天然乳香香味剂3-羟基丁酮产生菌的构建及制备工艺的研究

来源 :江南大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:ZhangQin520
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
3-羟基丁酮(又名乙偶姻、乙酰甲基甲醇、英文名acetoin),具有令人愉快的奶油香气,天然存在于某些植物中如玉米、葡萄、可可、苹果、香蕉、草莓等,以及动物组织中,是一种令人喜爱的食用香料,是国际上应用广泛的常用香料品种。3-羟基丁酮还是一种重要的C4平台化合物,2004年美国能源部将其列为30种优先开发利用的平台化合物之一。3-羟基丁酮的生产方式包括化学合成法、酶法转化和微生物发酵法,目前,化学合成方法仍是3-羟基丁酮的主要生产方式,该方法存在着工艺复杂、生产成本高、环境污染严重等问题,也不符合天然、绿色、安全的消费理念,限制了其在食品、医药行业的应用前景;酶法转化由于高效生物酶获取困难限制了其工业化的应用;而微生物发酵法是以微生物为工具,利用可再生的生物质为原料,原料来源丰富、条件温和、环境友好、产品绿色安全,能从根本上改变化学合成法生产3-羟基丁酮所面临的资源与环境压力,是最具竞争力的生产方法。发酵法已成为3-羟基丁酮生产方法研究的热点。本研究利用随机诱变手段选育得到一株产3-羟基丁酮的高产突变株Bacillus subtilis SF3-102,针对菌株遗传改造、3-羟基丁酮发酵工艺及下游工程等开展研究,论文的主要研究结果如下:(1)前期工作中,从自然界中分离筛选获得了一株产3-羟基丁酮B.subtilis SF4-3,采用了传统的诱变手段包括紫外线、硫酸二乙酯和亚硝基胍对菌株进行随机处理,获得了一种3-羟基丁酮产量明显提高的突变株SF3-102;研究考察了环境条件和营养组分对菌株SF3-102代谢合成积累3-羟基丁酮的影响,其最适接种量为5%(v/v),最适培养温度为36-38℃,采用统计学手段对培养基组分的影响进行了考察,得到了最适的培养基组成:葡萄糖160 g/L,酵母膏6.5 g/L,玉米浆13 g/L,尿素3 g/L,Mn SO4 0.05 g/L,Fe SO4 0.05 g/L。在上述条件下菌株SF3-102摇瓶发酵3-羟基丁酮产量达到了60.64 g/L。(2)为了解析菌株SF3-102积累3-羟基丁酮的代谢机理,本研究使用Illumina Solexa技术对B.subtilis SF3-102进行全基因组鸟枪法de novo测序,拼装后最终得到10条scaffolds,共4,153,882 bp的数据,共有4545个开放阅读框架,其平均长度为798 bp,编码区域包含3,625,437 bp,占基因组数量的87.28%,并进行了蛋白编码基因的GO(Gene Ontology)注释、COG(Cluster of Orthologous Groups of proteins)的注释以及KO及Pathway注释,在上述分析的基础上,针对与3-羟基丁酮代谢的相关基因,将该菌株与NCBI中已经测序的枯草芽孢杆菌菌株168和BEST195进行了比较基因组学分析,确定了枯草芽孢杆菌菌株过量积累3-羟基丁酮相关的关键基因或操纵子上个别氨基酸的基因突变位点。(3)结合菌株SF3-102的3-羟基丁酮代谢网络及全基因组测序的研究,对菌株进行了分子改造。2,3-丁二醇作为3-羟基丁酮生产过程中的主要的副产物,是有3-羟基丁酮在丁二醇脱氢酶(BDH)的作用下转化而成,它的存在对3-羟基丁酮的产率及下游分离提取均有影响,因此,为切断2,3-丁二醇的合成或减少其积累,对BDH编码基因bdh A进行了敲除。考虑到该菌株的工业应用性,选用了一种无痕“Cre/lox”基因敲除系统,得到一株bdh A基因敲除后的菌株B.subtilis SFAP,摇瓶发酵实验表明2,3-丁二醇的产量由21.5 g/L降至6.1 g/L,3-羟基丁酮的产量提升了23.6%,产量达69.5 g/L,生产效率达0.97 g/L/h。