产朊假丝酵母发酵法生产谷胱甘肽研究课件.ppt

1、资料仅供参考,不当之处，请联系改正。有关谷胱甘肽的基本知识 生物活性三肽化合物 小分子硫醇类化合物 含有- 肽键 主要有还原型（GSH）和氧化型（GSSG）两种形态资料仅供参考,不当之处，请联系改正。谷胱甘肽的形态转换 图1-1 酵母细胞中谷胱甘肽的形态转化过程 glutathione peroxidase glutathione reductase GSSG GSH Oxidized State Reduced State Se free radicals SOD H2O2 H2O cellular energy B3 B2 NADP NADPH 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。谷胱甘肽

2、在自然界中的分布情况动物：肝脏、肾、红细胞和眼睛晶状体植物：蔬菜、豆类、谷物、薯类、菇类微生物：酵母 （主要为Saccharomyces属和Candida属） 谷胱甘肽主要以GSH形式存在，大多数生物细胞中GSH与GSSG的比例约为100 : 1 。资料仅供参考,不当之处，请联系改正。谷胱甘肽的功能 维持生物体内适宜的氧化还原环境 广泛用于生物化学、医学、生物学和化学的研究测定 GSH可以迅速增强机体的免疫力 对消化系统、呼吸系统和新陈代谢等都有很大帮助 GSH具有消除疲劳的作用 近年来还发现GSH具有抑制艾滋病病毒的功效 加拿大麦基尔大学教授古特曼博士这样预测：“GSH很快就会象胆固醇一样深

3、入民心，成为人们衡量健康的指标之一” 。资料仅供参考,不当之处，请联系改正。 GSH多用于治疗肝脏疾病 解毒 抗辐射 抗肿瘤、癌症 抗氧化衰老 协调内分泌 疗效明显且无副作用，这些同类药物所不具有的优点使得GSH在临床医药领域有着极为广泛的用途。谷胱甘肽应用于临床资料仅供参考,不当之处，请联系改正。表1-1 GSH的生理功能及其在临床上的应用 生理功能 临床应用 保护蛋白质或酶的巯基免遭氧化性破坏，阻止H2O2氧化血红蛋白，防止其它过氧化物对生物膜的破坏作用 防止红细胞溶血；促进高铁血红蛋白的还原；抑制白内障以及角膜与视网膜疾病的发展，防止角膜移植后产生浑浊 清除体内自由基，抑制脂质过氧化，保

4、护细胞膜，恢复细胞功能，防止机体衰老 防止皮肤老化及色素沉积；促进皮肤产生光泽；改善皮肤抗氧化能力；防止肿瘤或动脉硬化的产生；减少自由基对DNA的攻击而导致损伤和突变 抗辐射 对放射线照射、放射性药物及抗肿瘤药物所引起的白血球减少、放射线引起的骨髓组织炎与口腔粘膜炎均有保护或减轻症状作用 与外源或内源的活性化合物结合或发生反应，从而解除这些物质对生物体的毒性 解除丙烯腈、氟化物、一氧化碳、芥子气、重金属、农药、药物和有机溶剂造成的中毒症状 参与转甲基、转丙氨基反应，维持并促进肝细胞正常功能 抑制乙醇侵害肝脏产生脂肪肝；减轻病毒性肝炎与药物性肝损伤症状；减轻低白蛋白血症 纠正乙酰胆碱及脂碱酯酶之

5、间的不平衡 抗过敏症状 促进胆酸代谢，促进消化道对脂溶性维生素的吸收，从而促进肝脏合成凝血因子 减轻出血倾向 作为多种酶(如乙二醛酶)的辅酶和辅基，参与TCA循环和糖代谢 改善糖尿病症状，治疗神经组织病变 通过-谷氨酰循环将众多氨基酸转运进入胞内，促进蛋白质的合成 在生物体内用于半胱氨酸的储存和转运 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。谷胱甘肽应用于食品行业 GSH具有独特的生理功能，被称为长寿因子和抗衰老因子 GSH在强化食品风味的同时对人体有保健作用 它在食品行业的应用前景显然要优于其它类型的防腐剂或抗氧化剂表1-2 GSH在食品加工业中的用途 应用领域 作 用 面制品加工 改善面团的流变

