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四甲基吡嗪(tetramethylpyrazine,TMP),俗称川芎嗪,是植物川芎中的一种活性生物碱,同时还是一种医药和农药行业中间体,被用来合成多种用途广泛的药物,其本身也具有临床药理作用,在治疗心脑血管疾病、抗癌、抗自由基方面有显著的效果,被广泛的应用于临床治疗。此外,四甲基吡嗪还是一种天然存在的香气物质,天然存在可可豆、咖啡、花生等坚果类物质、豆类制品和肉类等物质中,具有烘烤香气,被食品加工行业广泛采用。本研究以实验室保藏、筛选自景芝芝麻香白酒中温大曲的野生地衣芽孢杆菌为出发菌株,采用等离子诱变(ARTP)、小菌落初筛、高效液相色谱定量复筛的方法,选育分离得到四甲基吡嗪的高产突变株,进行后续稳定性实验选育一株产量稳定的高产四甲基吡嗪的菌株。利用摇瓶、发酵罐通过单因素实验和正交实验相结合的手段对高产菌株的发酵培养基和温度、DO等培养条件进行优化,确定最佳的发酵工艺。摇瓶发酵最优培养基为葡萄糖100 g/L、蛋白胨30 g/L、酵母浸粉15 g/L、玉米浆10 mL/L、磷酸氢二钾4 g/L、磷酸氢二铵30 g/L,最优培养条件为接种量5%(体积比)、培养温度37℃、初始pH 6.5、摇床转速180 r/min。发酵罐分批发酵最优工艺条件为接种量5%(体积比)、培养温度37℃、发酵前期初始pH6.5、溶氧20%—30%,发酵36 h后溶氧条件10%—20%。当发酵液残糖降低至10g/L时,一次性补加120 g/L的葡糖糖,在前体乙偶姻浓度达到峰值时,一次性补加30 g/L的磷酸氢二铵,此时调整pH 7.0,发酵周期120 h。发酵结束放罐后对发酵液进行预处理处理,对发酵液中四甲基吡嗪含量进行测定,产量能达到24.68g/L。发酵结束后,采取膜过滤浓缩、降温结晶、重结晶相互结合的方式提纯四甲基吡嗪,菌体和蛋白一次性膜过滤去除,缩短了离心除菌体和絮凝除蛋白的时间,利用四甲基吡嗪疏水性较强的特点,确定降温结晶的提取工艺,该工艺流程操作及方法简便、能耗低、收率高,满足工业化生产的要求。该步骤获得的四甲基吡嗪为白色细针状晶体,大小、形状均匀,一次结晶四甲基吡嗪的回收率为94.19%,产品的纯度为98.19%,重结晶次数可根据产品纯度要求进行选择。