伊枯草菌素A发酵过程中氨基酸分析及其产物提取工艺研究

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伊枯草菌素A(Iturin A)是一种主要由枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)发酵产生的环脂肽类抗生素,其生物合成与发酵液中氨基酸代谢密切相关。前期,本实验室初步建立了PITC柱前衍生-HPLC检测Iturin A发酵液中游离氨基酸的方法,本论文在此基础上对该方法进行了改进及优化,并以此方法研究分析了以大豆蛋白胨为氮源,枯草芽孢杆菌ZK8摇瓶发酵过程中游离氨基酸含量的变化情况。另外,基于工业化分离提取的思路,研究了采用絮凝技术分离提取Iturin A的工艺条件,为进一步进行Iturin A放大发酵及提取工艺提供技术参数。  具体研究内容分为三个部分:  第一部分:氨基酸柱前衍生HPLC测定方法的优化  本部分在实验室前期研究的基础上,为减小溶剂效应,对衍生后的氨基酸样品进行再处理,并考察HPLC法的洗脱梯度程序、流动相pH值、色谱柱温度等色谱条件对氨基酸分离效果的影响,以此对测定氨基酸的方法进行改进及优化。结果表明:使用超纯水将衍生后的氨基酸溶液稀释4倍,可有效避免溶剂效应问题,并且各氨基酸能被有效分离,分离度均得以提高。色谱分析的梯度洗脱程序、流动相pH值、色谱柱温对分析时间、色谱峰分离及峰型具有重要影响。当色谱条件为:流动相A为0.1mol/mL无水乙酸钠缓冲溶液(pH6.4±0.1)—乙腈(66∶5),流动相B为乙腈—水(4∶1),流速1.0mL/min,检测波长254nm,色谱柱温40℃,梯度程序洗脱。35min内可完全分离17种氨基酸,除半胱氨酸外,其余各氨基酸在一定浓度范围内线性关系良好(R2均大于0.9986),加标回收率在83.84%-108.02%之间,RSD为0.80%-2.77%。该方法耗时短,相比于优化前分析时间缩短了24min,且操作简便、准确可靠,具有良好的精密度和稳定性。  第二部分:伊枯草菌素A发酵过程中游离氨基酸的分析  首先,分析了作为氮源的大豆蛋白胨和酵母浸膏中的氨基酸种类及含量,并以此设计了枯草芽孢杆菌ZK8的发酵培养基,研究发酵过程中游离氨基酸含量、生物量及Iturin A产量的变化情况。结果表明:大豆蛋白胨和酵母浸膏均含有丰富的氨基酸(含16种常见氨基酸),总氨基酸含量分别达到57.30%和40.10%,与Iturin A结构相关的Asp、Glu、Ser、Tyr、Pro含量较高,尤其在大豆蛋白胨中这5种氨基酸总含量达28.34%。枯草芽孢杆菌ZK8在发酵0-3h处于延滞期,3-15h处于对数期,在15h时,菌体数目最多,达7.03×108CFU/mL,15-60h处于稳定期。Iturin A于发酵3h后开始合成,之后产量逐渐升高。游离Glu、Ser、Asp、Gly、Met和Ala在对数期被大量消耗,浓度下降,稳定期维持很低浓度水平,变化不明显;游离Leu、Arg和Thr在整个发酵过程中处于被消耗状态,浓度一直下降;游离His、Pro、Val、lIe、Phe、Lys这6种游离氨基酸浓度均呈上升趋势,其中Val的上升速率最大;游离Try在整个发酵过程中含量变化不大;总游离氨基酸浓度在对数期阶段迅速下降,稳定期阶段逐渐上升。这些参数的变化规律可为下一步调控发酵过程中氨基酸的浓度以提高IturinA产量提供参考。  第三部分:伊枯草菌素A的絮凝法提取工艺研究  为避免在分离提取Iturin A过程中使用高耗能的离心手段以及消耗大量无机酸,本文采用絮凝技术絮凝沉淀发酵液中的Iturin A,并用常压过滤方法实现固液分离,以此建立低耗能、易操作且技术上可行的Iturin A提取工艺技术。首先以Iturin A回收率、滤速、透光率为实验评价指标,考察了11种絮凝剂对Iturin A的絮凝沉淀分离效果,从中筛选出效果较好的絮凝剂—AlCl3和Na2HPO4组合絮凝剂,然后通过单因素实验考察了AlCl3和Na2HPO4用量、发酵液pH、温度和絮凝时间对三个实验指标的影响,最后在单因素实验的基础上通过正交试验优化了Iturin A絮凝提取工艺条件。结果表明,絮凝剂用量对滤速和透光率的影响显著,温度对滤速的影响显著。絮凝分离提取Iturin A的最佳工艺条件为:复合絮凝剂AlCl3和Na2HPO4用量0.7%,发酵液pH6.0,温度30℃,絮凝反应60min。通过重复验证,得到Iturin A回收率为92.06%,滤速5.60mL·cm-2·h-1,透光率为75.62%。该工艺重复性良好,适宜用于分离提取发酵液中的Iturin A。
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