6、特性；维持色泽，防止褐变；还原作用，强化氨基酸风味 乳品及婴儿食品 提高奶酪质量，加快奶酪成熟；抗氧化及稳定酸奶质量作用；增强乳品及婴儿食品的营养价值 肉类、禽类、鱼类和海鲜食品 抗氧化作用；抑制核酸分解，强化食品风味，延长货架期 水果、蔬菜类食品及饮料 有效防止褐变，保持食品原有的诱人色泽、风味和营养 保健性功能食品 帮助排毒和泻毒；抗氧化，强化食品风味 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。谷胱甘肽的应用前景医药工业食品工业体育运动生物研究GSH有一个巨大的市场研究兴趣日益增长需求量不断增加昂贵的市场价格GSH在各领域中的广泛应用限制资料仅供参考,不当之处，请联系改正。谷胱甘肽的制备方法 L

7、-Glu + L-Cys + ATP GSH -L-Glu-L-Cys + ADP + Pi GSH -L-Glu-L-Cys + Gly + ATP GSH + ADP + Pi 有机溶剂萃取法 化学合成法 生物技术法 酶转化法 发酵法资料仅供参考,不当之处，请联系改正。酶法合成谷胱甘肽 谷胱甘肽合成酶系酶活的提高 ATP再生系统的构建 E. coli 细胞中的乙酸激酶反应 S. cerevisiae 细胞中的糖酵解途径 固定化酶（细胞）技术的应用 提高ATP的转移效率以及增加ATP在反应体系中的稳定性，以实现ATP再生系统的高效运行。资料仅供参考,不当之处，请联系改正。发酵法生产谷胱甘肽

8、高产菌株的选育 发酵过程的优化及控制 基因工程菌在谷胱甘肽生产中的应用 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。高产菌株的选育 Yeasts Candida utilis 亚硝基胍 紫外线、X 射线和亚硝基胍 紫外线 Saccharomyces cerevisiae 亚硝基胍 紫外线和硫酸二乙酯 紫外线 C. utilis n74-8 乙硫氨酸敏感 0.655%3.0% (Ikeno, 1977) S. cerevisiae TRZ-6 耐 1, 2, 4-三唑 和氰化钠 胞内 GSH 含量 2.5% (Hamada, 1983) S. cerevisiae M-05 蛋氨酸缺陷型 胞内 GSH

9、含量 3.3% (施碧红等, 2000) S. cerevisiae K2 半乳糖缺陷型 GSH 产量 2.7 gL-1 (Nomura, 1985) C. utilis ER304 耐亚硫酸盐 和乙硫氨酸 0.52%4.0% (Kono, 1977) C. utilis K11 乙硫氨酸抗性 胞内 GSH 含量高出亲株 49.7% (詹谷宇等, 1990) 突变株编号 筛选标记 诱变效果 参考文献 图1-3 高产GSH酵母菌株的选育方法与结果 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。 发酵条件优化 营养成分的选择 培养条件的优化 发酵过程控制 控制葡萄糖的浓度：流加发酵 控制细胞比生长速率：提高

10、比GSH合成速率 前体物质的添加 添加策略：一次性添加、连续添加等发酵过程的优化及控制资料仅供参考,不当之处，请联系改正。基因工程技术的应用 提高GSH合成酶系的酶活：增加质粒的拷贝数 降低酶系对GSH的敏感性：构建脱敏菌株 ！需要考虑质粒的稳定性 ！资料仅供参考,不当之处，请联系改正。发酵法生产谷胱甘肽研究中仍存在的问题 对C. utilis发酵生产GSH的细胞生长规律和GSH合成特性还缺乏了解 还没有发现从发酵动力学的角度，来分析并获得GSH发酵过程中出现的 规律性结果 在流加发酵中，高细胞密度和高GSH合成能力的矛盾还没有解决 未见运用代谢理论及其手段为GSH合成过程中发生的变化寻求合理

