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摘 要

产琥珀酸放线杆菌NJ113能够进行微氧发酵产丙酮酸，并且具有生产丙酮酸的优秀潜力。溶解氧环境是一个关键因素，每分钟300rpm的发酵条件下，丙酮酸浓度达到最大值。碳酸钾在促进丙酮酸生产中具有重要作用，影响着丙酮酸的浓度和副产物琥珀酸的产量。优化后的丙酮酸最大浓度是36.8±0.1g/L，同时对葡萄糖得率为 0.639±0.056 g g^–1，产率为3.12±0.03 mmol g^–1 DCW^–1 h^–1。

关键词： 产琥珀酸放线杆菌NJ113 丙酮酸

Optimization and regulation of micro-aerobic fermentation condition  of producing pyruvate

ABSTRACT

Actinobacillus succinogenes NJ113 is capable of micro-aerobic fermentation, which offers the possibility of a novel type of pyruvic acid production. A dissolved oxygen environment was a key factor in the fermentative production of pyruvic acid with stirring at 300 rpm to a maximum concentration. Potassium carbonate (K₂CO₃)had a role in promoting pyruvic acid production, influencing the concentration of pyruvic acid and production of the by-product succinic acid. The final titer of pyruvic acid production was 36.8±0.1 g L^–1 with an overall yield of 0.639±0.056 g g^–1 glucose and 3.12±0.03 mmol g^–1 dry cell weight h^–1.

Key Words: Actinobacillus succinogenes NJ113，Pyruvate

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

目 录 III

第一章 引言 1

1.1 课题研究背景 1

1.1.1 丙酮酸的概述 1

1.1.2 丙酮酸生产方法 1

1.1.3 产丙酮酸的菌种介绍 2

1.1.4 实验菌Actinobacillus succinogenes NJ113 2

1.1.5 A.Succinogenes菌株的代谢特性 3

1.1.6 选题意义 4

1.1.7 选题依据 5

1.2 检测方法的建立 5

1.3 摇瓶条件的优化 5

1.4 发酵罐的条件优化 5

第二章 实验材料和方法 6

2.1 实验器材和药品 6

2.1.1实验器材 6

2.1.2 实验试剂 7

2.1.3培养基 9

2.1.4 菌种 10

2.2实验方法 11

2.2.1 摇瓶体系中pH调节剂种类的选择。 11

2.2.2 对pH调节剂添加量以及添加时机的优化。 11

2.2.3 .对摇瓶体系初糖浓度的优化。 11

2.3. 发酵实验的优化 11

2.3.1 不同培养模式对NJ113菌株产酸分布的影响 12

2.3.2 不同渗透压保护剂对发酵产酸的影响 12

2.3.3 不同溶氧水平对产丙酮酸的影响 12

2.3.4 不同pH调节剂对发酵对产丙酮酸的影响 13

2.3.5 添加额外氮源对产酸的影响。 13

2.4结果与讨论 13

2.4.1 检测方法的确立 13

2.4.2 摇瓶产丙酮酸条件优化与调控 14

2.4.3 发酵罐产丙酮酸条件优化与调控 17

第三章 结论与展望 25

3.1 结论 25

3.2 结果 25

3.3 展望 26

参考文献 27

致 谢 31

第一章 引言

1.1 课题研究背景

1.1.1 丙酮酸的概述

丙酮酸^[1]（Pyruvic acid），又称 2-氧代丙酸（2-oxopropanoic acid）、α-酮基丙酸（α-ketopropionic acid）或乙酰基甲酸（Acetylformic acid），为无色至淡黄色液体，呈醋酸香气和愉快酸味，见光色变深，易吸潮、聚合、分解，能与水、乙醇、乙醚混溶。其熔点 11.8℃，沸点 165℃（分解）。分子式 C3H4O3，分子量为 85.06，是最重要的 α-氧代羧酸之一。 丙酮酸在生物能量代谢中具有十分重要的作用，在无氧分解下有各种变化形式，如肌肉产生乳酸、酵母的酒精发酵和植物组织在无氧状态下生成乳酸或乙醇等，而所有形成丙酮酸的反应途径是完全相同的，并且在有氧状态下分解，通过三羧酸循环被完全氧化。可以认为这是获得能量最有效的途径。在这个意义上，丙酮酸位于无氧分解和有氧分解的交界点上，是极为重要的中间产物。

丙酮酸还是合成多种化合物的前体，用途极为广泛^[2]，如：（1）制药工业：用于酶法合成L-色氨酸、L-酪氨酸、L-多巴；合成 L-半胱氨酸、L-亮氨酸、维生素 B6和 B12等；与乳酸、锂构成人工胰脏；作为体外传感器测定葡萄糖的含量。（2）生化研究：用于伯醇及仲醇的检定；转氨酶的测定；脂肪族胺的显色剂等。（3）农用化学品^[3]：合成乙烯系聚合物、氢化阿托酸、谷物保护剂等多种农药的起始原料。（4）细胞培养：与乳酸组成抗氧化剂，降低对细胞的伤害；是动物细胞培养的重要底物。（5）食品工业^[4]：GB2760-1996 规定为酸味添加剂。近年来由于在减肥上有特效而受到西方消费者青睐。

1.1.2 丙酮酸生产方法

目前生产丙酮酸的方法主要有酒石酸脱水脱羧法^[5]、乳酸催化氧化法^[6]、羟酯丙酮法、电化学合成法^[7]、乳酸乙酯空气氧化法、生物发酵法^[8]以及酶转化法。国内生产丙酮酸酸的厂家主要有浙江台州兴业化工厂等少数十几家企业，年生产

能力约 1000 吨，而且主要使用的是落后的酒石酸法。

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