微生物发酵法生产透明质酸的研究

燕山大学

课程设计说明书微生物发酵法生产透明质酸的研究

学院（系）：环境与化学工程学院

年级专业：10生物化工

学号：100110050050

学生姓名：王伟伟

指导教师：张晓宇

教师职称：副教授

燕山大学课程设计（论文）任务书

院（系）：环境与化学工学院基层教学单位：生物工程系

燕山大学课程设计成绩评定表

2013 秋季学期

生物工程专业课程设计

结题论文

微生物发酵法生产透明质酸的研究

学院（系）：环境与化学工程

年级专业：10 生物化工

学号：100110050050

学生姓名：王伟伟

指导教师：张晓宇

教师职称：副教授

为提高微生物发酵生产透明质酸的质量，本设计选用经过突变后的高产兽疫链球菌株做为发酵用的菌种，并且在发酵前经过了严格的灭菌操作。设计内容主要分为三部分：摇瓶培养基组成对透明质酸发酵的影响；培养条件对发酵结果的影响；通过发酵过程中各种参数的变化优化发酵条件。第一部分设计拟采用正交设计法确定最合适的种子培养基；第二部分设计拟单因素分析法确定外界最适发酵条件；第三部分通过测定发酵过程的各种参数绘制参数变化曲线，为发酵条件的优化提供科学依据。通过本次设计，制定出兽疫链球菌生产透明质酸的合适工艺流程。

关键词：透明质酸；兽疫链球菌；正交设计；单因素分析

第一部分文献综述

1 透明质酸 (1)

1.1 概述 (1)

1.2 结构 (1)

1.3 HA理化性质 (2)

1.4 HA的合成和代谢 (3)

1.4.1 HA的合成 (3)

1.4.2 HA的代谢 (4)

1.5 HA的生理功能 (5)

1.5.1 构成多种基质 (5)

1.5.2 保水、润滑、渗透压调节及分子排阻效应 (6)

1.5.3 对细胞的作用 (6)

1.5.4 与蛋白质的结合及其作用 (6)

1.6 HA的应用 (7)

1.6.1 HA在化妆品领域的应用 (7)

1.6.2 HA在医学领域的应用 (8)

1.6.3 HA在食品领域的应用 (8)

2 HA的制备 (9)

2.1 从动物组织中提取 (9)

2.2 微生物发酵法 (10)

3 国内外发展概况及其市场发展前景 (11)

第二部分课程设计

1.材料 (14)

1.1 试验用的仪器 (14)

1.2 试验药品 (14)

2. 方法 (15)

2.1 细菌发酵法生产透明质酸的工艺路线 (15)

2.2 兽疫链球菌发酵生产透明质酸的工艺流程 (15)

2.2.1 摇瓶种子液的培养 (15)

2.2.2 种子罐种子液的培养 (16)

2.2.3 发酵 (16)

2.2.4 下游分离纯化 (16)

2.3 检测方法 (16)

2.3.1 HA 含量的检测方法（Bitter-Muir 咔唑法） (16)

2.3.2 还原糖的测定方法—DNS法 (17)

3．设计 (18)

3.1 摇瓶培养基组成对透明质酸发酵的影响 (18)

3.2 培养条件对透明质酸发酵的影响 (20)

3.2.1 摇床转速对摇瓶种子培养的影响 (20)

3.2.2 温度对摇瓶种子培养的影响 (20)

3.2.3 添加剂对摇瓶种子培养的影响 (21)

4．分析与展望 (21)

5．设计体会 (22)

参考文献 (24)

第一部分文献综述

1 透明质酸

1.1 概述

透明质酸(HyaluronioAcid, 简称HA) 是一种由N-乙酰葡糖胺和D-葡萄糖醛酸双糖单元交替连接而成的酸性粘多糖。1934 年Meyer 等自牛眼玻璃体内提取分离得到一种大分子多糖命名为HyafuronicAcid. 根据全国科学技术名词审定委员会公布的《生物化学名词》将其译为“透明质酸”，而《中国药典》国家药品标准则将其称为“玻璃酸”。目前国内在多种领域中用透明质酸，而在与药品有关的领域则用玻璃酸。经过半个多世纪的研究，人们对透明质酸的结构、理化性质和生理功能已有了明确的认识，在药品、化妆品、保健品以及临床眼科、骨科、皮肤科等领域有较多的研究和应用。[1]例如，由于其具有良好的保湿功能，广泛用于化妆品及口服美容保健食品中；作为粘弹性保护剂用于眼科手术和关节腔内注射治疗类风湿性关节炎和骨性关节炎等关节疾病；作为媒介在滴眼液中广泛应用；交联的透明质酸在术后粘连的预防和软组织修复等应用中获得成功；透明质酸与其他药物反应形成的加合物对药物发挥控释作用，可达到定向和定时释放的目的。近几年对透明质酸生理功能的认识有了重大突破，已形成了有透明质酸合成缺陷人的生命不可能存活的认识，可见其对肌体的重要性。由于透明质酸具有如此独特的生理功能，决定了它在药品、化妆品等工业上具有广泛的应用价值。因此对透明质酸的研究开发及其产业化的形成具有重要的意义和非常广阔的市场前景。

1.2 结构

卡尔·迈耶实验室在1950年代阐明了透明质酸的化学结构。透明质酸是一种高分子的聚合物。是由单位D-葡萄糖醛酸及N-乙酰葡糖胺组成的高级多

糖[2]。D-葡萄糖醛酸及N-乙酰葡糖胺之间由β-1,3-配糖键相连，双糖单位之间由β-1,4-配糖键相连。双糖单位可达25000 之多。在体内透明质酸的分子量从5千到2千万道尔。

分子式：（C14H20NNaO11）n

结构式如图：

1.3 HA理化性质

HA 具有许多天然豁多糖共有的性质，外观为白色、无定型固体[3]，水溶液带负电，电泳时移向负极。在高浓度1% 时，分子间会因氢键形成物理交