11、的解释 如何将胞内GSH分泌至胞外也需要深入研究资料仅供参考,不当之处，请联系改正。发酵法生产谷胱甘肽研究的意义 日本协和发酵和味之素公司在上世纪80年代就已实现GSH的 工业化生产，并基本垄断国际市场 我国在该方面的研究相对滞后 日本以明显的差价将GSH销往欧美和我国（欧美250美元/kg，我国450美元/kg） 因此，大力研制开发并获得具有自主知识产权的GSH生产技术，对于我国功能食品和医药工业的发展都具有重要的意义。资料仅供参考,不当之处，请联系改正。发酵过程优化原理外因：内因：外因定量化：内因定量化：资料仅供参考,不当之处，请联系改正。关键技术 1资料仅供参考,不当之处，请联系改正。关

12、键技术 2资料仅供参考,不当之处，请联系改正。关键技术 3资料仅供参考,不当之处，请联系改正。关键技术 4资料仅供参考,不当之处，请联系改正。本研究的主要内容 课题来源：江苏省高校高新技术产业发展项目“微生物发酵法生产谷胱甘肽”研究目标：酵母细胞和GSH的高产量、高得率和高生产强度研究内容：（6个部分）资料仅供参考,不当之处，请联系改正。资料仅供参考,不当之处，请联系改正。碳源种类对谷胱甘肽发酵的影响 表2-1 各种碳源对细胞生长及GSH合成的影响 Carbon source Relative DCW (%) Relative total GSH (%) GSH content (%) Glu

13、cose 100.0 100.0 2.18 Sucrose 95.2 88.9 2.04 Acetic acid 5.9 7.3 1.70 Ethanol 81.8 66.1 1.76 Maltose 74.3 57.2 1.68 Fructose 91.9 78.1 1.85 Starch 27.8 22.9 1.80 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。567892025303540Carbon source/(gL-1)DCW/(gL-1)1001201401601802025303540Carbon source/(gL-1)GSH/(mgL-1)11.522.532025303540

14、Carbon source/(gL-1)GSH content/%图2-2 糖类碳源对细胞生长及GSH合成的影响 Glucose; Sucrose; Fructose 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。氮源种类对谷胱甘肽发酵的影响 35794681012Nitrogen source/(gL-1)DCW/(gL-1)0601201804681012Nitrogen source/(gL-1)GSH/(mgL-1)01234681012Nitrogen source/(gL-1)GSH content/%图2-3 各种氮源对细胞生长及GSH合成的影响 Beef extract; Peptone

15、; Yeast extract; Urea; (NH4)2SO4; NH4Cl; NaNO3 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。混合氮源对谷胱甘肽发酵的影响 100120140160180020406080100Urea in mixed nitrogen/%GSH/(mgL-1)5678020406080100Urea in mixed nitrogen/%DCW/(gL-1)1.21.622.42.8020406080100Urea in mixed nitrogen/%GSH content/%图2-4 混合氮源（硫酸铵+尿素）对细胞生长及GSH合成的影响 Mixed nitrogen

16、 source concentration: 6 gL-1; 8 gL-1; 10 gL-1 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。KH2PO4和MgSO4对谷胱甘肽发酵的影响 0601201801234 KH2PO4/(gL-1)GSH/(mgL-1)0369DCW/(gL-1); GSH content/%0601201800.10.20.30.4MgSO4/(gL-1)GSH/(mgL-1)0369DCW/(gL-1); GSH content/% 图2-5 不同浓度磷酸二氢钾和硫酸镁对GSH生物合成的影响 GSH concentration; DCW; GSH content 资料仅供参

