槐糖脂发酵工艺优化及代谢组学分析

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1、槐糖脂发酵工艺优化及代谢组学分析Optimizationforsophorolipidsproductionandmetabolomicsanalysis学科专业：生物化工研究生：张亚光指导教师：卢文玉副教授天津大学化工学院二零一六年五月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学

2、位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要槐糖脂（Sophorolipids）是由白色假丝酵母（Candidaalbicans）经好氧发酵过程生成的胞外次级代谢产物，具有低毒性、环境兼容性、表面活性、抑菌性等优良品质，是极具应用前景的生物表面活性剂。然而由于槐糖

3、脂的发酵成本较高限制了其工业化应用。本论文重点进行了发酵工艺优化、代谢组学分析以及发酵分离耦合分离系统研究。通过对槐糖脂发酵过程分段控制优化，获得摇瓶最优产量111.66g/L，相比于优化前提高了24%；完成了5L发酵罐条件下的发酵动力学模拟，证明槐糖脂发酵属于部分生长偶联型。开发出葡萄糖与蔗糖质量比为1:1的复合亲水碳源的发酵配方，5L发酵罐分批发酵，产量达164.7g/L，产量和底物转化率较优化前分别提高13.8%和14.4%。通过复合亲水碳源的流加发酵，槐糖脂产量达到190.5g/L。通过对四种发酵培养基配方G90O90、G45O45、G90C90以及G45C45条件下

4、的发酵进行代谢组学分析，确定柠檬酸是鉴别白色假丝酵母发酵培养基适宜组成的生物标记物，草酰乙酸为潜在的生物标记物。基于氨基酸含量变化分析可知，与糖异生作用相关紧密的丙氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、丝氨酸以及甘氨酸可以作为菌体胞内代谢活跃与否的重要参考；7-磷酸景天庚酮糖完全相反的浓度水平是鉴定槐糖脂生产环境是否适宜的最好生物标记物。设计完成一种新型的槐糖脂发酵分离耦合系统，完成了槐糖脂的两级分离及酵母菌体的循环利用。在该系统条件下，产物纯度由60%提高至74%；产率由1.51g/l·h提升至1.59g/l·h；最大菌体浓度增幅超10%，达到67.96g/L；发酵周期由320h缩短至3

5、00h之内。此设计可为槐糖脂的工业化生产设备提供改良思路。关键词：槐糖脂，动力学，生物分离系统，代谢组学，发酵分离耦合ABSTRACTSophorolipids,whichisakindofextracellularproducts,wasproducedbyCandidaalbicansunderanaerobiccondition.Asthememberofbiosurfactants,sophorolipidshasshownexcellentsurfaceactivity,biodegradability,lowecotoxicityandbiocompatibili

6、ty,theyareprobablyoneofthemostpromisingbiosurfactantswhichcanbringgreatsociety,economicandecologicalbenefits.However,thelowyieldandhighproductioncosthasimpededitsapplication.Toresolvethematter，thisworkarefocusonthestudyoffermentationprocessoptimization,metabonomicsanalysisandfermentationsep

7、arationcouplingsystem.Weobtained111.66g/Lsophorolipidsbysub-controllingstrategy,whichwas24%increasingcomparedtopreviousresearchofourlab.Thedynamicssimulationofthefermentationprocessin5Lbioreactorshowedthatthisfermentationbelongedtothepartlygrowthcoupling