基于途径分析的L-苏氨酸发酵过程优化

合集下载

L-苏氨酸发酵种子培养基及培养条件的优化

L-苏氨酸发酵种子培养基及培养条件的优化摘要：采用正交试验设计对菌株ＷＳ４００６－７Ｅ－ＮＵＴ－２１Ｌ－苏氨酸发酵的种子培养基进行优化，同时对影响种子生长的条件如种子培养时间、种子液初始ｐＨ值、种子装液量等进行了研究，最终确定了Ｌ－苏氨酸发酵的最优种子培养条件。

确定了种子培养基的最佳组成为葡萄糖３０ｇ／Ｌ、硫酸铵３ｇ／Ｌ、玉米浆４０ｇ／Ｌ、酵母膏５ｇ／Ｌ；种子的最佳培养条件为２５０ｍＬ的三角瓶中装液量２５ｍＬ，种子培养基的初始ｐＨ值７．０，培养时间１６ｈ，接种量１０％。

关键词：Ｌ－苏氨酸；发酵；种子培养基；培养条件；优化Ｌ－苏氨酸是一种必需氨基酸，被广泛应用于生产食品、医药、饲料添加剂等［１］。

近年来，随着人民生活水平的提高和养殖业的迅速发展，苏氨酸的需求量大增，但是受技术限制，国内苏氨酸的产量较小，生产工艺和产品质量均不成熟，绝大部分的需求依赖进口［２］。

目前，微生物发酵法以其生产成本低、节约资源、环境污染小等优点成为工业化生产苏氨酸的主要方式。

微生物发酵种子培养的目的是在较短的时间内获得大量健壮活跃的种子，为后续发酵产物的形成打下坚实的基础，若种子质量异常，会给发酵造成极大的影响［３］。

而获得优良种子的主要因素包括选用合适的种子培养基及良好的种子培养条件。

对Ｌ－苏氨酸生产菌ＷＳ４００６－７Ｅ－ＮＵＴ－２１的种子培养基及部分培养条件进行了研究，旨在为Ｌ－苏氨酸的工业化生产提供理论依据。

１材料与方法１．１材料１．１．１菌株Ｌ－苏氨酸产生菌ＷＳ４００６－７Ｅ－ＮＵＴ－２１为从江苏畜牧兽医职业技术学院生物技术实验室保存的菌株ＷＳ４００６中分离诱变选育得到的菌株，初步鉴定为嗜麦芽寡养单胞菌（Ｓｔｅｎｏｔｒｏｐｈｏｍｏｎａｓｍａｌｔｏｐｈｉｌｉａ）。

１．１．２培养基［４］基础种子培养基：葡萄糖４０ｇ／Ｌ，硫酸铵４ｇ／Ｌ，玉米浆３０ｇ／Ｌ，酵母膏５ｇ／Ｌ，Ｋ２ＨＰO４１ｇ／Ｌ，ＫＨ２Ｐ０４１ｇ／Ｌ，ＭｇＳ０４·７Ｈ２００．２５ｇ／Ｌ，Ｆｅ２ＳO４·７Ｈ２O ０．０１ｇ／Ｌ，ＭｎＳO４·Ｈ２Ｏ０．０１ｇ／Ｌ，ｐＨ７．０，１１５℃灭菌１５ｍｉｎ。

大肠杆菌工程菌K12△dapA发酵产L-苏氨酸培养基的优化

ｓｄｅ．ＴｅｐｏｏｔｎｂｔｅｎｓｅｄｕａｄｆｒｅｔｔｎｍｅｉｍｆｔｅｅｇｎｅｉｇｓｒｉＫ１ｄｐｗｓｔｉｄｈｒｐｒｏｅｗｅｅｄｍｅｉｍｎｅｕｉｍｎａｉｄｕｏｈｎｉｅｒｔｎｏｎａ２ＡａＡａ
文章编号：０６００（０１０— Ｉ —３１０—６Ｘ２１）３０１０９
ＯｐｉｉａｉｎｏｒｅｔｔｎＭｅｉｍｏｇｎｅｉｇＳｒｉ２ｄｐｔｍｚｔｏｆＦｅｍｎａｉｄｕｆｒＥｎｉｅｒｎｔａｎＫ１ａＡｏＡ
（ａｇｕｉａＨｕｂｎｒＪｎｓｍｌｓａｄｙ＆ＶｔｉａｏｅｅＴｉｏ２３０ＰＣｉＡｎｅｒｒＣｌｇ，ａｈｕ２５０，Ｒ）ｅｎｙｌｚ
Ａｂｓｒｃ：Ｔｅｂｔｈｆｒｎａｉｎｃｎｉｏｓｏｎｉｅｒｇｓｒｉ２ＡｄｐｏｓｈｒｉｏｉｉｈｋａｋｗｅｅｔａｔｈａｃｅｍｅｔｔｏｄｔｎｆｅｇｎｅｉｔｎＫ１ａＡｆＥｃｅｗｈａｃｌｎｓａｅｆｓｒｏｉｎａｌ
ｓｅｕｔｒｏｄｔｎｎｅｅｔｔｎｃｎｉｏｓｗｒｌｏｓｕｉｄＵｎｅｈｐｉｚｄｃｎｉｏｓｂｔｈｆｒｅｔｔｎｅｄｃｌｅｃｎｉｏｓａｄｆｒｎａｉｏｄｔｎｅｅａｓｔｄｅ．ｄｒｔｅｏｔｕｉｍｏｉｍｉｅｏｄｔｎ，ａｃｅｉｍｎａｉｏｏｔｉ．ｏｉＫｌｄｐｉｈｋａｋｆｒ７ｏｌｒｄｃ — ｈｅｎｎｉ．／，ｉｈｉｃｅｓｄｂ．ｔｓｆｒｎＥｃｌＡａＡｓａｅｆｓｏ２ｈｃｕｄｐｏｕｅＬｔｒｏｉｅｗｔ８２ｇＬｗｈｃｎｒａｅｙ１２ｉｓａ２ｎｌｈｍｅ

