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二羟基丙酮是一种重要的化工原料,广泛参与各种聚合、缩合反应,工业上应用于食品、制药、化妆品等领域。近年来由于生物柴油的产业过热造成废甘油的大量剩余,使二羟基丙酮(DHA)成为研究热点。本文从厦门海域红树林土壤中分离筛选得到20株可将甘油转化为DHA的菌株,其中ch20-B1转化率较高。对该菌株进行生理生化鉴定实验和16S rRNA基因分析表明,菌株为黄杆菌属(Flavobacterium)的嗜盐黄杆菌(Flavobacterium halmsphilum)。
DHA可以用生长细胞发酵生成,也可以用全细胞静息转化甘油产生。本文首先确定了生长细胞的发酵时间和初始甘油浓度,然后在摇瓶基础上研究了生长细胞的发酵条件,优化后在30℃下发酵30h后二羟基丙酮产量达到了28.6 g/L。
通过对菌株ch20-B1进行紫外线、氯化锂、硫酸二乙酯复合诱变,获得了1株遗传稳定的高产DHA菌株ch20-1,通过对ch20-1和出发菌株的性能对比研究,甘油初始浓度为54.0 g/L时,转化30 h后DHA产量达到了40.2 g/L,DHA对甘油的得率达到了74.4%,比出发菌株提高了40.6%,体积生产速率由0.83g/(L h)提高到1.33g/(L h)。
对诱变菌株ch20-1进行PB结合响应面发酵条件的优化,PB实验表明:碳酸钙、山梨醇和酵母膏的浓度是影响DHA产量的三个关键因素。以DHA产量为响应目标,对三因素进行中心复合设计,并经响应面法优化分析得到影响DHA产量的非线性模型,确定了发酵的最优培养基组成为:初始甘油浓度54.0 g/L,碳酸钙浓度16.4 g/L,酵母膏浓度为12.7 g/L,山梨醇浓度13.1g/L。在最优条件下发酵30 h,DHA产量达到52.0 g/L,生产强度为1.73 g/(L h)。在90.0 g/L经过甘油的耐受性实验,DHA的产量从耐受前的40.8 g/L提升到了61.0 g/L,提高了49.5%。诱变菌株在5L发酵罐中初始甘油浓度为90.0g/L,温度为30℃、通气量为6 vvm、搅拌转速为200 rpm、pH为6.5时,发酵进24 h后DHA产量达到了70.2 g/L,生产强度为2.93g(L h)。
在全细胞静息转化甘油方面,用低廉的玉米浆和玉米糖化液代替酵母膏来制备细胞,优化转化条件后,在初始甘油浓度70.0 g/L经过25 h转化,产生了60.2 g/L的二羟基丙酮,转化率达到了86.0%,生产强度达到2.40g/(L h)。