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研究生:邱嘉鴻
研究生(外文):Chia-Hung Chiu
論文名稱:液態培養Rhodobactersphaeroides生產CoQ10之醱酵研究
論文名稱(外文):CoQ10 production by Rhodobacter sphaeroides in the submerged fermentation
指導教授:顏宏偉
指導教授(外文):Hong-Wei Yen
學位類別:碩士
校院名稱:東海大學
系所名稱:化學工程學系
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:86
中文關鍵詞:氣舉式醱酵槽光合菌紫色不含硫菌輔酶 Q10溶氧
外文關鍵詞:Airlift bioreactordissolve oxygenubiquinonephotosynthetic bacteriapurple no-sulfurubiquinoneCoenzyme Q10
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CoQ10為一種天然抗氧化物,主要功能為協助細胞代謝產生能量,常做為多種疾病的輔助用藥,近年來被開放為食品原料而廣受注意。本研究主要以液態培養紫色不含硫菌Rhodobacter sphaeroides進行CoQ10醱酵製程的開發。首先在三角瓶實驗中,探討添加胺基酸以及菌種改質對產量的影響,而在攪拌式醱酵槽實驗中先以溶氧量為探討主題,並討論氣舉式醱酵槽的可行性,在找到溶氧控制的適合條件後,輔以碳源-糖蜜,進行氣舉式醱酵槽實驗得出最佳結果。
根據實驗結果,添加Alanine 1 g/L,可讓整體產量提升20 %達到7.78 mg/l的CoQ10濃度,是最理想的胺基酸添加物,而以添加45 mg/L Soldium Azide平板培養基進行菌種篩選可成功讓CoQ10濃度達到5.85 mg/L,提升10 %。在溶氧的探討中發現微溶氧培養情況下可得到最大的CoQ10濃度23.73 mg/L以及最大的CoQ10生產速率0.329 mg/L/hr,是最佳的溶氧條件,厭氧照光條件雖然可得到最高單位菌體CoQ10含量21.35 mg CoQ10/g DCW,但生長停滯期過長以及菌量過少讓整體生產速率降低而不利生產。另外在氣舉式醱酵槽實驗中,降低通氣量後可得到與攪拌式醱酵槽相近的產量,證實以氣舉式醱酵槽進行CoQ10醱酵的可行性,輔以碳源糖蜜結合氣舉式醱酵槽得到本研究得最高CoQ10產量35.41 mg/L,搭配饋料批次可避免高濃度糖蜜的抑制效果讓CoQ10產量增加至49.37 mg/L。
CoQ10 is an intermediate component on the respiratory chain and also regarded as a kind of natural antioxidants. It is suggested as a health-supplemental material for many kinds of disease. The main objective of this research is using purple non-sulfur bacteria Rhodobacter sphaeroides to develop a submerged fermentation process for CoQ10 production. Firstly, the effects of addition amino acid and screening strategies in flask test were discussed. Then we use the tranditional 5 L agitation fermenter to find the optimize dissolve oxygen concentration and the test the possibility of CoQ10 production in the airlift fermenter. .
The results of amino acid adding experiments show 1g/L Alanine can increase as high as 20 % of CoQ10 concentration and sodium azide added at 45 mg/l can be used a good screeing chemicals for finding high CoQ10 production strain. The anaerobic-light culture had a highest CoQ10 content 21.35 mg CoQ10/g DCW, but the maximum CoQ10 concentration of 23.73 mg /L was observed in the micoaerobic environment. The similar CoQ10 concentration was obtained from the results of airlift fermenter. The CoQ10 concentration 35.41 mg/l obtained in the airlift batch fermented with molasses as the carbon source. The final production of CoQ10 concentration reached 49.37 mg/L using feed strategy.
中文摘要......................................................Ⅰ
英文摘要......................................................Ⅱ
目 錄......................................................Ⅲ
表 目 錄.................................................... .Ⅵ
圖 目 錄......................................................Ⅷ