L-丝氨酸发酵生产菌发酵条件的优化

三角瓶中，７℃下，转速为２０ｒｍｉ３在２／ｎ的摇床上培养２。２ｈ
１３分析方法．
丝氨酸虽然可从蚕丝水解液中提取，是该方但
条件对菌体生长和一氨酸生产的影响，丝以期得１３１茵体生长测定方法吸取０２ｍＬ样品．．．到实验条件下生产一氨酸的最佳培养基的组液滴加到５ｍＬ０２ｌＬ盐酸溶液中，匀，丝．５ｍｏ／摇采
模的工业生产．论是蛋白水解法还是微生物发无
１２培养方法．
酵法，获取Ｌ一氨酸都非常困难，些决定了其丝这价格昂贵，市场上非常昂贵的氨基酸之一．是
一
将菌种 —ｓｒｅ７ｅｉ３接种到ＬｎＢ液体培养基上，５℃下，转速为２０ｒｍｉ摇床上培养３在２／ｎ的
成和发酵条件．用７１分光光度计，ｍ光程在波长６０ｎ处２１ｃ０ｍ测定Ｏ值．Ｄ１３２ｐ测定方法用精密ｐ试纸和酸度计．．ＨＨ
氨基酸因其具有许多重要的生理功能和
精１／ＭｇＯ．／Ｋ２Ｏ１０ｇＬ；５ｇＬ，Ｓ４０ｇＬ，ＨＰ４．／培养１
作用而广泛应用于医药、妆品等行业［，：化卜如
条件：５２０ｍＬ三角瓶装液量为３０ｍＬ，床转速摇应用于配置复方氨基酸输液特别是第三代氨基酸为２０ｒｍｉ，养温度３２／ｎ培５℃ ，培养时间１．０ｈ发输液以及营养增补剂；于合成多种丝氨基酸衍酵培养基：米浆４／味精２／ＭｇＯ用玉０ｇＬ，５ｇＬ，Ｓ生物，括抗癌、滋病新药及基因工程用保护氨包爱

一种基于our控制模式的l-色氨酸发酵优化的方法

一种基于our控制模式的l-色氨酸发酵优化的方法
基于our（溶氧利用率）控制模式的l-色氨酸发酵优化方法是
针对l-色氨酸发酵过程中的溶氧供应进行优化，以提高发酵产
量和效率。

下面是一种可能的优化方法：
1. 设计合适的反应器：选用具有良好气液传质性能的反应器，如气液分离塞孔式反应器。

2. 温度控制：确保发酵过程中的温度保持在最适合细菌生长的范围内。

一般来说，大多数l-色氨酸生产菌种的适宜生长温度
在35-37摄氏度之间。

3. 控制通气量：通过调节通气量，使溶液中的溶解氧浓度维持在合适的水平。

通气量的控制可以根据不同的菌株和发酵过程进行优化，在保证溶解氧供应的同时，尽量降低能耗。

4. 混合方式优化：采用合适的搅拌方式和参数，确保菌体和底物均匀分布以及充分混合，从而提高溶解氧的传递效率。

5. 适当的底物浓度：根据菌株的特性和发酵的需求，确定合适的底物浓度，以最大限度地提高产量和效率。

6.实时监测和控制：通过实时监测溶解氧浓度、酸碱度、温度、底物浓度等参数，并根据反馈信息进行相关参数的调整和控制，以实现优化控制。

7. 优化培养基配方：调整培养基成分的配比，以满足菌株的生长和代谢需求，提高l-色氨酸产量和效率。

8. 适当的发酵时间：根据菌株的生长速率和特性，确定合适的发酵时间，以达到最大产量和效率。

以上方法是一种基于our控制模式的l-色氨酸发酵优化方法的基本思路，具体实施时可根据具体情况进行调整和优化。

发酵法L-苏氨酸生产研究

发酵法L-苏氨酸生产研究摘要L-苏氨酸是一种重要的工业原料,它作为食品及饲料添加剂广泛应用于饲料、保健食品和医药工业。

本文介绍了发酵法生产L-苏氨酸的详细工艺,并对工艺流程的进行了的介绍,同时也对生产成本进行了分析。

本文对于L-苏氨酸发酵生产有很好的指导作用。

关键词L-苏氨酸;发酵;流程;成本1 苏氨酸市场需求情况L-苏氨酸是人体必需的氨基酸之一,人体自身不能合成,必需从食物中摄取,它作为食品及饲料添加剂广泛应用于饲料、保健食品和医药工业。

