减少副产物生成对酵母菌利用地沟油发酵产柠檬酸的影响

论文总字数：18148字

摘 要

：该研究以Yarrowia lipolytica SWJ-1b为发酵菌株，以地沟油为原料，进行柠檬酸的发酵生产。对发酵培养基的组成成分进行了组合优化，结果发现，适度添加氮和镁使得柠檬酸发酵过程中副产物油脂和异柠檬酸产量显著下降，柠檬酸发酵产率提高；而维生素B₁和磷酸盐的添加则导致副产物的累积而对柠檬酸生成产生不利影响。同时，发酵培养基最佳初始地沟油浓度为80.0 g/l，最佳接种量为1×10⁷个细胞/l培养基。在此发酵条件下，副产物的生成得到有效抑制，达到较高的柠檬酸产量。在5-l发酵体系中进行发酵，经过336个小时，柠檬酸产量达到31.7 g/l，生物量为5.9 g/l，异柠檬酸浓度6.5 g/l，胞内油脂为42.1 g/100g细胞干重。发酵结束时，有94.6%的地沟油被酵母菌利用，柠檬酸产率达到了0.4 g/g地沟油。这表明Y. lipolytica SWJ-1b利用地沟油发酵柠檬酸时, 通过培养基成分优化能有效抑制发酵过程中副产物生成，从而显著提高该菌的柠檬酸发酵产率。

关键词：柠檬酸，解脂耶罗维亚酵母菌，地沟油，异柠檬酸，胞内油脂

Abstract In this study, citric acid producing from illegal cooking oil by Yarrowia lipolytica SWJ-1b was investigated. Here the compositions of the medium for citric acid producing with illegal cooking oil were optimized, and the results showed that extra nitrogen and magnesium rather than vitaminB1 and phosphate were needed for CA producing. To get the maximal CA yield, the optimal concentration of the illegal cooking oil in the medium was 80.0 g/l, and the suitable inoculation size was 1*10⁷ cells/l medium. We also reported that during 10-l fermentation, 31.7 g/l of citric acid, 6.5 g/l of isocitric acid, 5.9 g/l of biomass and 42.1 g/100.0 g cell dry weight of lipid were attained from 80.0 g/l of illegal cooking oil within 336 h. At the end of the fermentation, 94.6 % of the illegal cooking oil was used by cells of Y. lipolytica SWJ-1b, and the yield of citric acid was 0.4 g/g illegal cooking oil, which suggested that illegal cooking oil is a suitable carbon resource for citric acid production.

Key words: citric acid, Yarrowia lipolytica, illegal cooking oil, isocitric acid, intracellular lipid

目 录

1 前言 3

2 材料与方法 5

2.1 材料 5

2.2 方法 6

3 结果与讨论 8

3.1 (NH₄)₂SO₄浓度对产物产量的影响 8

3.2 KH₂PO₄浓度对产物产量的影响 9

3.3 Mg² 浓度对产物产量的影响 10

3.4 维生素B₁浓度对产物产量的影响 11

3.5 接种量对产物产量的影响 11

3.6 地沟油含量对产物产量的影响 12

3.7 发酵过程产物含量变化趋势 13

结论 14

参考文献 15

致谢 17

1 前言

柠檬酸（Citric acid）又名2-羟基丙烷-1, 2, 3-三羧酸，是三羧酸循环的中间代谢物，也是一种重要的有机酸，由于其特殊性质能够作为酸化剂、调味剂和抗氧化剂，因此被广泛应用于食品业、制药业和农业等众多领域。据报道，世界柠檬酸发酵年产量已达170万吨，其中我国年产量达到94万吨，占世界柠檬酸产业的50%以上^[1]。目前工业柠檬酸主要采用黑曲霉（Aspergillus niger）发酵淀粉质原料的方式获得，然而A. niger及其孢子具有极大的致病隐患（常导致操作工人罹患肺曲霉肿等职业疾病），其发酵过程也往往伴随大量固液体废弃物产生，给社会及环境造成很大负担。此外，A. niger对发酵环境敏感，很难利用低成本的粗原料，在加剧粮食危机的同时，也使得发酵成本不断增加^[2]。近年来，在激烈的行业竞争下，柠檬酸产业利润空间被大幅压缩而陷入空前的尴尬境地，亟需寻找一种环境友好、经济可行的新型发酵模式。

解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）是一种非传统酵母菌，发酵产物众多，之前一直作为产油菌株为人们所熟知^[3]。Y. lipolytica在特定条件下（如高碳氮比的培养基中）可产生大量柠檬酸，其产量可与A. niger相媲美，因而是柠檬酸发酵领域独具潜力的A. niger替代菌株。与A. niger相比，Y. lipolytica具有原料范围广、环境敏感度低等特点，可利用很多工农业废弃物或粗原料，且该菌的发酵工艺更为安全环保，能有效缓解目前柠檬酸发酵面临的环境及社会压力。此外，该菌遗传稳定性高，有利于基因改造。Y. lipolytica作为一种公认的符合现代生产理念的柠檬酸发酵菌株，近年来受到研究者的广泛关注^{[2, 4]}。

目前，随着柠檬酸以及可替代资源需求的增长，人们正努力探索更为经济的发酵底物，因而柠檬酸发酵碳源的发掘成为近年来研究的主题。研究表明，柠檬酸生产菌株A. niger发酵柠檬酸的最佳碳源是蔗糖。Y. lipolytica由于自身含有脂肪酶，能够分解油脂（该菌也因此而得名），故其生产柠檬酸的最佳碳源是油脂类。上世纪60、70年代，油脂及其副产物价格较为低廉，因此酵母菌发酵油脂成为柠檬酸工业生产的备用途径。近年来随着资源紧缺现象的愈演愈烈，该途径的低成本生产优势在不断减少^[1]。地沟油也称泔水油或潲水油，通常意义的地沟油是指餐饮业的烹调残油、剩菜(通称泔水) 等含油脂的废水流入下水道，经油水分离器或者隔油池分离后产生的不可再食用的油脂。随着我国的餐饮业规模日益扩大，餐饮废水中排出的废油脂日益增多，不仅造成城市环境的严重污染，而且产生了废油脂非法回收提炼回流食品市场的不法现象。地沟油含有多种有毒有害成分，具有很强的致癌性，但由于其价格低廉，地沟油回流至餐饮业的不法现象屡禁不止，给社会带来巨大危害，因此地沟油的规范化管理及合理化利用成了重要的社会问题。如今，在中国每年能够产生5亿吨的地沟油^[6]，因而如何合理利用地沟油成了当务之急。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：18148字