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脱氮假单胞菌产维生素B₁₂发酵过程中甜菜碱作用机理及其补料策略的研究

作　者: 赵琳琳
导　师: 黄明志
学　校: 华东理工大学
专　业: 生物化工
关键词: 脱氮假单胞菌甜菜碱维生素B12 氧消耗特性
分类号: TQ924
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

维生素B12是一种重要的生物活性物质,广泛应用于医药、食品等各个领域。利用脱氮假单胞菌发酵生产维生素B12的过程中,甜菜碱是产物合成的前体,对菌体的生理代谢有显著影响,研究甜菜碱在发酵过程不同阶段的作用并合理优化甜菜碱的补料策略对维生素B12的高效生产有着重要的意义。通过在培养基中同时添加全标记的葡萄糖和未标记的甜菜碱,研究了甜菜碱在发酵过程菌体生长阶段的代谢情况。对尾气二氧化碳和菌体蛋白氨基酸的标记丰度信息进行了综合分析,结果表明,在菌体生长阶段有大量的甜菜碱被分解,作为碳源底物进入到中心代谢过程被用于菌体合成。在产物合成阶段,分别考察了分批补料和连续补料策略下不同的甜菜碱浓度对维生素B12合成的影响。结果表明,在保持足够的甲基供应的前提下,较低浓度的甜菜碱有利于维生素B12的合成。对胞内外产物浓度的比较发现,在产物大量合成期,低浓度甜菜碱能够明显促进胞外产物的积累。通过过程质谱仪对发酵过程尾气的在线实时分析,发现甜菜碱对菌体的氧利用有快速的刺激作用。对胆碱、甲硫氨酸、甘氨酸、脯氨酸和谷氨酸等与甜菜碱结构或功能相类似物质的作用效果分析表明,甜菜碱的这种刺激作用可能是由于其能缓解高渗透压对细胞呼吸代谢的抑制作用。在摇瓶实验中,当不添加甜菜碱时,发酵过程pH明显下降,并有乳酸生成。根据上述结果,优化了甜菜碱补料工艺,将初始培养基中甜菜碱浓度从15g/L降到了3g/L,在发酵过程中控制甜菜碱浓度在2-3g/L。新工艺与原工艺相比,菌浓增加了10.5%,维生素B12产量增加了23.8%。

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