近年来,苏氨酸生产增长迅速;使用植物型饲料,成畜必须添加赖氨酸和苏氨酸。

目前全世界苏氨酸的需求量不应低于8万t/年,缺口较大,且每年将以10%~12%的速度递增。

在医药方面,苏氨酸是氨基酸大输液的主要成分之一。

常用于手术前后、创伤、烧伤、骨折、营养不良、慢性消耗性疾病等的辅助治疗,是临床用量很大的品种。

发酵法生产苏氨酸,其优点是可利用廉价的葡萄糖原料直接生产产品,菌种特性专一,发酵液中几乎不含其它氨基酸,提纯后产品质量好,成本低,易于大规模生产。

选择具有国际先进水平高产酸、高转化率基因工程菌种,生产苏氨酸,不但附加值更高,而且能够发挥氨基酸发酵企业自身的优势,改变氨基酸发酵企业产品单一,利润较薄的状况。

2 发酵法L-苏氨酸生产工艺情况以淀粉为原料,经液化、糖化制得高质量糖液,既而经苏氨酸基因工程菌通过种子罐、发酵罐发酵、发酵结束的苏氨酸发酵液膜过滤后的清液经脱色、浓缩、结晶、干燥、包装得到L-苏氨酸产品;膜过滤后的滤渣经浓缩、喷雾造粒、筛分、干燥、包装得L-苏氨酸菌体饲料蛋白产品。

苏氨酸发酵菌种可采用国外具有世界领先水平高产酸、高转化率菌种。

3 发酵法L-苏氨酸技术特点发酵法L-苏氨酸生产可采用国内外发展成熟的先进技术,使L-苏氨酸生产工艺达到更高水平。

1)制糖可采用美国高效喷射液化技术和复合酶糖化技术,提高淀粉—糖的转化率和DE值,降低生产成本;2)发酵可采用先进的培养基连消技术,高精度空气膜滤技术,采用高糖流加技术,全面采用自控技术,严格控制发酵参数在理论范围,确保发酵指标;3)可采用先进的膜分离技术,去除发酵液中L-苏氨酸菌体及部分蛋白质,以利提高提取收得率和L-苏氨酸质量,同时L-苏氨酸菌体及蛋白生产L-苏氨酸菌体饲料蛋白产品,有利于降低生产成本;4)普遍采用热偶联、二次蒸汽多次利用、用蒸汽泵进行真空冷却、高压蒸汽拖动空压机组、水多次利用、中水回用等节能措施,省汽省电省水。

大肠杆菌工程菌K12_dapA发酵产L_苏氨酸培养基的优化_杨晓志

0.6
240
80
8
160
10
21
1
80
60
9
170
45
3
1.4
140
40
10
180
25
18
1.8
200
20
注：葡萄糖、硫酸铵、玉米浆、KH2PO4 添加量单位为 g/L、蛋氨酸、生物素添加量为 μg/L。
加量以与所添加的硫酸铵达到相同的含氮质量为准。将菌种接入不同成分的种子培养基上，培养至对数生长中后期，接入发酵培养基，发酵 72 h，以产酸为指标，其结果如图 1、2 所示。
studied. The proportion between seed medium and fermentation medium of the engineering strain K12 △dapA was optimized by using orthogonal design method, uniform design method, SPSS software and MDAS software. Meanwhile, the seed culture conditions and fermentation conditions were also studied. Under the optimized conditions, batch fermentation of strain E.coli K12△dapA in shake flask for 72 h could produce L-threonine with 8.2 g/L, which increased by 1.2 times than before.
据处理系统和均匀设计试验方法和分析系统（MDAS）获得了该菌株种子培养基与发酵培养基优化配比，并对种子培养条件与发

L-苏氨酸摇瓶发酵动力学研究

琼脂２．，Ｈ．７２１５Ｃ，ｍｎ冷却至５￣时加入００ｐ７０～．，１￣３ｉ，００Ｃ硫酸链霉素溶液，终浓度为５Ｕｍ。使最０／Ｌ（）瓶种子培养基（／）蔗糖４．，Ｎ０２摇ｇＬ：００（Ｈ）ｓ
目前Ｌ一苏氨酸生产方法主要是微生物发酵法。
而微生物发酵过程具有多样性、合性、变性和非线性耦时等特点。由于很少人在摇瓶发酵过程中研究合成产物
中图分类号文献标识码Ａ文章编号１０７３（０１２４００７— ７１２１）３— ０— ３
Ｋｉｅｉｓｏ — ＴｈｒｏｎｎｅＦｌｓＦｅｍｅａｉｎｎｔｃｆＬ — ｅｉａｋｒｎｔｔｏ
ＷｅｇＳｎｓｅｇｅ１ｎｏｇｈｎｔａ．
ｔｅｆｒｅｔｔｏｏｅｓａｈｅｋｉｅｉｓｍｅｃｎｓｖｒｌ．ｈｅｍｎａｉｎｐｒｃｓｎｄｔｎｔｃｈａｉｍｅｙｗｅ１Ｋｅｏｄｓ：ｒｏｉｅ；ｎｔｃ；ｎｌｎａｅｒｓｉｎｙｗｒＴｈｅｎｎＫｉｅｉｓＮｏｉｅｒｒｇｅｓｏ
Ｌ一苏氨酸（ —Ｔｒｎｅ，Ｗ．．ｏｅＬｈｅｉ）是ｏｎＣＲｓ在纤维蛋白水解物中分离和鉴定出来… 。化学名称为Ｏ一氨基一ｐ一ｔ
ＮＨ４１１０，Ｃ．ＫＨ２Ｏ４１５，２Ｏ４．ＭｇＯ４‘ Ｐ．ＮａＨＰ５，Ｓ３７Ｈ２０．，Ｏ１