17、考,不当之处，请联系改正。谷胱甘肽发酵的营养条件正交优化试验 Levels Factors 1 2 3 4 A: Glucose /(gL-1) 25 30 35 40 B: (NH4)2SO4 /(gL-1) 2 3 4 5 C: Urea /(gL-1) 3 4 5 6 D: KH2PO4 /(gL-1) 1.5 2 2.5 3 E: MgSO4 /(gL-1) 0.2 0.25 0.3 0.35 表2-2 L16(45)正交试验因素水平表 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。Factors and levels Results of experiments Results of BP R

18、elative error /% No. A B C D E Y1 Y2 Y3 Y1 Y2 Y3 Y1 Y2 Y3 1 1 1 1 1 1 166.0 6.9 2.40 161.1 7.1 2.27 -2.95 2.89 -5.42 2 1 2 2 2 2 163.5 7.0 2.32 161.1 7.1 2.29 -1.47 0.14 -1.29 3 1 3 3 3 3 167.0 6.8 2.44 161.1 7.0 2.30 -3.53 2.34 -5.74 4 1 4 4 4 4 160.7 6.8 2.38 161.1 6.9 2.32 0.25 2.51 -2.52 5 2 1 2

19、 3 4 158.2 7.7 2.06 156.9 7.3 2.16 -0.82 -4.82 4.85 6 2 2 1 4 3 151.0 7.6 1.98 154.2 7.6 2.04 2.12 -0.52 3.03 7 2 3 4 1 2 156.6 7.6 2.06 156.3 7.2 2.18 -0.19 -4.87 5.83 8 2 4 3 2 1 152.6 7.6 2.02 153.6 7.5 2.05 0.66 -0.40 1.49 9 3 1 3 4 2 151.3 7.8 1.95 152.2 7.6 2.01 0.59 -2.19 3.08 10 3 2 4 3 1 14

20、2.5 7.5 1.91 151.9 7.6 2.02 6.60 1.07 5.76 11 3 3 1 2 4 143.5 7.9 1.81 147.4 8.0 1.85 2.72 1.01 2.21 12 3 4 2 1 3 144.7 8.2 1.77 147.1 8.0 1.86 1.66 -2.45 5.08 13 4 1 4 2 3 143.5 7.4 1.95 147.9 7.8 1.92 3.07 5.30 -1.54 14 4 2 3 1 4 144.7 7.8 1.85 145.5 8.0 1.84 0.55 1.40 -0.54 15 4 3 2 4 1 151.0 8.4

21、 1.80 143.0 8.2 1.71 -5.30 -1.90 -5.00 16 4 4 1 3 2 144.7 8.2 1.76 140.8 8.4 1.64 -2.70 1.94 -6.82 Predicted by BP 2 3 2 4 2 358.8 21.5 2.94 表2-3 正交试验数据及BP神经网络处理结果 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。0.20.250.30.35MgSO4/(gL-1)0246810DCW/(gL-1); GSH content/%1.522.53KH2PO4/(gL-1)3456Urea/(gL-1)2345(NH4)2SO4/(gL-1)1201

22、4016018025303540Glucose/(gL-1)GSH/(mgL-1)图2-6 正交试验结果直观分析 GSH concentration; DCW; GSH content 以提高GSH产量为目的（即Y2最大化），通过直观分析图获得的较优化的营养条件组合为A2B3C2D4E2，即葡萄糖浓度30gL-1，(NH4)2SO4浓度4gL-1，尿素浓度4gL-1，KH2PO4浓度3gL-1，MgSO4浓度0.25gL-1。这与BP神经网络预测的结果是一致的。 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。环境条件对谷胱甘肽发酵的影响 10012014016018044.555.566.57Initi

