戊糖乳杆菌发酵产乳酸的培养条件优化及组学分析
乳酸发酵常用的MRS（De Man，Rogosa，Sharpe）培养基成分非常复杂，仅氮源就有四种，而氮源又是培养基成本中占比最高的成分。而且现在的乳酸发酵还在大量使用淀粉和精制的糖类为碳源，这些原料与人类所需食品供应链形成竞争且成本高昂。为解决这些问题，降低生产成本，本文对戊糖乳杆菌的发酵培养基进行了优化。同时对菌株的基因组及转录组也进行了测定分析，为以后的进一步实验奠定理论基础。 为了减少氮源的种类和用量，本文首先通过单因素实验比较不同氮源对戊糖乳酸杆菌的发酵影响，然后利用响应面方法优化所选有机氮源与柠檬酸氢二铵的比例，来代替原来培养基配方中的氮源组成。经优化得到两组较好的组合，牛肉膏与柠檬酸氢二铵复合的最佳组成为：牛肉膏17.72 g/L，柠檬酸氢二铵1.91 g/L，得到乳酸实际最大产量42.37 g/L。添加玉米浆与酵母粉和无机氮源复合的最佳组成为：玉米浆46.54 g/L，酵母粉21.95 g/L，柠檬酸氢二铵9.95 g/L，可得到乳酸最大产量41.06 g/L。 用不同比例的葡萄糖和木糖进行乳酸发酵，随着培养基中木糖比例的升高，代谢副产物乙酸产量随之升高，而乳酸产率下降。葡萄糖与木糖比例4：1时乳酸产量最高，达到60.53 g/L。考察了纤维素水解液对发酵的影响，结果表明菌株能够较好地利用水解液进行发酵，乳酸产量达到55.02 g/L。p H对乳酸发酵有显著影响，在恒定pH条件下观察乳酸发酵情况，pH6.4时最有利于乳酸产生，最高产量达到67.16 g/L，而乙酸产量较少，此时对应的ORP值也最低，要低于-300 mV。 由于本课题所用菌株为自筛的新菌种，对其基因组进行了重测序。以网站已知基因组中与其最相近的植物乳杆菌 WCFS为模板，分析后发现与乳酸代谢相关的大量基因与模板存在差异性，覆盖度偏低，主要是由于基因组整合了外源噬菌体序列造成的，因此保存时需注意避免一些外界条件引起菌株变异。基因组中的变化基因涉及到了糖酵解，三羧酸循环，磷酸戊糖解酮酶途径，胞内能量代谢等途径。对这些基因分析可以更好地了解该菌株代谢木糖的途径及机理，同时可以利用基因工程方法将该菌株中的编码基因进行相关的表达或抑制，优化该菌株的发酵性能，为进一步改造菌株奠定基础。
乳酸发酵;戊糖乳杆菌;氮源组成;响应面法
大连理工大学
硕士
生物化工
白凤武
2017
中文
TQ921.3
68
2018-03-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）