L_丝氨酸发酵生产菌发酵条件的优化

文章编号:1004-4736(2007)04-0011-04L -丝氨酸发酵生产菌发酵条件的优化张佑红*,王新彬,吴元欣(武汉工程大学化工与制药学院,湖北省新型反应器与绿色化学工艺重点实验室,湖北武汉430074)摘　要:通过单因子实验对产L -丝氨酸羟甲基转移酶的基因工程菌发酵生产L -丝氨酸的培养基组成及培养条件进行了研究,得到了优化后的培养基及培养条件.经过优化后的培养基组成为味精25g/L ,玉米浆40g /L ,K 2HPO 41.0g /L ,M g SO 41.0g /L .其最佳培养条件为500mL 三角瓶装液体积50mL ,摇床转速220r /min ,培养温度37℃,pH 值7.5,种子培养时间10h ,发酵培养时间22h .在上述最佳条件下,发酵液中L -丝氨酸的质量浓度为25.97g /L ,比优化前提高了45.1%.关键词:L -丝氨酸;发酵;优化;味精;玉米浆;磷酸氢二钾中图分类号:T Q 920.6 文献标识码:A收稿日期:2007-04-30作者简介:张佑红(1964-),男,湖南浏阳人,特聘教授,博士.研究方向:生物技术.*通讯联系人0　引　言L -氨基酸因其具有许多重要的生理功能和作用而广泛应用于医药、化妆品等行业[1～4],如:应用于配置复方氨基酸输液特别是第三代氨基酸输液以及营养增补剂;用于合成多种丝氨基酸衍生物,包括抗癌、爱滋病新药及基因工程用保护氨基酸等.由于L -丝氨酸在微生物体内处于中间代谢,停留时间短,自然筛选的微生物不能适应大规模的工业生产.无论是蛋白水解法还是微生物发酵法,获取L -丝氨酸都非常困难,这些决定了其价格昂贵,是市场上非常昂贵的氨基酸之一.L -丝氨酸虽然可从蚕丝水解液中提取,但是该方法收率低,成本高,利润薄.在国外,L -丝氨酸是利用构建的基因工程菌进行批量生产[2,5,6].发酵法生产L -丝氨酸采用了具有高活性丝氨酸羟甲基转移酶(SHMT )的甲醇同化菌由甘氨酸生产丝氨酸的办法[6～8].本研究通过单因子实验,探索了碳源、氮源、磷酸盐等培养组成和培养条件对菌体生长和L -丝氨酸生产的影响,以期得到实验条件下生产L -丝氨酸的最佳培养基的组成和发酵条件.1　实验部分1.1　材料1.1.1　菌种　从SHMT 的基因工程菌中筛选得到,标记为L -serine37#,由武汉友芝友保健乳品有限公司提供.1.1.2　培养基　种子培养基:玉米浆30g/L,味精15g/L,M gSO 41.0g /L,K 2HPO 41.0g/L;培养条件:250mL 三角瓶装液量为30mL ,摇床转速为220r /min,培养温度35℃,培养时间10h.发酵培养基:玉米浆40g /L,味精25g /L,Mg SO 41.0g /L ;K 2HPO 41.0g /L ;培养条件:500m L 三角瓶装液量为50mL,摇床转速为220r/min,培养温度37℃,培养时间22h.1.2　培养方法将菌种L -serine37#接种到LB 液体培养基上,35℃下,在转速为220r /min 的摇床上培养10h ;将经LB 液体培养基培养好的菌种转接到装有30mL 种子培养基的250mL 三角瓶中,35℃下,在转速为220r/min 的摇床上培养10h;把种子培养液接入装有50mL 发酵培养基的500mL 三角瓶中,37℃下,在转速为220r/min 的摇床上培养22h.1.3　分析方法1.3.1　菌体生长测定方法　吸取0.2m L 样品液滴加到5mL 0.25mol/L 盐酸溶液中,摇匀,采用721分光光度计,1cm 光程在波长600nm 处测定OD 值.1.3.2　pH 测定方法　用精密pH 试纸和酸度计测定.1.3.3　L -丝氨酸含量测定　采用纸层析分离、茚三酮显色、剪纸比色法实施.第29卷第4期武　汉　工　程　大　学　学　报 V ol.29　No.42007年07月 J.　W uhan Inst.　T ech. Jul.　20072　结果与讨论2.1　玉米浆对L -丝氨酸发酵的影响碳源是菌体生长的能量和合成L -丝氨酸碳架的来源,是发酵培养基的重要组成成分之一.糖类、脂肪、某些有机酸、某些醇类和烃类等均可用作碳源.本研究的L -丝氨酸发酵是直接发酵,在发酵培养基中添加不同量的玉米浆,探讨其对L -丝氨酸发酵的影响,实验结果见图1.图1　玉米浆对L -丝氨酸发酵的影响F ig .1　Effect of source o f cor nstarch on L -serinefer mentat ion 由图1可知:只有当玉米浆的添加量比较合适时,产酸最高.玉米浆添加量过低,营养不足;过高则产生底物抑制作用.添加40g /L 的玉米浆时,发酵液中L -丝氨酸的质量浓度最高.2.2　味精对L -丝氨酸发酵的影响氨基酸发酵不同于其它类型的发酵,发酵培养基中必须含有较高浓度的氮源,以满足菌体生长和氨基酸合成的需要.氮源不足势必会造成氨基酸积累量的下降.在发酵培养中添加味精将起到氮源的作用,不同的味精添加量将会对发酵液中L -丝氨酸的质量浓度产生不同影响,实验结果见图2.图2　味精对L -丝氨酸发酵的影响F ig.2　Effect of gourmet pow der on L -serinefermentatio n 由图2可知:随着味精添加量的增加,发酵液中L -丝氨酸的质量浓度增加,添加25g /L 味精时,发酵液中L -丝氨酸的质量浓度最高.当味精添加量再增加时,发酵液中L -丝氨酸的质量浓度下降,原因可能是底物产生抑制作用.2.3　磷酸盐对L -丝氨酸发酵的影响在发酵培养基其它成分不变的情况下,以磷酸氢二钾做为磷源,并以不同的添加量添加到发酵培养基中,测定发酵液中L -丝氨酸的质量浓度,实验结果见图3.图3　K 2HP O 4对L -丝氨酸发酵的影响Fig .3　Effect of K 2HPO 4on L -serine fermentatio n 由图3可知:添加不同量的K 2HPO 4对L -丝氨酸发酵将产生较大的影响,当添加1.0g /L 的K 2HPO 4时,发酵液中L -丝氨酸的质量浓度最高.2.4　pH 值对L -丝氨酸发酵的影响微生物正常生长需要一定酸碱度(常用pH 值来表示).pH 值对微生物的生长和代谢产物形成都有很大的影响,不同种类的微生物对pH 值的要求不同,即使是同一种微生物,由于pH 值的不同,产物积累量也不同.图4为不同初始pH 值对L -丝氨酸发酵的影响.图4　初始pH 对L -丝氨酸发酵的影响Fig.4　Effect of initial pH v alue on L -serinefermentation由图4可知:当pH 值为7.5,发酵液中12武汉工程大学学报第29卷L -丝氨酸的质量浓度最高,因此,本实验中最佳的pH 值为7.5.2.5　温度对L -丝氨酸发酵的影响温度对发酵的影响是多方面的,对菌体生长和代谢产物形成的影响是由各种因素综合表现的结果.