链球菌分批发酵生产透明质酸及其动力学研究进展

透明质酸(HA)是一种具有特殊生理功能的高分子糖,在医药和化妆品工业中有着广泛的应用。本文综述了近年来透明质酸发酵研究的一些进展,并介绍了分批发酵中不同初糖浓度,pH,搅拌转速对菌体生长和产物形成过程的影响及透明质酸发酵动力学模型。      

透明质酸发酵过程的动力学模型

构建透明质酸发酵动力学模型可反映发酵过程中菌体生长量、基质消耗量及透明质酸产量之间的变化规律。采用兽疫链球菌（Streptococcus zooepidemicus）进行摇瓶发酵,利用MATLAB软件对透明质酸含量、还原糖残量、菌体量的实验数据进行了非线性规划,建立了透明质酸生成动力学的模型。对拟合值与实验值进行比较,发现其吻合度较好,相对误差＜5%。本模型适用于培养基初糖质量浓度＜30 g/L的分批发酵,为透明质酸的产业化生产放大、发酵过程的工艺设计和管理控制提供科学的依据。     

透明质酸分批发酵过程中温度的间歇控制

用兽疫链球菌进行摇瓶发酵,研究了30℃～40℃范围内不同温度对透明质酸(HA)分批发酵的影响,结果表明,34℃时菌体量最大,最大细胞干重为13.1g/L,38℃时HA的产量最高,其产量为82mg/100mL.在此基础上提出了分阶段间歇温度控制策略,通过L9(34)正交试验确定出最优的发酵条件为0～12h控制发酵温度为34℃,到12h时,改变发酵温度为40℃,14h时再改至34℃,这样每隔2h交替改变HA的发酵温度,直到发酵结束.在此间歇变温条件下发酵与恒温发酵相比HA产量提高了38.20%.     

透明质酸分批发酵的动力学模型

透明质酸是一种具有特殊生理功能的高分子多糖 ,在医药和化妆品工业中有着广泛的用途 .以兽疫链球菌 (Streptococcuszooepidemicus)为生产菌株 ,葡萄糖为碳源 ,在 2 .5L小型发酵罐上对发酵过程的动力学进行了研究 ,利用功能单元理论建立了以碳源为限制性底物的动力学模型 .采用计算机对实验数据进行的计算 ,拟合出模型参数 ;对模型的适用性进行考察 ,证明了该模型有较宽的适用范围 .     

生产透明质酸的兽疫链球菌NUF-035的筛选及摇瓶发酵条件

从肺炎患羊的肺叶中取得微生物 ,经菌落分离、镜检、生化反应鉴定 ,分离出兽疫链球菌 .通过正交实验确定摇瓶培养最优培养基为 :葡萄糖 6 0 g/L ,蛋白胨 10g/L ,酵母抽提物 10 g/L ,K2 HPO4 2 .0 g/L ,(NH4 ) 2 SO4 5 .0 g/L ,MgSO4 · 7H2 O 0 .5 g/L .筛选出Streptococcuszooepi demicucNUF 0 35菌株 ,该菌产生的粗品透明质酸的相对分子质量为 2 .11× 10 6 ,产量达 1.88g/L.     

半定量RT-PCR法测定链球菌透明质酸合酶mRNA的水平

根据透明质酸合酶基因序列及内参照GAPDH基因序列 ,设计目的基因和内参照的引物序列 ,探讨了PCR体系中适宜的退火温度、循环次数和Mg2 + 浓度。实验结果显示 ,要保证半定量RT -PCR的准确性与可靠性 ,目的基因及内参照基因的退火温度均可选择 5 0℃ ,它们的Mg2 + 浓度均选择 1.5mmol L ,目的基因的循环次数选择 30次 ,内参照基因的循环次数选择 35次。在上述适宜的RT -PCR条件下 ,测定兽疫链球菌中透明质酸合酶mRNA水平。     

