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摘 要

本课题将对产氨短杆菌在以葡萄糖、蔗糖和高水平量葡萄糖下的发酵过程中的活菌数、菌体干重、产物浓度、底物浓度和pH等各个参数进行测定研究，建立动力学模型，从表征上探讨其代谢水平差异。实验结果表明：产氨短杆菌菌体代谢过程会随着碳源种类和碳源初始浓度的改变而产生较大变化，在初始葡萄糖浓度增加后，苹果酸产量降低直至为0，且此时菌体的最大干重大约为原先的2.2倍；不同培养基下，产氨短杆菌对碳源的利用率差异较大，对蔗糖的利用效率最高，其菌体生长的得率系数为0.4698 g/g，维持菌体代谢系数为0.0213 g/(g·h)，均低于葡萄糖；而相比培养基a和b，维持菌体代谢系数分别0.0324 g/(g·h)和0.2332 g/(g·h)。这些动力学数据均可为差产氨短杆菌优化、培养、苹果酸工业化生产提供数据基础。

关键词： L-苹果酸 产氨短杆菌 动力学

Study on kinetics of different fermentation conditions of production of L-malic acid by Brevibacterium ammoniagenes

Abstract

In this study, the number of viable bacteria, dry weight, product concentration, substrate concentration and pH were measured and studied in the fermentation process of Brevibacterium ammoniagenes in the fermentation process with glucose, sucrose and high levels of glucose.The experimental results showed that the metabolic process of the production of Brevibacterium ammoniagenes could change with the change of the carbon source and the initial concentration of the carbon source.When the initial glucose concentration increased, the yield of malic acid decreased to 0, and the maximum dry weight of the cell was about 2.2 times of that of the original.Different mediums, Brevibacterium ammoniagenes of carbon source utilization rate difference is bigger, the sucrose utilization efficiency highest, the cell growth rate coefficient for 0.4698 g/g, maintain cellular metabolic coefficient is 0.0213 g/(g.h) were lower than that of glucose,and compared with the culture medium a and b, the bacterial metabolism coefficient was 0.0324 g/ (g.h) and 0.2332 g/ (g.h).

Keywords: L-malic ,Brevibacterium ammoniagenes ,kinetics

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 文献综述 1

1.1 前言 1

1.2 L-苹果酸的理化性质 1

1.3 L-苹果酸的应用 2

1.3.1 食品工业上的用途 2

1.3.2 医药上的用途 2

1.3.3 工业上的其它用途 3

1.4 L-苹果酸的生产 3

1.4.1 直接提取法 3

1.4.2 拆分法 4

1.4.3 利用微生物转化富马酸生产L-苹果酸 4

1.4.4 利用微生物发酵糖质原料生产L-苹果酸 4

1.4.5 利用微生物发酵非糖质原料生产L-苹果酸 4

1.5 L-苹果酸的研究进展 5

1.6 本课题的研究目的与意义 6

第二章 产氨短杆菌发酵动力学研究 7

2.1 实验材料及方法 7

2.1.1 实验菌种 7

2.1.2 培养基 7

2.1.3 主要试剂 8

2.1.4 仪器设备 8

2.2 实验方法 9

2.2.1 菌株培养 9

2.2.2 菌丝干重（DCW）测定 9

2.2.3 糖浓度的测定 10

2.2.4 苹果酸的测定 11

第三章 结果与讨论 13

3.1 葡萄糖标准曲线 13

3.2 蔗糖标准曲线 13

3.3苹果酸标准曲线 14

3.4菌体生长动力学模型 15

3.5 苹果酸合成动力学模型 21

3.6 底物消耗动力学模型 23

第四章 结论与展望 26

4.1 结论 26

4.2 展望 27

参考文献 28

致谢 30

第一章 文献综述

1.1 前言

苹果酸又名为羟基丁二酸或羟基琥珀酸。在其分子结构中有不对称的碳原子，存在左旋L-型和右旋D-型以及消旋DL-型三种，消型DL-型是由1/2的D-型及1/2的L-型所组成^[1]。自然界中多是天然的L-型苹果酸，而化学合成的苹果酸，则为L-型和D-型的混合物。本实验主要研究的是L-苹果酸。

L-苹果酸作为一种重要的天然有机酸，广泛存在于植物、动物与微生物细胞中。它是三羧酸循环及其之路乙醛酸循环循环代谢过程中的重要产物的，在一般生物中它参与循环而不大量积累，其口感接近苹果的酸味。相比于柠檬酸,L-苹果酸酸度大、香味独特、味道更柔和且不损害口腔和牙齿。因此，在食品工业生产中，L-苹果酸作为国际公认的的安全性食品添加剂被使用，同时作为调酸剂和保鲜剂的效果也极佳，与柠檬酸配合使用可不仅以得到天然果实的酸味特征，而且使酸味丰满自然。

本文将以产氨短杆菌的动力学研究为主线，针对不同发酵条件时产氨短杆菌对苹果酸发酵情况的不同，研究其动力学性质。

1.2 L-苹果酸的理化性质

L-苹果酸的化学结构式（图1-1）为：

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