酵母MF-Y11转化蓖麻油酸制备γ-癸内酯的工艺研究

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1、学校代码：10259学号：156071105密级：上海应用技术大学硕士学位论文题目：酵母MF-Y11转化蓖麻油酸制备γ-癸内酯的工艺研究英文题目：StudyontheTechnologyofBiotransformationofγ-DecalactonebyYeastMF-Y11fromRicinoleicAcid专业：生物化工学院：香料香精技术与工程学院研究方向：生物发酵姓名：王梦泽指导教师：荣绍丰教授二O一八年五月二十八日酵母MF-Y11转化蓖麻油酸制备γ-癸内酯的工艺研究摘要利用微生物转化法制备的天然香料γ-癸内酯（GDL），低浓

2、度时具有诱人的桃香香气，是一种非常重要的内酯类物质，被公认为是一种安全的食品、药品添加剂。在生物转化培养基中对底物蓖麻油酸有效浓度的控释、高浓度产物对酵母细胞产生的强烈反馈抑制作用和底物的毒性作用都是制约着GDL实现工业化生产的瓶颈。本文以活性干酵母作为转化菌种，以天然产物蓖麻油酸为底物，对生物转化GDL的工艺进行探究。第一，本文通过对23种活性干酵母反复筛选，确定了一株具有高产GDL能力的菌种MF-Y11，并对其摇瓶转化条件进行了优化，其最终的优化条件为：摇床转速250r/min，温度30℃，培养基最适pH为6.23，底物投入浓度为4

3、0g/L；研究发现蓖麻油酸为150g/L时，细胞蛋白渗出量提高了接近一倍，细胞生长也受到严重抑制。第二，利用酵母进行生物转化制备GDL时，我们对酵母转化蓖麻油酸钙生成GDL的机理进行了初探，并比较了蓖麻油酸钙和蓖麻油酸对酵母转化生产GDL的影响。实验表明蓖麻油酸钙是在缓冲液培养基中先酸化形成蓖麻油酸，再通过酵母代谢生成GDL的。在pH=5的缓冲液培养基中添加3.3g/L、7g/L和20g/L蓖麻油酸钙，通过检测发现蓖麻油酸钙会在6-9h内迅速酸化成蓖麻油酸，酸化率达80%以上。研究发现，在48-60h内GDL的生成进入停滞期，但是以蓖麻

4、油酸钙为底物生成的GDL产量高于以蓖麻油酸为底物的情况，并且通过实验验证Ca2+是促进GDL产量提高的重要因素，其最适浓度为0.6g/L。第三，为了使底物蓖麻油酸更好地与酵母MF-Y11接触和传质，我们采用添加极性有机溶剂和改性蛭石对蓖麻油酸进行吸附包埋两种方式。首先通过实验发现，丙酮的加入有助于GDL产量的提升，并确定了丙酮的最佳添加量为1%（v/v），其GDL产量最高为5.32g/L，比对照提高了32.34%。改性蛭石，作为底物分散缓释材料加入到培养基中。通过扫描电镜、热重及红外分析，结果表明改性蛭石对蓖麻油酸进行了良好的吸附包埋。

5、当生物转化60h时，与对照相比，GDL的产量提高了33.55%，达到6.21g/L。第四，为缓解底物和产物对酵母细胞的毒性，对固定化细胞转化技术进行了初步研究。固定化细胞的方法是：20g/L的海藻酸钠和20g/L的凹凸棒石复合溶液，加入0.3g酵母粉混合均匀，滴入15g/L的CaCl2溶液中，静置固化2h。并证明了通过细胞固定化可以有效保持细胞活性。通过实验发现向转化体系中加入1g/LCaCl2可增强其机械强度，循环使用5次而球体无明显破损，并且5次循环GDL总产量最高，为5.44g/L。探究了温度和底物包埋两种方式是否能够改善底物传质

6、效率。实验结果表明：1、体系温度为30℃时最利于GDL的生成；2、底物包埋进凝胶球后，GDL总产量低于不包埋的情况，胞外分泌得GDL大部分都存在于凝胶球中，约占整个体系GDL总量的74.7%。第五，在转化后期，为了缓解GDL对酵母细胞产生的产物反馈抑制作用，利用液-液两相体系，将生成的产物进行相转移，以降低GDL在底物中的浓度。通过实验，确定了DC345（环戊硅氧烷和环己硅氧烷）为最佳有机溶剂，其对细胞伤害小；当加入30%（v/v）的DC345，摇瓶中GDL产量最高为5.35g/L，比对照高了61.88%。实验结果表明：DC345在机械

7、剪切力下不易乳化，离心破乳率达65.22%；发酵罐中GDL产量最高可达7.08g/L，比对照提高了68.17%。关键词：γ-癸内酯；蓖麻油酸；蓖麻油酸钙；丙酮；改性蛭石；细胞固定化；DC345StudyontheTechnologyofBiotransformationofγ-DecalactonebyYeastMF-Y11fromRicinoleicAcidAbstractThenaturalγ-decalactone(GDL)preparedbybiotransformationhasanattractivepeacharomain

8、lowcontent,anditisaveryimportantlactonesubstance,whichhasbeenrecognizedasasafefoodanddrugadditive.Theco