23、al pHGSH/(mgL-1)304050607080 100Medium volume/mL246810 1214 1618Inoculation size/%02468DCW/(gL-1); GSH content/%2ABC图2-7 环境条件对C. utilis WSH 02-08细胞生长及GSH合成的影响 GSH concentration; DCW; GSH content 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。 C. utilis WSH 02-08 生产谷胱甘肽的摇瓶发酵过程 010203008162432t/hGlucose/(gL-1)02468pH0601201802400

24、8162432t/hGSH/(mgL-1)0246810DCW/(gL-1); GSH content/% 图2-8 C. utilis WSH 02-08摇瓶发酵生产GSH过程曲线 Residual glucose; pH; GSH concentration; DCW; GSH content 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。摇瓶分批补糖方式对谷胱甘肽发酵的影响 表2-4 摇瓶中不同补糖方式对GSH发酵的影响 Feeding modes IGC a /(gL-1) Feeding control/(gL-1) Experimental results 4 h 8 h 12 h GSH/

25、(mgL-1) DCW/(gL-1) GSH content/% Control 30 210.1 8.9 2.35 1 20 10 197.5 8. 9 2.22 2 20 10 221.9 8.8 2.52 3 20 10 206.8 8.7 2.37 4 10 20 202.8 8.9 2.27 5 10 20 171.1 7.8 2.21 6 10 20 155.6 8.0 1.94 7 10 10 10 229.7 9.1 2.52 8 10 10 10 217.5 9.0 2.42 9 10 10 10 171.3 7.6 2.25 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。本章小结：1

26、、确定了C. utilis WSH 02-08发酵生产GSH培养基的营养成分 及其浓度组合；2、以实现细胞的高产和GSH的高合成为目标，获得了较优的 环境条件组合 ；3、摇瓶发酵结果表明，DCW最大值达9.0 gL-1，GSH最大浓度 208.3 mgL-1，胞内GSH含量2.35%；4、总糖浓度固定的情况下，适当的补糖策略对GSH的合成有 一定的促进作用。资料仅供参考,不当之处，请联系改正。资料仅供参考,不当之处，请联系改正。溶氧对谷胱甘肽分批发酵的影响 02040608010006121824t/ hDissolved oxygen /%1234 图3-1 不同搅拌转速下发酵过程的溶氧变化

27、趋势1350 rmin-1; 2300 rmin-1; 3250 rmin-1; 4200 rmin-1 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。010203006121824t/hGlucose/(gL-1)048121606121824t/hDCW/(gL-1)012024036006121824t/hGSH/(mgL-1)0.511.522.506121824t/hGSH content/% 图3-2 不同搅拌转速下的GSH分批发酵过程 200 rmin-1; 250 rmin-1; 300 rmin-1; 350 rmin-1 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。不控制pH的谷胱甘肽发酵过

28、程 05010015020006121824t/hGSH/(mgL-1)010203006121824t/hGlucose, DCW/(gL-1)07014021028035006121824t/hGSH/(mgL-1)024606121824t/hpH; GSH content/%024606121824t/hpH; GSH content/%010203006121824t/hGlucose, DCW/(gL-1)BADEFC 图3-3 不同pH控制方式下 GSH发酵过程曲线 glucose; DCW; extracellular GSH; intracellular GSH; pH; t

29、otal GSH; intracellular GSH content; Panel A-C, no pH control; Panel D-F, pH 5.5 发现低pH培养环境下，产朊假丝酵母胞内合成的GSH大量向胞外渗漏资料仅供参考,不当之处，请联系改正。控制恒定pH时的谷胱甘肽发酵过程 121416182044.555.566.5pHDCW/(gL-1)0481216PGSH/(mgL-1h-1)10020030040044.555.566.5pHGSH/(mgL-1)1.522.53GSH content/%0.150.20.250.344.555.566.5pH/h-111.522

