照相比,酮酸总产量提高了57.9%。(2)利用离子交换法分离发酵液中的α-KG和PYR。比较了8种不同类型的离子交换树脂对酮酸吸附的影响,筛选出了一种优先吸附α-KG的D318树脂。考察了接触时间、温度以及pH对D318树脂静态吸附酮酸的影响,并比较了动态洗脱条件(洗脱剂的选择、洗脱剂的浓度、pH、流速)对D318树脂洗脱分离α-KG和PYR的影响。结果显示D318树脂不能有效地分离发酵液中的α-KG和PYR。(3)结合钙盐沉淀法和有机溶剂萃取法分离发酵液中的α-KG和PYR。比较了三种钙盐对发酵液中的α-KG的沉淀效果,确定CaCO_3为纯化α-KG的最佳沉淀剂,α-KG的纯度和回收率分别高达84.5%、99.2%。但分离两种酸时发现,在偏中性和高温条件下,PYR由于不稳定易聚合,钙盐沉淀法不适合于两种酮酸的分离。又比较了不同有机溶剂对α-KG的提取效果,确定乙酸乙酯为纯化α-KG的最佳萃取剂,此过程中,α-KG和PYR的最终收率分别为92.5%、89.2%。在高真空条件下蒸馏PYR继续进行分离,纯度可达99.2%和98.5%。(4)利用吸附层析法分离发酵液中的α-KG和PYR。比较了两种吸附剂以及三种洗脱体系对酮酸分离的影响,确定了硅胶为最佳吸附剂,乙酸乙酯与石油醚的混合溶剂为最佳洗脱体系。比较了径高比、流速、硅胶目数以及上样方式对酮酸分离的影响。吸附层析最佳过程参数为:径高比为1/4,洗脱流速为7 mL·min~(-1),硅胶目数为200-300目,上样方式为湿法。最后将层析柱扩大到?50?500 mm,α-KG的纯度和回收率分别为86.7%和98.7%,PYR的纯度和回收率分别为70.9%和99.1%。
【学位单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ920.6
【部分图文】：

仅为 0.41 g·g-1。与化学方法相比，此转化率太低，距离工业化，一些学者尝试将光滑球拟酵母(Torulopsis glabrata IFO 0005)的遗传表征，如 L-精氨酸的营养缺陷型[30]，L-缬氨酸和 L-异亮氨物转化率提高到 0.52-0.54 g·g-1之间。虽然转化率得到了提高率还是有待提高。李寅等通过筛选得到一株以氯化铵为唯一氮rata WSH-IP12)，并且 PYR 产量和底物转化率都得到了有效提0.62 g·g-1[32]。紧接着，王翠花等不仅获得一株高产 PYR 的光滑球并对其进行了发酵条件优化，PYR 的产量和转化率均得到了1、0.87%[33]。再加上微生物发酵法对环境污染小、具有环保性法生产酮酸还是非常有竞争力的生产方法。酸和丙酮酸联产的必要性酵母(Yarrowia lipolytica)是常用的生产酮酸的菌株，其代谢途有的文献报道中可以发现，在利用解脂亚洛酵母发酵过程中，生一定量的 PYR。

江南大学硕士学位论文第三章 结果与讨论的过程优化氮源浓度优化于发酵产酸效果有很大的影响，当种子液的活而且还能维持较强的产酸能力。而在整个种子的重要组成部分，主要用于微生物的生长和含白粉为氮源，考察了 5 种不同的氮源浓度对于酮酸的积累的差异化比较，来确定种子培养基不同氮源浓度下，α-KG 的产量没有明显的变而有所下降。从酮酸联产的总产量来说，当氮量达到最大，分别为 13.1 g·L-1，12.1 g·L-1。综

图 3-2 接种量对发酵联产酮酸的影响Fig. 3-2 Effect of inoculation concentration on fermentation(a)初始 OD 值为 5；(b)初始 OD 值为 15■：α-KG；■：PYR；□：菌体干重由图 3-2b 可知，当初始接种量 OD 值为 15 时，接种体积为 6%时，酮酸总产量最大，为 23.9 g·L-1。但是从初始接种量 OD 值的角度来比较，很明显可以观察到。始接种量 OD 值为 5 时的酮酸的总产量普遍高于初始接种量 OD 值为 15 时的酮酸量。可能是初始接种量过高会导致菌体利用甘油快速生长，而不利于有机酸的积累菌体量过低，甘油利用率降低，也会延长整个发酵周期。综合考虑，初始 OD 值为 5种量 12%为最佳接种条件。.1.3 不同溶氧水平下酮酸联产的发酵情况氧是影响微生物生理和代谢的重要环境因子。尤其在微生物发酵过程，溶氧会影酵的稳定性[69]。再加上实验菌株Yarrowia lipolytica WSH-Z06 C3属于好氧菌株，溶平的变化会影响菌体的生长、代谢途径以及产物积累情况。所以本实验在15 L发酵平上考察了在4种不同溶氧水平条件下(10%、30%、50%、75%)对Yarrowia lipolyt
【参考文献】

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1 苗诗轩;宋亮;李红;李学兵;邢立淑;李明时;;Mo-V-Nb多组元氧化物催化乳酸氧化脱氢反应制备丙酮酸[J];无机化学学报;2014年06期

2 王小波;韩梅;钱和;张伟国;;氮源种类及溶氧水平对锁掷酵母产类胡萝卜素组分的影响[J];工业微生物;2013年06期

3 占宏德;李江华;刘龙;堵国成;陈坚;;离子交换法纯化α-酮戊二酸[J];食品与生物技术学报;2013年10期

4 胡靖;邱树毅;吴海;胥思霞;王晓丹;;离子交换法吸附分离黄水中的有机酸[J];酿酒科技;2012年05期

5 in-Oh Baek;Jeong-Woo Seo;Ohsuk Kwon;Su-Il Seong;Ik-Hwan Kim;Chul Ho Kim;;奇异变形杆菌的L-氨基酸脱氢酶在大肠杆菌中的异源表达和鉴定[J];生物工程学报;2008年12期

6 王翠华;李友元;陈长华;李啸;;温度对丙酮酸生物合成动力学、能荷和氧化-还原度的影响[J];生物工程学报;2006年02期

7 马利,张阳,杨基础;Purification of Lactic Acid by Heterogeneous Catalytic Distillation Using Ion-exchange Resins[J];Chinese Journal of Chemical Engineering;2005年01期

8 李寅,傅为民,陈坚;离子交换法从发酵液中提取丙酮酸[J];无锡轻工大学学报;2001年04期

9 邵泽川,贾伟,田耕,李书红,王景成;丙酮酸钙的应用与生产[J];食品科学;2000年03期

10 吴鹏,张东明,张庆波;短程蒸馏原理及工业应用[J];化工进展;2000年01期

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1 占主星;生物基丁二酸的分离提取研究[D];华东理工大学;2015年

本文编号：2858115