为使菌体的生长速度最快和代谢产物的产率最高,在发酵过程中必需选择最合适的温度.不同温度对L -丝氨酸发酵的影响结果见图5.图5　温度对L -丝氨酸发酵的影响F ig .5　Effect of temperature on L -serine fermentation由图5可知:L -丝氨酸发酵最适温度为37℃,在此条件下,发酵液中L -丝氨酸的质量浓度最高.2.6　摇瓶中装液量对L -丝氨酸发酵的影响溶氧(DO)是需氧微生物所必须的.在发酵过程中有多方面的限制因素,而溶氧常常是最易成为控制因素.L -丝氨酸发酵为好氧发酵,种子在生长过程中需要有一定的溶氧,而装液量是影响溶氧的因素之一.在摇瓶中不同装液量对L -丝氨酸发酵结果的影响见图6.图6　装液量对L -丝氨酸发酵的影响F ig .6　Effect of the amount of liquid o n L -serinefer mentation由图6可知:500m L 三角瓶中装液体积为50mL 时,发酵液中L -丝氨酸的质量浓度最高.2.7　摇床转速对L -丝氨酸发酵的影响摇床转速的大小也是影响溶氧的因素之一.转速过低,溶氧较小,菌种生长缓慢;转速过大,会对菌体产生破坏.不同摇床转速对L -丝氨酸发酵结果的影响见图7.图7　摇床转速对L -丝氨酸发酵的影响Fig.7　Effect of r otatio n speed on L -serinefer mentation 由图7可知:当摇床的转速为220r /min 时,发酵液中L -丝氨酸的质量浓度最高.2.8　优化前、后的发酵曲线优化前、后发酵曲线分别见图8(a)和8(b).图8　优化前后菌种的发酵曲线Fig .8　F rementation curv es before and after theo ptimization 由图8可知:优化后菌种的OD 、发酵液中L -丝氨酸的质量浓度有所提高;优化前、后发酵液中L -丝氨酸的质量浓度分别为17.89g /L 和25.97g/L,优化后发酵液中L -丝氨酸的质量浓度比优化前提高了45.1%.13第4期张佑红,等:L -丝氨酸发酵生产菌发酵条件的优化3　结　语通过单因素实验,得到L-Serine37#最佳发酵培养基配方:味精25g/L;玉米浆40g/L; K2HPO41.0g/L;M gSO41.0g/L.优化后的培养条件:500m L三角瓶的装液体积为50m L;摇床转速220r/min;培养温度37℃;pH值7.5;培养时间22h.在上述条件下,发酵液中L-丝氨酸的质量浓度最高为25.97g/L,比优化前提高了45.1%.这为工业化生产L-丝氨酸提供了参考.参考文献:[1]　蒋　滢.氨基酸的应用[M].北京:世界图书出版公司,1996.[2]　张伟国.氨基酸生产技术及其应用[M].北京:中国轻工业出版社,1997.[3]　天津轻工业学院,大连轻工业学院,无锡轻工业学院.工业发酵分析[M].北京:轻工业出版社,1980.[4]　潘家秀,任梅轩,徐俊杰,等.蛋白质化学研究技术[M].北京:科学出版社,1973.[5]　Keune H,Sahm H,Wag ner F.P roductio n ofL-serine by the methanol utilizing bacter ium,Pseudom onas3ab[J].A pplied M icr obiolog y andBio technolog y,1976,2(3):175-184.[6]　Hsiao H Y,Wei T,Campbell K.Enzymaticpro duct ion of L-ser ine[J].Biotechnolo gy andBio eng ineering,1986,28(6):857-867.[7]　卢　发,张伟国.L-丝氨酸产生菌的分离筛选及发酵条件[J].食品与生物技术学报,2005,24(2):46-49.[8]　谭慧林,崔春生,杨海燕,等.L-丝氨酸摇瓶条件的优化[J].新疆农业科学,2006,43(2):148-150.Optimization of fermention conditions of a strain for L-serine productionZHANG You-hong,W ANG Xin-bin,WU Yuan-xin(School o f Chemical Engineering and P har macy,W uhan Institute of T echnolo gy,Hubei Key Lab of N ovel Chemical Reactor and Gr een Chemical T echnology,W uhan430074,China)Abstract:The effects of ferm ention conditions on L-serine produced by serine hydroxy methyl trans ferase (SHM T)genetic eng ineering strain w ere investigated through the sing le factor.T he results show ed that the optimized components of the medium w ere:gourmet pow der25g/L,cornstarch liquor40g/L,K2HPO4 1.0g/L,Mg SO41.0g/L.T he optimum conditions w ere:50mL medium in500mL Erlenmeyer flask, rotation speed of220r/min,culture tem perature of37℃,pH value of7.5,the seed culture time of10h, and the fermentation time of22h.Under the optim ized conditions,the maximum mass concentration of L-serine w as25.97g/L,w hich is increased by45.1%.Key words:L-serine;fermention;optim ization;gourmet pow der;cornstarch liquor;dipotassium hy drogen phosphate本文编辑:传一点14武汉工程大学学报第29卷。