30、.5qP/(mgg-1h-1)0.50.520.540.560.5844.555.566.5pHYX/S/(gg-1)4681012YP/S/(mgg-1) 图3-4 不同恒定pH条件下GSH发酵各过程参数比较 DCW; PGSH; ; qP; GSH content; GSH concentration; YX/S; YP/S 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。基于动力学模型解析pH对谷胱甘肽发酵的影响 PqCell growth GSH production pH Xmax/(gL-1) max/h-1 KI/(gL-1) R2 /(mgg-1) /(mgg-1) R2 4.0 14.1

31、 0.52 17.09 0.998 10.18 0.38 0.901 4.5 14.5 0.52 19.24 0.996 12.04 0.12 0.888 5.0 15.7 0.49 14.97 0.998 11.47 0.11 0.946 5.5 15.2 0.48 31.40 0.998 9.98 0.72 0.975 6.0 14.7 0.47 33.77 0.998 9.99 0.66 0.920 6.5 15.1 0.41 17.73 0.998 7.77 0.77 0.875 表3-2 不同pH下GSH分批发酵动力学参数模拟结果 XdtdXdtdPKI表示底物浓度对细胞生长的抑制程

32、度，且KI值越高则抑制效应越低。 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。00.10.20.306121824t/h/h-1pH 4.5pH 5.50123400.10.20.3/h-1qP/(mgg-1h-1)pH 4.5pH 5.5AB 图3-5 不同pH条件下GSH合成能力及细胞生长比较 pH为5.5时GSH总量达到最大，从动力学角度分析，是因为在这一pH下兼具了KI值高（底物对细胞生长的抑制效应小）、值低和值高（细胞生长过程中和生长结束后均可保持较高的比GSH合成速率）的特点。 为直线斜率，表示在相同的条件下，细胞合成GSH能力的强弱；为截距，反映生长停止后（=0）细胞继续合成GSH能力的

33、高低。 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。不同温度下的谷胱甘肽发酵过程分析 08162432Time (h)0102030glcGlucose/(gL-1) A t/h 0102030Time (h)0.00.20.40.60.8q s12345qS/h-1 D t/h 08162432Time (h)05101520D C WDCW/(gL-1) B t/h 0102030Time (h)0.00.10.20.30.4u(h-1)12345/h-1 E t/h 08162432Time (h)0100200300400gshGSH/(mgL-1) C t/h 0102030Time (h)

34、0.0000.0020.0040.006qp12345qP/h-1 F t/h 图3-6 不同温度条件下GSH发酵过程及动力学参数随时间变化情况 and curve 1, 32C; and curve 2, 30C; and curve 3, 28C; and curve 4, 26C; and curve 5, 24C 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。表3-3 不同温度条件下GSH分批发酵过程参数比较 Temperature/C Parameters 32 30 28 26 24 3026 a Initial glucose concentration/(gL-1) 28.9 28.6

35、28.0 28.6 28.7 28.7 Culture time/h 24 26 28 30 32 30 Maximum dry cell weight/(gL-1) 15.8 15.2 16.1 16.0 16.2 15.4 Maximum GSH concentration/(mgL-1) 234.7 312.3 342.8 365.6 353.4 385.1 Maximum Intracellular GSH content/% 1.60 2.15 2.24 2.31 2.24 2.61 Average specific growth rate/h-1 0.15 0.16 0.14 0.

36、11 0.10 0.15 Average specific GSH production rate/(mgg-1h-1) 1.46 2.33 1.98 1.81 1.78 2.29 Cell yield on glucose/(gg-1) 0.55 0.53 0.58 0.56 0.58 0.54 GSH yield on glucose/(mgg-1) 8.2 11.0 12.3 12.9 12.5 13.5 Cell productivity/(gL-1h-1) 0.66 0.58 0.58 0.53 0.52 0.51 GSH productivity/(mgL-1h-1) 9.8 12