(4)采用5L和50L全自动发酵罐对菌株SFAP 3-羟基丁酮发酵条件和控制进行了系统研究,重点考察了溶解氧(罐压、通风和搅拌)和p H对菌株3-羟基丁酮发酵的影响,确定了菌株SFAP生产3-羟基丁酮的具体控制策略和参数:发酵过程中控制溶解氧5-10%,以调控搅拌转速为主(400-500 r/min),调节通风量为辅(1.0-1.2 m3/h),前期菌体生长期,控制p H 6.5-7.0,后期产物形成期,控制p H 5.5-6.0。实验方案在1000L规模发酵罐上进行放大实验,平均发酵周期70.2 h,3-羟基丁酮产率64.84 g/L,转化率40.42%。5000L发酵罐生产性实验发酵周期平均68.3 h,最高产率64.90g/L。采用1000L发酵罐研究了3-羟基丁酮补料发酵工艺,确定了最佳补料方式,发酵周期78 h3-羟基丁酮最高产率78.9g/L。(5)针对生物法生产3-羟基丁酮的下游提取工艺进行了系统研究,确定了发酵液的预处理净化工艺。发酵液预处理采用陶瓷膜过滤,控制物料温度≤80℃,操作压力≤0.2MPa,膜面错流速度≤5 m/s;研究确定了过膜清液的脱色工艺,优选确定了脱色效果较好的活性炭型号ZX-303,脱色温度50-55℃,活性炭添加量0.8-1.0%,脱色时间20-25 min;重点研究了3-羟基丁酮的提取纯化工艺,比较研究了精馏、加盐精馏和萃取等分离技术在3-羟基丁酮分离纯化中的应用,确定了3-羟基丁酮下游分离提取的工艺路线,获得了生物发酵法3-羟基丁酮二聚体结晶产品,纯度达99.0%以上。研究构建了3-羟基丁酮生产菌株,建立了3-羟基丁酮的发酵工艺及提取工艺路线,为生物法生产3-羟基丁酮奠定了基础。
其他文献
类PSE禽肉现象影响冷鲜肉的感官品质,降低消费者的购买欲望,损害禽肉加工功能特性和降低产品出品率,在世界各个国家禽肉工业中普遍发生,越来越受到肉品科学研究人员和禽肉生
目的:介绍一种治疗皮肤烧伤的外用制剂--烧伤油.方法:建立烧伤油的制备工艺、质量控制方法,并对其临床应用进行考察.结果:烧伤油质量稳定,有抗感染、成痂、收敛、止痛等作用.
激励的实质就是心理满足。使用激励方式的途径就是利用运动员对自身满足感的要求来强化其学习动机,诱发其学习行为。能力靠培养,调动积极性靠激励。而能力的培养必须以调动积
以铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和小球藻(Chlorella vulgaris)为研究对象,分别测定加入光合细菌液0.001mL、0.01mL、0.1mL、0.25mL、0.5mL、0.75mL、1mL、1.5mL、2.5mL、3.5mL、5mL
西兰花中硫代葡萄糖苷(简称硫苷)是一类含氮和硫的次生代谢产物,其在黑芥子酶(MYR)作用下生成异硫氰酸酯、硫氰酸盐、腈类和2-S恶唑烷等。萝卜硫苷(GRA)是西兰花中含量最多的
【正】今年4月1日,福建平潭海域发生沉船事故,一艘载有750吨化学品的商船触礁。这条新闻的悬念很多,比如商船触礁,船员能否安全获救?化学品有无泄漏,是否会污染周边海域和空
阐述二甲硅油在肠道准备中的作用。介绍了肠道准备的要求、效果评价、常用的肠道准备药物及优缺点、二甲硅油的作用以及其在肠道准备中的效果评价。提出二甲硅油有效的祛泡作
临床医学教育的主要目标是提高医学生对基础知识的认知、培养医学生临床诊疗思维、强化临床技能和培养医学人文精神等,其中实习在整个临床医学教育过程中占有非常重要的地位[
目的:研究下颌骨骨折后用钛合金微型夹板内固定治疗方法的适应症及疗效。方法:自1996年起我院共收治了98例下颌骨骨折的患者,对其中38例采用钛合金微型夹内固定治疗,并对其疗效进
目的确定安神口服液中大黄素的含量测定方法.方法采用高效液相色谱法.固定相:Hypersil ODSC18色谱柱(4.6 mm×250 mm,10μm);流动相:甲醇-0.1%磷酸溶液(85:15);检测波长: