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γ-氨基丁酸(GABA)是哺乳动物中枢神经系统重要的抑制性神经递质,具有镇静安神、促进睡眠、增强记忆力、治疗癲痫、降低血压、控制哮喘、调节激素分泌、促进生殖、肾肝功能活化等多种生理活性。利用食品安全级微生物乳酸菌发酵生产GABA已成为近年来的研究热点,但细胞固定化技术在这一方面的应用很少。本文系统地研究了采用纤维素硫酸钠(NaCS)-聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)微胶囊包埋短乳杆菌hjxj-01(Lactobacillus brevis hjxj-01)转化L-谷氨酸钠(L-MSG)生产GABA的过程,并探索了采用树脂吸附的原位分离技术与发酵相耦合生产GABA的新工艺,旨在提高发酵液中GABA的浓度、转化率及生产速率,降低产物对反应的抑制作用,简化产物的后续分离步骤,实现菌体的重复利用和连续化生产。对短乳杆菌hjxj-01进行了游离培养,考察了pH值、底物浓度、葡萄糖浓度、温度等因素对发酵的影响,确定了最优发酵参数:培养温度30℃,发酵液pH恒定在4.0,底物L-MSG 73.3g/L,葡萄糖浓度20g/L,静置培养5d。在此条件下,短乳杆菌浓度最高达到2.48g/L,发酵50h葡萄糖基本耗尽,此后GABA被大量合成。GABA最高产量达到41.3g/L。研究了用于包埋短乳杆菌hjxj-01的NaCS-PDMDAAC微胶囊的制备条件及其性能。制备得到的NaCS-PDMDAAC微胶囊为微白色半透明球体,平均直径2.82mm,机械强度良好,经过多批培养,胶囊仍保持完整。NaCS-PDMDAAC微胶囊与短乳杆菌hjxj-01有很好的生物相容性,L-MSG和葡萄糖等营养物质都可以顺利的从溶液中扩散进入NaCS-PDMDAAAC微胶囊。在摇瓶中进行了短乳杆菌微囊化培养,确定了合适的发酵条件,并考察了微囊化培养对菌体生长、底物消耗及产物生成的影响。结果发现,与游离培养相比,微囊化培养促进了短乳杆菌对底物L-MSG和葡萄糖的利用速率,从而提高了囊内短乳杆菌浓度及GABA的产量。微胶囊内短乳杆菌最高浓度达到21.9g/L,约为游离培养菌体浓度最大值的8倍;GABA最高产量达到50.1g/L。微囊化短乳杆菌具有良好的重复利用性,发酵进行10批后对底物的转化率仍在60%以上。以生物反应与分离耦合的集成化思路为指导,通过采用D001大孔强酸性阳离子交换树脂从反应体系中交换分离GABA,建立了原位分离技术耦合固定化短乳杆菌催化合成GABA的新方法。D001树脂对GABA有很高的静态交换容量,约为1.43mmol/g resin。在反应体系中原位添加10%(w/v)的D001树脂4h左右,底物L-MSG转化率达到100%,与之相比不添加树脂组5h时的转化率为81.4%,原位添加树脂的固定化细胞转化制备GABA不仅加快了底物的转化,还简化了GABA后续分离过程中的絮凝、脱色步骤。以氨水(2mol/L)对树脂进行静态解吸,产物GABA得到了初步的分离,回收率达到了93%。