37、.0 12.2 12.2 11.0 12.8 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。细胞生长动力学模型及其参数估计 Temperature/C Xmax /(gL-1) max /h-1 KI /(gL-1) R2 value 24 16.3 0.34 25.0 0.999 26 16.2 0.37 25.8 0.999 28 16.0 0.45 26.4 0.998 30 15.1 0.51 32.6 0.998 32 15.6 0.57 34.3 0.997 表3-4 不同温度下细胞生长动力学参数模拟结果 )/11)(1 (maxmaxIKSXXXdtdX资料仅供参考,不当之处，请联系改正。

38、谷胱甘肽合成动力学模型及其参数估计 表3-5 不同温度下GSH合成动力学参数模拟结果 Temperature/C /(mgg-1) /(mgg-1) R2 value 24 14.4 0.37 0.935 26 13.8 0.48 0.941 28 13.1 0.44 0.938 30 12.6 0.48 0.918 32 7.9 0.44 0.962 XdtdXdtdP资料仅供参考,不当之处，请联系改正。0.30.40.50.62426283032Temperature/Cmax/h-1maxModel AModel RModel H202530352426283032Temperature

39、/CKI /(gL-1)KIModel AModel RModel H 图3-7 温度对C. utilis WSH 02-08细胞生长动力学参数的影响及其模拟 2max60.0224(1.7)(1/)1/8.26 10exp 31477/(273)TXXXdXdtSR T不同温度和葡萄糖浓度下的细胞浓度随时间变化情况：资料仅供参考,不当之处，请联系改正。0612180510152025t/hDCW/(gL-1)Experiment dataPredict data061218240510152025t/hDCW/(gL-1)Experiment dataPredict dataAB 图3-8

40、C. utilis WSH 02-08细胞生长动力学模型的验证A: Temperature 29C, initial glucose concentration 28.3 gL-1B: Temperature 30C, initial glucose concentration 33.2 gL-1 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。分阶段温度控制策略的提出与实现 Temperature /C Average in the first 8 h /h-1 Average after 8 h /h-1 Average qP in the first 8 h /(mgg-1h-1) Average

41、qP after 8 h /(mgg-1h-1) 32 0.23 0.05 2.75 0.81 30 0.24 0.09 4.10 1.44 28 0.18 0.09 3.60 1.26 26 0.14 0.11 2.70 1.66 24 0.12 0.09 2.13 1.48 表3-8 不同温度下分批发酵8 h前后的平均比生长速率 和平均比GSH合成速率比较结果 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。01020300102030t/hDCW/(gL-1); Glucose/(gL-1)0100200300400GSH/(mgL-1)30C26C 图3-9 分阶段温度控制策略下的GSH发酵过程曲

42、线 Glucose; GSH; DCW 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。表3-3 不同温度条件下GSH分批发酵过程参数比较 Temperature/C Parameters 32 30 28 26 24 3026 a Initial glucose concentration/(gL-1) 28.9 28.6 28.0 28.6 28.7 28.7 Culture time/h 24 26 28 30 32 30 Maximum dry cell weight/(gL-1) 15.8 15.2 16.1 16.0 16.2 15.4 Maximum GSH concentration/(m

43、gL-1) 234.7 312.3 342.8 365.6 353.4 385.1 Maximum Intracellular GSH content/% 1.60 2.15 2.24 2.31 2.24 2.61 Average specific growth rate/h-1 0.15 0.16 0.14 0.11 0.10 0.15 Average specific GSH production rate/(mgg-1h-1) 1.46 2.33 1.98 1.81 1.78 2.29 Cell yield on glucose/(gg-1) 0.55 0.53 0.58 0.56 0.

