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纳他霉素是一种广谱、高效的天然真菌抗生素,广泛应用于植物病害生物防治、食品防腐、医疗等方面。由于目前纳他霉素发酵生产产量低、周期长,其应用受到了限制。利迪链霉菌(Streptomyces lydicus)G117是以利迪链霉菌A01和A02为出发菌株,利用基因重排技术选育出来的纳他霉素高产新菌株,其发酵周期较出发菌株明显缩短,产量显著提高。本文对利迪链霉菌G117生产纳他霉素的发酵工艺进行了系统的研究。通过对培养基组成和发酵条件的优化,大幅提高了纳他霉素产量,并建立了补料分批发酵动力学模型,为进一步研究及工业生产提供理论依据。主要研究结果如下:(1)依次使用Plackett-Burman设计、最陡爬坡法和Box-Behnken中心组合设计优化利迪链霉菌G117产纳他霉素的发酵培养基,纳他霉素产量较基础发酵培养基有显著提高,由2040.45mg/L提高到了2718.57mg/L,提高了33.2%,且与模型预测的产量2708.06mg/L无显著性差异。优化后的发酵培养基组成:玉米淀粉46.15g/L、豆粕粉14.80g/L、氯化钠5.88g/L、葡萄糖10g/L、蛋白胨6g/L、硫酸铵7.5g/L、硫酸镁0.5g/L、磷酸二氢钾0.3g/L、碳酸钙10g/L、高温淀粉酶0.05g/L。(2)通过试验确定接种最适种龄24h,最适接种量为9%。发酵过程中的温度对纳他霉素的产量有显著影响,较高的发酵温度有利于菌体生长,较低的发酵温度有利纳他霉素的合成,因此对利迪链霉菌G117发酵进行温度两阶段控制策略,即0-36h,发酵温度为30℃,36h后发酵温度调为28℃,采用这一最优化的温度两阶段控制,纳他霉素的产量提高到3516.65mg/L,分别较28℃和30℃单一温度发酵纳他霉素产量提高19.1%和20.34%。(3)确定利迪链霉菌G117发酵的最适初始p H为7.3;采用p H-补糖联动的方法,确定了在发酵过程中控制p H在6.3时纳他霉素的产量最高,为5208.88mg/L,明显高于不控制p H时纳他霉素的产量,提高47.49%。发酵培养24h时添加0.1%丙酸钠,纳他霉素的产量为3982.53mg/L,较不添加前体时的产量提高了10.26%。(4)采用优化的培养基在最适的培养条件下进行补料分批发酵试验,纳他霉素的产量为11.81g/L,较优化前提高了69.57%。建立了纳他霉素分批补料动力学模型:菌体生长动力学模型:()0.1908t0.1908t1.374X t =0.897+0.103ee,R2=0.9978;产物生成动力学模型:()()0.1908tP t=0.686182ln 0.897+0.103e,R2=0.9600;底物消耗动力学:0.1908t0.1908t0.1908t1.5952S(t) 50.7052 0.8998 ln(0.897 0.103)0.897 0.103eee=--++,R2=0.9819。该模型的预测值与试验值的拟合非常好,能较好的描述利迪链霉菌G117补料分批发酵过程中菌体浓度、纳他霉素产量、总糖浓度的变化规律。