基于代谢计量分析的L-苏氨酸发酵过程优化

我们对利用葡萄糖和蔗糖进行微生物法发酵生产Ｌ－苏氨酸进行了代谢计量分析，基于代谢计量分析结果研究了葡萄糖、蔗糖对Ｌ－苏氨酸发酵的代谢规律，并对发酵过程进行了优化。
１材料及方法
１．１材料Ｌ－苏氨酸生产菌ＴＲＦＣ（大肠杆菌突变菌）为天津科技大学
体的代谢，满足菌体正常的生长及代谢需要。在微氧或缺氧条件
下，葡萄糖主要通过磷酸戊糖途径来满足菌体的生长及代谢需
要［６］。而蔗糖是二糖，转化为单糖后被菌体利用。可由下式表示：
Ｃ１２Ｈ２２Ｏ１１（蔗糖）＋Ｈ２Ｏ→Ｃ６Ｈ１２Ｏ６（葡萄糖）＋Ｃ６Ｈ１２Ｏ６（果糖）（１）由图１得出，微生物的自身生长、繁殖和代谢产酸均需底物
及转化的苏氨酸占总量的摩尔比率，最大理论值分别为２４．１％、１７．８９％；种子及发酵培养基中葡萄糖与蔗糖的添加比例分别
为２∶８、８∶２时得到最优值，Ｌ－苏氨酸最终产量为７０ｇ／Ｌ。
［关键词］Ｌ－苏氨酸；代谢计量分析；葡萄糖；蔗糖
［中图分类号］ＴＱ９２２．９
［文献标识码］Ａ
代谢控制发酵研究室保藏菌株。１．２培养方法
种子培养：吸取适量无菌生理盐水于活化斜面中，将所有菌
悬液全部接入５Ｌ种子罐中，搅拌转速３００～７００ｒ／ｍｉｎ，通过自动流加氨水控制ｐＨ值为７．０，培养温度３７℃。
１０Ｌ罐发酵：按１％接种量将种子液接入发酵罐中，初始通风量２Ｌ／ｍｉｎ，搅拌转速５００～８００ｒ／ｍｉｎ，通过自动流加氨水控制ｐＨ值为７．０，培养温度３７℃，以泡敌消泡，发酵到一定时间流加补料液。发酵过程中每隔一定时间取样进行各项参数测定。１．３分析方法１．３．１ｐＨ值用酸度计测定。１．３．２菌体生长吸取样品菌液，用蒸馏水稀释一定倍数，以蒸馏水作为空白对照，采用７５２分光光度计测定Ｄ６００ｎｍ值。１．３．３葡萄糖用生物传感仪测定。１．３．４Ｌ－苏氨酸含量用Ｅｌｉｔｅ－ＡＡＡ氨基酸分析系统测定。１．４Ｌ－苏氨酸生物合成代谢计量分析

