多杀菌素发酵调控及过程工程研究
多杀菌素是一种新兴的高效生物农药，它是由刺糖多孢菌好氧发酵获得的次级代谢产物，用途广泛，市场需求量大，但是多杀菌素发酵生产尚存在一些亟待解决的问题，其中，提高多杀菌素发酵产量并降低能耗和成本是研究热点。本文以Saccharopolyspora spinosa ATCC49460（S.spinosa ATCC49460）为出发菌株，通过分析多杀菌素合成途径的关键点，开展相应的发酵过程调控和过程工程优化研究，以期建立提高多杀菌素产量并降低能耗和成本的多杀菌素发酵过程调控及优化方法。取得的主要研究结果如下： 1．研究发现添加外源脂肪酸可通过促进聚酮合成显著提高多杀菌素产量，添加外源S-腺苷甲硫氨酸（SAM）可通过促进鼠李糖和福乐氨糖的甲基替代显著提高终产物多杀菌素产量。通过进一步优化，建立了促进多杀菌素合成的有效调控方法及发酵工艺如下： （1）确定了最佳外源脂肪酸类型及其添加方式。通过比较几种常见的廉价外源脂肪酸(五种植物油，例如：大豆油，菜籽油，玉米油，葵花油，花生油)的作用效果，发现菜籽油促进作用效果最佳，并优化了菜籽油的添加时间和添加剂量，当发酵第96h添加10g/L的菜籽油时，可使多杀菌素产量提高4.0倍。 （2）创建了一种持续供给廉价SAM的酿酒酵母共培养方法。即在多杀菌素发酵的第96h接种7％（v/v）酿酒酵母进行共发酵，持续供给廉价SAM，可使多杀菌素产量提高6.3倍。 2.研究分析了发酵过程溶氧变化对细胞生长、能量代谢、产物合成及其关键酶基因表达量的影响，揭示了多杀菌素发酵过程菌体生长和产物合成分阶段的溶氧需求规律，并建立了分阶段溶氧控制策略，即在发酵的第0-24h，24-96h，96-168h，168-240h四个阶段，分别将溶氧控制在40%、50%、30%、25%，使多杀菌素最终产量比溶氧恒定控制在50%，40%，30%和25%分别提高了652.1%，326.1%，546.8%和781.4%。 3.研究建立了低成本高效率的多杀菌素非粮发酵技术。首先，比较分析了棉籽粉、酵母粉两种氮源对多杀菌素发酵的影响，实现了不影响多杀菌素产量的前提下的廉价棉籽粉对酵母粉的部分替代，酵母粉用量减少50%；其次，比较分析了四种非粮碳源替代对多杀菌素发酵的影响，发现廉价的黄姜糖液较葡萄糖显著提高了多杀菌素的产量；进一步通过响应面优化，实现了发酵培养基的全非粮替代，显著降低了发酵成本。 4.创建了非粮发酵多杀菌素联产黄姜皂素的清洁生产技术及工艺。通过菌种选育，获得1株可高效利用含皂苷的黄姜水解糖液的菌株S.spinosa-gm5-171，该菌株利用黄姜水解糖生长并合成多杀菌素等胞内产物，发酵结束后将菌体与含有皂苷的发酵液分离，分离后的皂苷可进一步转化成皂素，而菌体可通过进一步分离纯化得到多杀菌素。该技术在确保多杀菌素产量和皂素得率的同时，摒弃了传统黄姜皂素强酸水解提取工艺，废水量显著减少，废水BOD由原来15000mg/L降至450mg/L。
生物农药;多杀菌素;发酵调控;聚酮合成;S-腺苷甲硫氨酸;联产优化
华中科技大学
博士
微生物学
余龙江
2015
中文
TQ453.5;TQ450.6
98
2016-05-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）