44、58 0.54 GSH yield on glucose/(mgg-1) 8.2 11.0 12.3 12.9 12.5 13.5 Cell productivity/(gL-1h-1) 0.66 0.58 0.58 0.53 0.52 0.51 GSH productivity/(mgL-1h-1) 9.8 12.0 12.2 12.2 11.0 12.8 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。本章小结：1、在满足细胞生长的范围内，溶氧对胞内GSH含量影响不大。在葡萄糖浓度为30 gL-1且通气量1.2 vvm的情况下，将搅拌转速恒定在300 rmin-1即可满足细胞生长和GSH合成对溶解氧的

45、需求； 2、不控制pH时，发酵液pH迅速下降，至pH 1.5时胞内合成的GSH开始向胞外 渗漏，最终DCW和GSH产量比pH 5.5时的发酵结果分别低27%和95%，且GSH的胞外渗漏量约占GSH合成总量的50%；3、在pH 4.06.5范围内，pH 5.5时最有利于GSH的合成。从分批发酵动力学角度进行分析，解释了pH对细胞生长和GSH合成的影响这一生理学现象；资料仅供参考,不当之处，请联系改正。4、在24C32C范围内，较高温度对C. utilis WSH 02-08细胞生长有促进作用，而较低温度更有利于GSH的合成；5、根据细胞生长动力学参数，得到24C32C范围内GSH分批发酵过程中细

46、胞浓度同温度以及底物浓度之间的一般关系式： 验证实验结果表明，该模型在24C32C范围内可用于预测不同温度下的细胞生长情况； 6、提出分阶段温度控制策略：发酵起始温度30C，8 h后切换至26C并保持到发酵结束。结果表明，分阶段温度控制策略的实施可以进一步提高GSH的合成能力，其中GSH产量分别比在26C和30C时提高了5%和23%，而胞内GSH含量更是高达2.61%。因此，该策略具有很好的实用性。 2max60.0224(1.7)(1/)1/8.26 10exp 31477/(273)TXX XdXdtSR T资料仅供参考,不当之处，请联系改正。资料仅供参考,不当之处，请联系改正。初糖浓度对

47、谷胱甘肽分批发酵的影响 010203040500102030t/hGlucose/(gL-1)01020300102030t/hDCW/(gL-1)01002003004005000102030t/hGSH/(mgL-1)0.511.522.50102030t/hGSH content/% 图4-1 不同初糖浓度下的GSH发酵过程 17.2 gL-1; 25.2 gL-1; 33.2 gL-1; 41.8 gL-1; 49.9 gL-1 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。Parameters Results Initial glucose concentration/(gL-1) 17.2

48、25.2 33.2 41.8 49.9 Culture time/h 20 24 28 30 30 Maximum Dry cell weight/(gL-1) 11.2 15.6 20.2 23.1 28.0 Maximum GSH production/(mgL-1) 196.5 310.2 328.9 352.3 426.4 Maximum Intracellular GSH content/% 1.85 2.15 1.76 1.61 1.59 Biomass yield on glucose/(gg-1) 0.66 0.63 0.61 0.56 0.56 GSH yield on gl

49、ucose/(mgg-1) 11.7 12.4 10.0 8.5 8.6 Biomass productivity/(gL-1h-1) 0.56 0.65 0.72 0.77 0.93 GSH productivity/(mgL-1h-1) 10.9 12.9 11.7 12.5 14.2 表4-1 不同初糖浓度下的GSH发酵过程参数比较 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。分批补料培养生产谷胱甘肽的发酵过程 020040060080001020304050t/hGSH/(mgL-1)11.522.53GSH content/%010203001020304050t/hGlucose/(gL-

50、1)010203040DCW/(gL-1) 图4-2 分批补料培养方式下的GSH发酵过程 Glucose; DCW; GSH; GSH content 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。恒速流加发酵对谷胱甘肽生产的影响 图4-3 葡萄糖恒速流加下 的GSH发酵过程 Glucose; DCW; GSH; GSH content;A-B, 4.2 gL-1h-1; C-D, 5.0 gL-1h-1; E-F, 6.4 gL-1h-1 0102030012243648t/hGlucose/(gL-1)0102030DCW/(gL-1)EFeeding0102030012243648t/hGluco