L_苏氨酸工业生产发酵条件优化研究

由图 5、图 6、图 7 可知, 按 2、3、4供氧, 菌体生长和
发酵产酸远远高于方式 1, 说明提供 10% 以上的溶解
氧有利于菌体生长和产酸。 L 苏氨酸是天冬氨酸族氨
基酸, 其前体物草酰乙酸主要由对氧浓度要求高的
TCA 循环和磷酸烯醇丙酮酸羧化反应提供, 充分供氧,
在发酵培养基中添加 0 2% 生长促进剂的同时, 以复合糖代替葡萄糖作为初糖, 观察糖液初始浓度对 L 苏氨酸产量的影响。在发酵培养基中分别加入不同量的复合糖, 使初始糖浓度分别为 40、50、60、70g /L, 当
54
该复合糖主要由多糖、单糖、焦糖及活性因子组成, 由图 1~ 4 可以看出来, 复合糖使菌体量与发酵产酸都有所提高, 这主要是因为 L 苏氨酸生产菌对糖类的转运能力很强, 使得大量的碳源营养容易进入细胞。由于 L 苏氨酸生产菌的氧化磷酸化和 TCA 循环的能力有限, 造成碳代谢流在糖酵解途径中过量, 必须通过分泌部分氧化的副产物才能使碳代谢流得到平衡, 而乙酸就是其中的主要副产物 [ 4] 。基质中乙酸浓度过高对生物产能具有抑制作用 , [ 1] 最终将导致细胞生长缓慢或停滞。而使用多糖作碳源时, 多糖在菌体内被缓慢分解为单糖, 糖酵解作用相对比较温和, 不会出现碳源在糖酵解途径中过量的情况, 而且复合糖中的活性因子有利于菌体的生长代谢, 增加了菌体的氧化磷酸化和 TCA 循环的能力, 加快了 L 苏氨酸的产生。大于 60g /L 的初糖虽然前期促进了菌体的生长, 但过量的多糖和活性因子对菌体代谢有抑制作用, 结果形成了中后期菌体不产酸的情况。因此复合糖添加控制在初糖浓度为 60g /L 时, 菌体量比较合适, 同时有利于菌体代谢和提高产酸率, 发酵液 L 苏氨酸含量可达到 109g /L。 2. 3 溶解氧控制对发酵过程的影响

L—丝氨酸产生菌的选育及发酵条件优化的研究

L—丝氨酸产生菌的选育及发酵条件优化的研究随着经济和科学技术的不断发展，极大地促进了社会发展，促进了我国农业和工业的发展。

特别是对工业化的发展产生较大影响，增加了对L-丝氨酸的需求量。

为了促进工业社会的可持续发展，发挥L-丝氨酸的最大效力。

文章主要就L-丝氨酸产生菌的选育及发酵条件优化进行分析和研究。

标签：L-丝氨酸；产生菌；选育发酵；条件优化；分析研究前言L-丝氨酸是一种化学物质，其自身存在不同化学元素，包括氨基元素和甘油酸等等元素整合而成，甘油酸元素是L-丝氨酸的主要元素，也是L-丝氨酸不可缺少的元素。

L-丝氨酸，其也被叫做生糖性的氨基酸，在当下社会中的食品领域和医药、农业、工业等领域广泛应用，具有较好的实际应用性。

1 L-丝氨酸阐述L-丝氨酸具有化学性质，其在当下我国的不同领域发挥着主要作用，保证在工业领域和食品领域，饲料的制作与化妆品的研究等等工作中发挥着不可替代的作用。

利用L-丝氨酸需要较多的财务支出，增加了生产的压力。

L-丝氨酸主要是由氨基和甘油酸等等物质构成，随着社会的各行各业的不断发展，不同领域对L-丝氨酸的需求不斷增加。

但是L-丝氨酸的价格较高，这是导致L-丝氨酸的使用率降低的主要原因。

因此，需要增加对于L-丝氨酸开发，增加对L-丝氨酸产生菌的选育及发酵条件的关注度，来营造良好的发酵环境。

L-丝氨酸的合成方法具有多样性的特点，包括利用蛋白质来进行水解的方法，利用蛋白质来进行酶法，利用以往的L-丝氨酸合成方法和化学方法结合的形式，来进行合成。

对于L-丝氨酸来说，其具有中间性，在对L-丝氨酸进行发酵作业时，需要利用间接的形式来进行发酵。

在L-丝氨酸的产生前期，在L-丝氨酸不同物质中增加发酵元素，来减低L-丝氨酸的财务支出力度，保证L-丝氨酸的实际应用价值。

2 选育和发酵条件优化的阐述2.1 L-丝氨酸产生菌选育L-丝氨酸产生菌选育主要包括以下几点内容。

其一，对浓度较高的甲醇性L-丝氨酸产生菌选育作业。

一种基于our控制模式的l-色氨酸发酵优化的方法

一种基于our控制模式的l-色氨酸发酵优化的方法
基于our (oxygen uptake rate) 控制模式的 L-色氨酸发酵优化方
法可以通过以下步骤进行：
1. 设计our控制模式：首先确定生物反应器需要的最佳氧气摄
取速率 (our)。

our控制模式可以基于已有的实验数据或模型开发，以确定在不同发酵阶段的our目标值。

2. 优化生物反应器操作参数：利用our控制模式，不断调整发
酵过程中的操作参数，例如进气速率、搅拌速率、进料浓度等，以达到设定的our目标值。

通过试验和数据分析，找到适合L-色氨酸生产的最佳操作参数组合。

3. 监测和控制our：在发酵过程中，实时监测和控制our值。

通过使用传感器和自动控制系统，监测发酵液中的氧气浓度，根据our控制模式反馈控制进气速率或气体流量，以维持our
目标值。

4. 优化培养基配方：通过调整培养基的配方，例如碳源、氮源、微量元素等，优化生物反应器中微生物的生长和L-色氨酸产量。

通过试验和数据分析，找到适合L-色氨酸生产的最佳培
养基配方，并与our控制模式相结合。

5. 进一步改进和优化：根据实际生产条件和需求，持续改进和优化our控制模式和操作策略。

通过实验设计、数据分析和统
计学方法，进一步提高L-色氨酸发酵的产量和质量。

总结起来，基于our控制模式的L-色氨酸发酵优化方法主要涉及our控制模式的设计和优化、生物反应器操作参数的优化、our的实时监测和控制、培养基配方的优化，以及持续改进和优化等步骤。