添加有机前体物质对发酵生产HA的影响研究

研究了摇瓶发酵过程中添加物对兽疫链球菌Streptococcus zooepidemicus发酵生产透明质酸的影响。结果表明：在发酵5h时,装液量80mL／500mL,转速300rpm,添加1．0％的丙酮可以使HA产量提高23．25％。丙酮可以作为一种有效的添加物应用于HA的生产。     

半定量RT—PCR法测定链球菌透明质酸合酶mRNA的水平

根据透明质酸合酶基因序列及内参照GAPDH基因序列。设计目的基因和内参照的引物序列，探讨了PCR体系中适宜的退火温度、循环次数和Mg^2 浓度。实验结果显示，要保证半定量RT—PCR的准确性与可靠性，目的基因及内参照基因的退火温度均可选择50℃，它们的Mg^2 浓度均选择1．5mmol／L，目的基因的循环次数选择30次，内参照基因的循环次数选择35次。在上述适宜的RT—PCR条件下，测定兽疫链球菌中透明质酸合酶mRNA水平。     

响应曲面法优化兽疫链球菌变异株透明质酸发酵条件的研究

通过离子束诱变,获得了兽疫链球菌变异株T-07.根据单因素实验,发现影响兽疫链球菌变异株T-07透明质酸(HA)产量的关键因素为时间、温度和葡萄糖浓度.采用三因素三水平Box-Behnken实验设计,应用响应面分析法(RSM)对该变异株发酵生产HA的关键因素条件进行优化.经过优化,HA产量提高了3.0倍,在2.1g/L以上,实验值与预测值基本相符.     

透明质酸的生物技术生产及应用

糖胺聚糖(GAGs)是线性多糖,由重复的二糖单位(一个氨基糖和一个糖醛酸残基组成)构成。其中,透明质酸(HA)与其他GAGs不同,组成中无硫酸基。HA具有广泛的科学价值,应用于不同的生物医学领域。HA在生理条件下有多种不同的形式,有酸的形式或盐的形式如透明质酸钠,故将其命名为hyaluronan,本文将其简称为HA。此生物高聚物广泛分布于自然界,已证实其于脊椎     

纳豆菌分批发酵纳豆激酶动力学研究

通过三联30L全自动发酵罐对纳豆菌的分批发酵动力学进行了研究,结果表明,纳豆菌的生长与限制性基质葡萄糖浓度之间符合Logistic方程,建立了细胞生长、产物合成和基质消耗随时间变化的数学模型。应用MATLAB软件对发酵动力学模型进行最优参数估计和非线性拟和,获得最大比生长速率(μm)和产物得率(YP/X)分别为0.228h-1、5.835g/g,模型模拟计算结果与和实验值能较好地吻合,动力学研究结果表明该模型能较好地反映细胞的生长、底物消耗和产物合成过程机制。     

分批发酵和补料分批发酵结合生产透明质酸的研究

采用单一补料分批培养方式进行补料发酵时,对发酵过程中菌体生长,产物合成以及副产物的影响进行研究。结果表明:该方法可以通过改善发酵过程中环境条件,来提高透明质酸(HA)的产量。和分批发酵相比,发酵液中HA的量提高大约3.5%。HA发酵可以采用单一补料分批发酵的方法来提高生产强度,缩短发酵周期,有效地降低生产成本,是一种可以有效提高HA发酵生产性能指标的现代发酵技术。     

