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氨基葡萄糖(Glucosamine,Glc N)及其衍生物N-乙酰氨基葡萄糖(N-acetylglucosamine,Glc NAc)广泛存在于自然界中,是重要的功能单糖,广泛应用于医药、食品以及化妆品等领域。目前,Glc N和Glc NAc的主要生产方法有甲壳素酸水解法、酶转化法以及微生物发酵法。本论文研究以一株可合成Glc NAc的重组枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)为出发菌株,通过单敲除该重组B.subtilis代谢网络中五个非必需基因区域以进一步提高细胞代谢效率和Glc NAc合成效率,在此基础上,对重组B.subtilis合成Glc NAc的发酵条件进行优化,显著提高了Glc NAc的产量和生产强度。论文主要研究内容如下:(1)分别敲除prophage1、prophage3、skin、PBSX和pks五个区域的非必需基因组片段,然后将此5个经过单敲除的菌株与出发菌株BSGN6发酵培养,对细胞生长情况、Glc NAc合成情况与葡萄糖消耗情况进行比较,发现敲除PBSX后获得的菌株(BSGN6-2),Glc N Ac产量达到2.90 g·L-1,较出发菌株提高16.9%,平均耗糖速率为1.15 g·L-1·h-1,较出发菌株降低31.1%,摩尔转化率达到0.078 mol·mol-1,较出发菌株提高16.4%。(2)在摇瓶上对BSGN6-2发酵生产Glc NAc的培养基和培养条件进行了优化,确定最优发酵培养基(g·L-1):玉米浆30,酵母粉20,葡萄糖40,Mg SO43,Ca CO3 5,K2HPO412.5,KH2PO4 2.5;在此基础上,进一步确定最适发酵培养条件:接种量4%(v/v),温度37oC,初始p H 7.4,转速300 r·min-1,装液量50/500 m L·m L-1,发酵时间36 h。在最优培养基和最适培养条件下,Glc NAc产量最高达到7.51 g·L-1,为优化之前的3.20倍。(3)在3 L发酵罐上研究了葡萄糖浓度控制方式,包括分批发酵、指数流加、恒速流加、脉冲式流加、反馈式葡萄糖流加(控制葡萄糖浓度在5 g·L-1、10 g·L-1、15 g·L-1)对Glc NAc合成的影响,发现当发酵过程中葡萄糖浓度维持在5 g·L-1时,Glc NAc的最高产量达到26.58 g·L-1,为分批发酵时的3.10倍。在此基础上,进一步研究了不同溶氧水平(20%、30%、40%和50%)条件下Glc NAc的合成情况,根据不同溶氧水平下的Glc NAc比合成速率,建立最佳溶氧控制策略:在葡萄糖浓度控制在5 g·L-1基础上进行溶氧分阶段调控(0-7 h,30%;7-15 h,50%;15-50 h,40%;50-72 h,30%)。在此条件下,Glc NAc产量提高至35.77 g·L-1,为分批发酵未进行溶氧控制时的4.17倍。