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近年来,随着生物柴油的规模化生产,产生了大量副产物——甘油。甘油的有效利用也成为影响生物柴油企业发展的主要因素。因此,如何合理利用甘油,寻求甘油利用的新途径引起了人们的普遍关注。而3-羟基丙酸因其自身的优良性质可用于合成多种重要化工中间体,因此利用甘油合成下游产物3-羟基丙酸具有广阔的应用前景。本课题以提高3-羟基丙酸的产量为目标,对实验室构建的一株含有甘油脱水酶和醛脱氢酶的基因工程菌进行了发酵合成3-羟基丙酸的工艺条件研究。分别从基本培养条件、主要发酵参数控制策略及其补料工艺进行了考察,实验数据为重组大肠杆菌以甘油为原料合成3-羟基丙酸的研究奠定了一定的理论基础。论文首先采用单因素实验,优化了重组E.coli的发酵条件,获得最优培养基配方(g/L):甘油30,葡萄糖20,NaCl 1,MgSO4·7H2O 0.25,Na2HPO4·12H2O 22.7,KH2PO43,酵母膏 4.8,(NH4)2SO43.2,VB12 0.02;最佳发酵条件:培养基初始pH为7.0,摇瓶装液量80 mL/500mL,接种量为6%(V/V),种子培养时间为10h;选择了IPTG作为诱导剂,终浓度为1 mM,诱导温度为30℃。在最优条件下,3-羟基丙酸产量可达8.29 g/L,菌体量可达4.75 g/L,分别比优化前提高了 6倍和2.64倍。然后基于摇瓶的基础数据,详细考察了发酵罐分批发酵过程中的主要控制参数,包括pH、温度及溶氧的控制策略的影响。在3-羟基丙酸分批发酵过程中,得出以下结论:pH控制策略为0 h-5 h控制pH为6.5、5h-15h期间选择pH 7.0、15h-25h期间选择pH 7.5、在25h后选择pH 7.0。在此控制条件下,细胞干重比单一控制pH 7.0条件下提高了 21%;3-羟基丙酸产量提高了 18.54%;温度控制策略为在5小时前控制温度为37℃,在之后控制温度为30℃。在此控制条件下,细胞干重及3-羟基丙酸产量相对于30℃单一控制下分别提高了18.8%和6.8%。溶氧控制策略为单一控制溶氧为60%,细胞干重分别比单一控制溶氧为40%和20%高4%和18.47%;3-羟基丙酸产量分别比单一控制溶氧为40%和20%高5.7%和7.2%。最后,研究了 3-羟基丙分批发酵工程的补料工艺,考察了甘油添加和葡萄糖添加对发酵过程的影响。发现甘油和葡萄糖分批补加的最佳时机分别为选择甘油浓度下降至15 g/L开始补料;选择葡萄糖浓度下降至3 g/L开始补料。当采用甘油恒速补料流加时,细胞干重最大达到11.84 g/L,产物3-羟基丙酸产量达到16.45 g/L;葡萄糖恒速补料流加时,细胞干重最大值达13.27 g/L产物3-羟基丙酸为15.02 g/L;当葡萄糖和甘油混合补料时,最佳工艺为在8 h开始恒速流加葡萄糖,14 h开始恒速流加甘油,最后菌体干重最大达13.80 g/L,产物3-羟基丙酸最大产量达17.20g/L。本课题为重组大肠杆菌以甘油为底物合成3-羟基丙酸的研究奠定一定的理论基础,有助于进一步研究3-羟基丙酸合成的方法。