金属离子对发酵生产ε-聚赖氨酸的影响研究开题报告

1. 研究目的与意义

1.1背景和目的ε-聚赖氨酸（ε-poly-lysine，ε-pl）是少数链霉菌将 l-赖氨酸单体通过 α-cooh 与ε-nh2脱水缩合而成的一种氨基酸同聚物，聚合度为 25-35。

由于其抑菌谱广、效价高、安全无毒，再配合其水溶性好、作用 ph 广、热稳定强等特点，ε-pl 已被广泛用作食品防腐剂。

ε-pl热稳定性非常好, 即使把聚赖氨酸水溶液加热至100 e 处理30 min 或120 e 处理20 min 后, 也不会发生分解现象, 仍保持原有聚合物的长度。

2. 研究内容和预期目标

本研究立足于国内外研究现状，以白色链霉菌为生产菌，通过pb设计对影响产物合成以及细胞代谢的金属离子进行筛选，然后通过单因素实验和响应面分析方法来优化发酵培养基，从而最大限度的发挥白色链霉菌代谢生产ε-pl的特性，提高ε-pl的产量。

具体研究内容如下：1）关键金属离子的筛选。

利用pb法对氯化钠、氯化钙、氯化钾、硫酸亚铁、硫酸锰、硫酸锌、硫酸铜、硫酸镁等无机盐进行设计，其中因素水平根据文献以及微生物发酵所需无机盐的一般规律进行确定。

3. 研究的方法与步骤

主要研究方法：摇瓶发酵。

3.2 发酵工艺流程：斜面培养基制备→菌种的活化→关键金属离子的筛选→单因素实验确定关键金属离子的浓度→响应面分析法优化关键金属离子→摇瓶实验对比优化前后产物合成以及细胞代谢的差异→发酵罐中培养基的验证和放大实验→整理试验数据和结果进行参数分析。

3.3 研究技术路线：通过诱变遗传定向选育ε-pl高产菌株，并得到最佳培养基，以期提高ε-pl产量。

4. 参考文献

[1] Hiraki J, Ichikawa T, Ninomiya S, et al. Use of ADME studies to confirm thesafety of ε-polylysine as a preservative in food[J]. Regulatory Toxicology and Pharmacology, 2003, 37(2): 328-340.[2] Shih I L, Shen M H, Van Y T. Microbial synthesis of poly (epsilon-lysine) and its various applications[J]. Bioresource Technology, 2006, 97(9): 1148-1159.[3] Hiraki J, Hatakeyama M, Morita H, et al. Improved ε-poly-L-lysine production of an S-(2-aminoethyl)-L-cysteine resistant mutant of Streptomyces albulus[J]. Seibutu Kougaku Kaishi, 1998, 76: 487-493.[4] Kahar P, Iwata T, Hiraki J. Enhancement of epsiIon-polylysine production by Streptomyces albulus strain 410 using pH control[J]. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2001, 91(2): 190-194.[5] 陈旭升. ε-聚赖氨酸高产菌株选育与发酵过程优化[D]: [硕士论文]. 无锡:江南大学, 2008. [6] 马涛, 周大宇. ε-聚赖氨酸对月饼表皮防腐效果的研究[J]. 食品科学, 2008, 29(12): 215218.[7] 余明洁, 田丰伟, 范大明, 等. 高产ε-聚赖氨酸白色链霉菌的复合诱变选育研究[J]. 食品工业科技, 2008,29(7): 99101, 104.[8] 曹伟锋, 谭之磊, 袁国栋, 等. ε-聚赖氨酸测定方法的改进[J]. 天津科技大学学报, 2007, 22(2): 911, 32.[9] Shih IL, Shen MH. Optimization of cell growth and poly (ε-lysine) production in batch and fed-batch cultures by Streptomyces albulus IFO 14147[J]. Process Biochemisty,2006, 41(7): 16441649.[10] 圣志存，郝利民，贾士儒，等. 响应面法优化红缘拟层孔菌胞外多糖发酵培养基[J]. 食品工业科技，2014, 35(4): 194-198.[11] Itzhaki R F. Colorimetric method for estimating polylysine and polyarginine[J].Analytical Biochemistry, 1972, 50(2): 569574.[12] 陈玮玮, 朱宏阳, 徐虹. ε-聚赖氨酸高产菌株选育及分批发酵的研究[J].工业微生物, 2007, 37(2): 28-30. [13] Chen X S, Mao Z G. Comparison of Glucose and Glycerol as Carbon Sources for ε-Poly-l-Lysine Production by Streptomyces sp.M-Z18[J]. Applied BiochemistryBiotechnology, 2013. DOI 10.1007/s12010-013-0167-5. [14] 储炬,李友荣.现代生物工艺学(上册)[M].上海:华东理工大学出版社.2007,123. [15] 蔡谨, 孙章辉, 王隽等. 补料发酵工艺的应用及其研究进展[J].工业微生物, 2005, 35(1):42-48.[16] 刘波，邬应龙，张霞，等. 红曲霉固态发酵产木聚糖酶培养基的响应面优化[J]. 食品工业科技，2014,35(1):254-258.[17] 储炬, 李友荣. 现代工业发酵调控学[M]. 北京:化学工业出版社, 2002, 230-235. [18] Kawai T, Kubota T, Hiraki J, et al. Biosynthesis of ε-poly-l-lysine in a cell-free system of Streptomyces albulus[J]. Biochemical and Biophysical Research Communications, 2003, 311(3): 635-640.[19] Hirohara H, Takehara M, Saimura M, et al. Biosynthesis of poly(ε-l-lysine)s in two newly isolated strains of Streptomyces sp[J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2006, 73(2): 321-331.

5. 计划与进度安排

1）2022-03-04～2022-03-10：查阅资料撰写开题报告；2）2022-03-11～2022-03-16：斜面培养基制备与菌种的活化；3）2022-03-17～2022-03-31：关键金属离子的筛选；4）2022-04-01～2022-04-08：单因素实验确定关键金属离子的浓度；5）2022-04-08～2022-04-15：响应面分析法优化关键金属离子；6）2022-04-16～2022-04-22：摇瓶实验对比优化前后产物合成以及细胞代谢的差异；7）2022-04-22～2022-05-19：发酵罐中培养基的验证和放大实验；8）2022-05-20～2022-05-28：补充实验，整理试验数据和结果，撰写论文；9）2022-05-28～：修改补充论文，准备答辩。