球形节杆菌C224分批发酵2-酮基-D-葡萄糖酸的条件优化及其动力学模型的构建

通过优化发酵条件,提高球形节杆菌C224菌株利用大米淀粉水解糖分批发酵2-酮基-D-葡萄糖酸的生产强度,并在此基础上构建其发酵动力学模型。在50 L的发酵罐上考察了通气量与葡萄糖浓度对2-酮基-D-葡萄糖酸发酵的影响,并基于Logistic方程、Luedeking-Piret方程和物料平衡计算分别构建了菌体生长、产物形成和底物消耗的动力学模型。研究结果表明,通气量低于1.5 v.v-1.m-1时,发酵生产强度明显减小,糖酸转化率有所降低;发酵培养基中的葡萄糖浓度以120.0～180.0 g/L为宜,过高或过低对生产强度和糖酸转化率均有不利影响。在适宜的发酵条件下,球形节杆菌C224菌株分批发酵生产2-酮基-D-葡萄糖酸的生产强度达6.36～6.54 g/(L.h),糖酸转化率为0.96～0.97 g/g。所构建动力学模型的计算值与实验值拟合效果良好,各项模型的相关系数R2均大于0.95,说明其能够揭示球形节杆菌C224分批发酵2-酮基-D-葡萄糖酸代谢基本特征。     

L-乳酸生产菌分批发酵动力学模型

对L-乳酸生产菌的分批发酵动力学进行了研究.通过对Logistic方程、Luedeking-Piret方程和LuedekingPiret-Like方程进行最优参数估计和非线性拟舍,得到了菌体生长、产物生成和底物消耗的动力学模型和模型参数.对动力学模型的拟合曲线进行分析,发现发酵实验值与拟合值能较好地拟合.结果表明,所建立的分批发酵动力学模型能较好地反映L-乳酸分批发酵过程.     

干酪乳杆菌非连续发酵生产L-乳酸的研究

对干酪乳杆菌非连续性发酵生产L-乳酸的研究结果表明,发酵过程中不添加补料,得到L-乳酸的最大浓度为76.9g/L,L-乳酸的产率为64.1%,最大细胞干重为6.5g/L。而发酵过程进行分批补料的试验结果证明,添加葡萄糖是发酵L-乳酸的有效方法,L-乳酸的最终浓度为90.7g/L,产率为75.5%,细胞干重为8.6g/L。L-乳酸产量提高了17.9%,细胞干重提高32.3%,L-乳酸纯度为95.7%。     

不同氮源对丙酮酸分批发酵的影响及动力学模型的建立

有机氮蛋白胨和无机氮(NH4)2SO4及其不同浓度进行丙酮酸分批发酵,测定了菌体浓度、产物浓度和基质浓度三项指标,从而推导出细胞生长、产物生成和基质消耗的发酵动力学方程和数学模型,其模拟曲线与实验值较好地相吻合,为产业化设计和生产提供了可靠的保障.     

γ-氨基丁酸分批发酵动力学的研究

对短乳杆菌产γ-氨基丁酸(GABA)的分批发酵动力学进行了研究.基于Logistic方程和Luedeking-Piret方程分别建立了菌体生长、产物合成及底物(葡萄糖、L-谷氨酸钠)消耗的动力学模型,并利用1 stopt软件对模型参数进行非线性曲线拟合.对实验值与模型值进行了验证比较,结果该组模型能较好的拟合发酵过程.进一步用该模型对发酵过程进行分析.     

发酵法生产L-苹果酸技术的研究

以延胡索酸为原料、温特曲霉AspergilluswentiiF-891为菌种,在500L,发酵罐中进行了液体深层发酵生产L-苹果酸的工艺研究,探讨了通风量、搅拌转速、温度、pH等因素对延胡索酸转化率、L-苹果酸产率的影响。确定了最优工艺条件,其中延胡索酸浓度11%,通风量1:1(培菌阶段)-1:1.25v/v/m(产酸阶段),温度30(培菌阶段)-25℃(产酸阶段),初始pH6.0-6.1,搅拌转速240r/min,发酵周期102h左右。延胡索酸平均转化率84.21%,平均产L-苹果酸11.13/100mL。     

曲酸的发酵法生产及其在食品加工中的应用

概述了曲酸发酵法生产的菌种选育、发酵法工艺、提取及精制及其在食品加工中的应用。