第 一 章 緒論................................................ 1
第 二 章 文獻回顧............................................ 2
2.1 CoQ10簡介.............................................. 2
2.1.1 CoQ10的發現...................................... 2
2.1.2 CoQ10生理功能與應用.............................. 3
2.1.3 CoQ10生產方式.................................... 6
2.2生產CoQ10菌種.......................................... 9
2.2.1光合菌介紹....................................... 9
2.2.2紫色不含硫菌介紹................................. 10
2.3影響CoQ10產量的因子.................................... 18
2.4生物反應器介紹........................................ 19
第 三 章 實驗材料與方法...................................... 22
3.1 實驗材料.............................................. 22
3.1.1 菌株............................................ 22
3.1.2 實驗藥品........................................ 22
3.2 實驗儀器.............................................. 25
3.3 分析方法.............................................. 26
3.3.1菌體乾重的分析................................... 26
3.3.2葡萄糖的分析方法................................. 26
3.3.3 CoQ10的分析...................................... 27
3.3.4 光照強度的測定.................................. 27
3.4 實驗方法.............................................. 28
3.4.1 菌種保存........................................ 28
3.4.2 培養基組成...................................... 29
3.5 實驗培養條件.......................................... 31
3.5.1 菌體生長曲線.................................... 31
3.5.2 添加胺基酸的影響................................ 31
3.5.3 突變篩選劑的影響................................ 32
3.5.4 攪拌式醱酵槽實驗................................ 33
3.5.5 氣舉式醱酵槽的探討.............................. 35
3.5.6碳源對產量的探討................................. 36
第 四 章 結果與討論.......................................... 42
4.1 論文架構.............................................. 42
4.2 菌體生長曲線.......................................... 44
4.3 添加胺基酸的影響...................................... 44
4.4 突變篩選劑的探討...................................... 48
4.5 以攪拌式醱酵槽探討溶氧的影響.......................... 54
4.6 氣舉式醱酵槽的探討.................................... 67
4.7 碳源對產量的影響...................................... 71
第 五 章 結論與展望.......................................... 80
5.1結論.................................................. 80
5.2展望...................................................82
參考文獻..................................................... 83




圖目錄
圖2-1 CoQ10結構.............................................. 2
圖2-2 電子傳遞鏈抑制劑的作用點............................... 7
圖2-3 CoQ10在人體內的合成路徑................................ 8
圖2-4 光合細菌依需氧性與否之分類............................. 16
圖2-5 Winogradsky column..................................... 16
圖2-6 不同溶氧濃度對R. sphaeroides代謝方式的影響............ 17
圖3-1 CoQ10檢量線............................................. 39
圖3-2 厭氧照光實驗裝置示意圖................................. 40
圖3-3菌種活化平板培養基..................................... 41
圖3-4厭氧照光實驗操作照片................................... 41
圖3-5氣舉式醱酵槽操作照片................................... 41
圖4-1 論文整體架構圖......................................... 43
圖4-2 R. sphaeroides生長參數曲線............................ 46
圖4-3 添加不同濃度 Pravastatin對CoQ10篩選的影響............. 50
圖4-4 添加不同濃度Antimycin A對CoQ10篩選的影響............. 51
圖4-5 添加不同濃度 Rotenone對CoQ10篩選的影響................ 52
圖4-6 添加不同濃度 Sodium Azide對CoQ10篩選的影響............ 53
圖4-7 高溶氧下批次攪拌式醱酵槽實驗.......................... 57
圖4-8 中溶氧下批次攪拌式醱酵槽實驗........................... 58
圖4-9 低溶氧下批次攪拌式醱酵槽實驗........................... 59
圖4-10 微溶氧下批次攪拌式醱酵槽實驗.......................... 60
圖4-11 厭氧照光下批次攪拌式醱酵槽實驗........................ 61
圖4-12 二階段溶氧控制攪拌式醱酵槽實驗........................ 62
圖4-13 溶氧對菌體乾重的影響.................................. 63
圖4-14 溶氧對葡萄糖濃度的影響................................ 64
圖4-15 溶氧對CoQ10濃度的影響................................ 65
圖4-16 通氣量1 vvm氣舉式醱酵槽實驗.......................... 68
圖4-17 通氣量0.5 vvm氣舉式醱酵槽實驗........................ 69
圖4-18 不同種類碳源的三角瓶實驗.............................. 74
圖4-19 不同濃度糖蜜的三角瓶實驗.............................. 75
圖4-20 不同培養環境的菌體照片................................ 76
圖4-21 不同濃度糖蜜的凹槽三角瓶實驗.......................... 77
圖4-22 最佳化糖蜜濃度氣舉式批次實驗.......................... 78
圖4-23 最佳化糖蜜濃度氣舉式饋料實驗.......................... 79



表目錄
表2-1 不同種類微生物的CoQ10產量.............................. 12
表2-2 野生菌株和人工改質菌株生產CoQ10的結果比較.............. 13
表2-3 R. sphaeoides在不同碳源以及溶氧環境的生長模式........ 14
表2-4 不同光合菌所含的Quinone成份........................... 15
表2-5 三種基本反應器之優缺點................................. 21
表4-1 添加不同濃度胺基酸對CoQ10的影響........................ 47
表4-2 不同溶氧條件對Rhodobacter sphaeroides生產CoQ10的比較.. 61
表4-3 氣舉式與攪拌式醱酵槽生產CoQ10之比較.................... 70
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