这种方法可以提高L-色氨酸的产量和质量，提高生产效率和经济效益。

苏氨酸产生菌的鉴定、诱变选育及其发酵条件优化

6
35
1.4
0.3
0.01
0.008
10
6.92
回归结果变量 β 回归系数 7.250 F值
X2*X2
X3*X3 X5*X5 X5*X6
0.405
-8.536 11660.466 -7.817
21.611
-105.663 62.243 -244.629
根据回归结果得出的二次回归方程为： Y=7.25+0.405X2*X2-8.536X3*X3+11660.466X5*X57.817X5*X6，该方程的相关系数为R=1.000，F值 =22745.972，显著水平P=0.005，说明该方程的拟合程度较好。
6
7 8 9 T1 T2 T3 R
2
3 3 3 32.34 31.59 30.79 1.55
3
1 2 3 30.20 31.95 32.57 2.37
1
3 1 2 32.47 32.16 30.09 2.38
2
2 3 1 32.17 32.44 30.11 2.33
5.73
4.81 5.12 5.44
+
+ + + -
表1.生理生化特征鉴定结果
根据形态学特征和生理生化特征鉴定结果，还不能确定WS4006-7E菌株的名称，近年来，由于分子生物学技术的发展，16SrDNA序列测定被认为是最适细菌系统发育和分类鉴定的指标。所以，又对菌株进行了分子学上的鉴定。
3.分子鉴定 WS4006-7E经PCR扩增出的16SrDNA得到的全序列为1508bp，根据WS4006-7E的序列比对分析和所构建的系统发育树，结果表明WS4006-7E与Stenotrophomonas maltophilia的亲缘关系较近，但由于未在同一个最小分支中，所以很难将其定为嗜麦芽寡养单胞菌，所以鉴定结果为该菌为和嗜麦芽寡养单胞菌亲缘关系非常近的一种新菌种。

2019年苏氨酸发酵设计.doc

一、设计方案天然存在的L- 苏氨酸为无色或微黄色晶体，无臭、微甜,可溶于水,20℃时溶解度为9g/100mL，难溶于乙醇、乙醚、氯仿等有机溶剂，熔点为253～257℃。

L- 苏氨酸的解离常数为pKCOOH=2.15，pKNH2=9.12，等电点pI（25℃）=5.64。

目前，L- 苏氨酸的制备方法主要有生物合成法、化学合成法和蛋白质水解法三种。

然而，在工业化生产中，化学合成法和蛋白质水解法由于存在一些缺陷已经基本不被使用。

生物合成法则因生产成本低、资源节约、环境污染小等优点逐渐成为工业化生产L- 苏氨酸的主要方式。

生物合成法包括直接发酵法和酶转化法两种。

微生物发酵法生产苏氨酸是目前生产苏氨酸的主要方法。

采用基因工程菌进行发酵法生产，产酸可达100g/L 以上。

目前国内外已经利用微生物发酵法批量生产苏氨酸。

1.1 设计条件（1）650L苏氨酸发酵罐，分批发酵；（2）主发酵罐的尺寸及附件的设计；1.2 发酵工艺发酵法生产L-苏氨酸,通常采用短杆菌属细菌的α-氨基-β-羟基戊酸(AHV)和S-(2-氨基乙基)-L -半胱氨酸(AEC )双重抗性变异。

图一苏氨酸发酵工艺流程1.3. 发酵罐尺寸及整体设计罐中的培养液因通气和搅拌会引起液面上升和产生泡沫，因此罐中实际装料量V 不能过大，一般取装料系数为0.6～0.75。

取装料系数o η为0.6 ,则发酵罐需装料体积为：L V V 3906.065000=⨯=⨯=η发酵罐尺寸确定发酵罐体部分的尺寸有一定的比例，罐的高度与直径之比一般为1.7～4倍左右。

1.3.1 确定发酵罐直径和高度标准式发酵罐的筒体高度和直径比：H/D 约为1.7~4 发酵罐的容量一般指圆筒体的体积加椭圆形底的体积。

V 0 = V C +2 V b Vc=(π/4) D 2 H 0V b =(π/4)D 2(h b +2/3h a )≈1.5D 3 式中：V 0—发酵罐全容量，m 3；V C —圆柱部分体积，m 3； V b —椭圆底体积，m 3； H 0—圆柱部分高度，m.因此： V 0 = V C + V b = (π/4) D 2[H 0+2(h b +1/6D)] 取 H 0/D = 2V 0 = (7π/12)D 3 +(2π/4)D 2h b可知：D=0.69m ，椭圆短半轴长度：h a =0.25D=0.25×0.69=0.1725 可知：D=0.69m则有：H 0=2D=1.38 m D i =1/3D=0.23 m S=3D i =3×0.23=0.69m C=D i =0.23 m B=0.1D=0.1×0.69=0.069 m h a =0.25D=0.25×0.69=0.173 m不同设备的厚度不同，h b 可取30 mm 、40 mm 、50 mm 。