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赤藓糖醇是一种天然甜味剂,广泛应用于食品、化妆品、医药及饲料行业。微生物发酵法是目前赤藓糖醇的主要生产方法,其生产成本很大程度上取决于菌株合成和分泌赤藓糖醇的效率。本论文旨在通过实施微生物诱变选育、强化发酵过程控制以及改善菌株细胞通透性等策略促进赤藓糖醇合成和分泌。主要研究结果如下:(1)解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)的诱变选育及工艺优化。通过对原始产赤藓糖醇菌株解酯耶氏酵母进行ARTP诱变选育,获得了高产赤藓糖醇菌株解脂耶氏酵母JZ-204,产量比原始菌株提高了86.82%。在此基础上,对高产菌株JZ-204进行了单因素优化和正交试验,获得了摇瓶发酵赤藓糖醇的最佳条件为:接种量8%、起始pH 3、温度30℃、葡萄糖浓度250 g/L、装液量30 mL、摇床转速220 r/min。(2)通过两阶段调控葡萄糖浓度强化赤藓糖醇发酵过程的控制。本文在5 L发酵罐水平上研究了葡萄糖浓度对解脂耶氏酵母JZ-204发酵赤藓糖醇的影响。比较了不同初始葡萄糖浓度对解脂耶氏酵母菌体生长和赤藓糖醇合成的影响,结果发现,低初始葡萄糖浓度(100 g/L)有利于菌体生长,高初始葡萄糖浓度(300 g/L和400 g/L)有利于赤藓糖醇合成。基于此,提出两阶段葡萄糖浓度调控策略,即0 h时以初始葡萄糖浓度为100 g/L,22 h后通过补加葡萄糖使总糖量达300 g/L进行发酵。结果表明,与分批发酵相比(100 g/L、200 g/L、300 g/L和400 g/L),采用该策略,赤藓糖醇产量达到最高水平92.66 g/L,分别比分批发酵提高了1347.81%、84.54%、14.66%、7.57%;生产强度达到最高的0.48 g/(L·h),分别比分批发酵提高了300%、37.14%、29.73%、20.00%。该策略显著强化了解脂耶氏酵母JZ-204合成赤藓糖醇的效率。(3)改善菌株细胞通透性强化赤藓糖醇合成与分泌。考察了外源添加表面活性剂对赤藓糖醇发酵的影响,通过对SDS、CTAB、Triton X-100、吐温20、吐温40、吐温60、吐温80的不同种类表面活性剂的对比发现添加CTAB的效果最差,而添加吐温60的效果最好,其最佳添加剂量为6 g/L。在摇瓶水平上研究了吐温60的添加时间对赤藓糖醇产量的影响,结果发现在24 h添加吐温60时,可以获得最大的赤藓糖醇产量43.06 g/L。同时可以缩短发酵时间14 h。在此基础上,将该策略应用于5L发酵罐进行放大验证,结果表明,当添加2 g/L吐温60时,可使赤藓糖醇产量达到最高水平88.46 g/L,比对照提升了10.82%。为了揭示表面活性剂对细胞通透性的影响机制,对解脂耶氏酵母JZ-204细胞膜脂肪酸组成进行了测定。结果表明:表面活性剂吐温60的添加,会使细胞膜的不饱和脂肪酸含量增加10.69%,进而显著改善影响细胞膜的通透性,使胞内物质更易分泌胞外,弱化了产物反馈抑制效果,与此同时,由于胞外营养物摄取屏障的降低,促进了菌体生长和赤藓糖醇的合成。