高产γ-氨基丁酸乳酸菌发酵条件优化及分离纯化工艺研究-文献详情-维普官网

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高产γ-氨基丁酸乳酸菌发酵条件优化及分离纯化工艺研究认领

被引量： 11

作者：

高爱同

学位授予单位：

浙江师范大学

摘要：

γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,简称GABA)是一种非蛋白质组成成份的天然氨基酸,是哺乳动物中枢神经系统中广泛分布的最重要的抑制性神经递质,具有降低血压、治疗癫病、促进生殖、增进脑活力、增强记忆、控制哮喘等多种生理功能。GABA作为一种新型功能性因子,正逐渐被广泛用于医药、食品保健、化工及农业等行业,因此受到越来越多的科学工作者的关注。乳酸菌是一种存在于人类体内的益生菌,能够将碳水化合物发酵生成乳酸,有帮助消化、有助人体肠道的健康等功能,因此常被视为健康食品。科学家长期研究的结果证明,以乳酸菌为代表的益生菌是人体必不可少的且具有重要生理功能的有益菌,它们数量的多和少,直接影响到人的健康与否,直接影响到人的寿命长短。因此,利用乳酸菌生产的GABA能达到食品安全级,并可进一步丰富乳酸菌作为有益菌的保健功效,具有广阔应用范围和市场前景。本研究使用短乳杆菌L2菌株生产GABA,并建立一个反映因素与产量之间的非线性的模型,保证得到MRS培养基最优组合,提高GABA产量；有效利用两种农副产品资源培养乳酸菌,高产高效生产食药用级的GABA,降低生产成本；最后研究了GABA分离纯化的相关工艺。首先,运用Plackett-Burman设计对培养基组成和培养条件进行主要影响因素筛选,如培养基碳源、氮源、初始pH值、培养温度和培养时间等。在此基础上通过误差反向传播神经网络(BPN)和遗传算法(GA)用来确定GABA产量的最佳发酵参数。使GABA产量达到了27.765g/L,比原始培养基的13.452g/L提高了106.4%。其次,以廉价的农副产品麦麸和小米糠为培养基原料,L-谷氨酸钠(L-MSG)为合成底物,采用单因素法优化发酵条件(pH值、培养温度、培养时间)。结果表明,适宜的培养条件为：pH4.0,培养温度30℃,培养时间72h。利用D-优化设计研究对GABA产量影响较大的3种培养基成分(麦麸、小米糠、L-MSG)之间的交互关系以及最佳值。利用D-优化设计建立回归方程。通过计算获得最优发酵培养基组成成分为：麦麸22.454g/L,小米糠20.000g/L,谷氨酸钠57.546g/L。在优化的培养基组合和发酵条件下,发酵液中GABA的产量可达27.2069g/L,比原始培养基的13.452g/L提高了102.3%。第三,为了尽可能的获得高纯度的GABA,还对脱色工艺进行了初步研究。考察了6种不同的大孔脱色树脂和活性炭对GABA发酵液的脱色效果,发现ADS-7具有较好的脱色效果和GABA得率。在此基础上,进一步研究了不同因素对ADS-7脱色效果的影响。确定了ADS-7最佳的脱色条件为：pH5.0,脱色温度25℃,脱色时间60min。在此条件下脱色率达到95%以上,GABA损失率为7%。最后,通过D001阳离子交换树脂对GABA进行提取,工艺条件为：上柱发酵液pH5.0,上柱速度1BV/h,去离子水和1mol/LNH3·H2O分步洗脱,取得较好的分离效果。最后,将实验提取获得的粉末状固体采用核磁共振(NMR)手段进行了分析,并与标准品进行比较。核磁共振中的氢谱中几乎无杂质峰并且与GABA标准品的出峰一致,结果证明从发酵液提取获得的物质为GABA并且纯度接近100%。

摘要译文

关键词：

γ-氨基丁酸; 短乳杆菌; 发酵; 提取; 神经网络; D-优化设计

学位年度：

2013

学位类型：

硕士

学科专业：

植物学

导师：

蒋冬花

中图分类号：

TQ920.6[发酵工艺]

学科分类号：

081703[生物化工];082202[发酵工程];083604[生物过程工程];083606[微生物发酵工程]

D O I：

10.7666/d.Y2414542