开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）
- 课题研究的问题
硫酸软骨素（CS）是一种，广泛存在于人体软 骨、肌腱、椎间盘等结缔组织中的糖胺聚糖类大分子酸性多糖，在医药、食品等领域具有巨大的潜在价值。而人们所熟知的大肠杆菌的变种E.coli K4菌可发酵生产果糖软骨素，通过脱果糖和硫酸修饰可得CS。本课题旨在通过对利用E.coli K4菌株发酵生产软骨素过程的研究，从培养基成分和发酵过程参数两个方面出发，探究E.coliK4菌株的E.coli发酵生产果糖软骨素的最佳条件，争取获得较高的果糖软骨素产量，为硫酸软骨素的工业化发酵生产做出些许贡献。
- 采用的研究手段
- 采用控制变量法进行研究：在发酵途中以控制培养基中的成分（C源、N源）以及发酵过程参数（温度、含氧量、pH等）的变化来探寻发酵生产果糖软骨素的最佳条件。
- HPLC法检测果糖软骨素的含量。
- 工作安排进程
2020.3-2020.4：前期文献调研。
2020.4-2020.5：E.coli K4菌株发酵与生长曲线的绘制。
2020.5-2020.6：发酵培养基成分和发酵过程参数优化，整理实验记录，撰写毕业设计，准备毕业答辩。
- 文献综述
硫酸软骨素（CS）是从动物软骨中分离得到的一种高分子量酸性黏多糖，具有促进软骨再生、抗凝血活性等功效，能有效预防关节炎，近年来发现其还具有抗癌、抗 HIV 等功效。我国是 CS 生产第一大国，产量约占世界总产量的80%，产品主要用于出口。尽管我国硫酸软骨素产业发展强劲，但仍然面临原料生产周期长 (动物软骨的生产周期较长)、产业水平不高 (工艺繁琐、收率不高、质量不稳)、产品质量缺陷 (采用 gamma; 射线杀菌导致辐射残留)、污染严重 (产生大量的有机物和蛋白废水) 、有潜在的人畜安全问题（禽流感等动物疾病、朊病毒）等传统以动物软组织为原料生产软骨素的必然瓶颈。综上所述，对硫酸软骨素的发酵工艺研究十分必要。
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硫酸软骨素的生产工艺
- 硫酸软骨素的传统动物软骨生产工艺
硫酸软骨素的传统工艺包括碱提醇沉法、酶解- 超滤法以及酶解- 树脂法。其中碱提醇沉法是目前企业采用的主要生产方法。其主要生产流程为：软骨→高温蒸煮 →烘干粉碎→ 5% 氢氧化钠浸提→盐酸调 pH值→离心过滤→乙醇沉淀。此法操作简易，生产成本低，但由于氢氧化钠、盐酸和乙醇的大量使用，导致污染严重，能耗较高，而且此法容易产生氢氧化钠的过度水解以及蛋白残留高等问题，此法得到的硫酸软骨素纯度一般在90%以下，难以达到出口要求，而且澄清度也很难合格。因此，部分厂家采用了更为先进的后两种方法。但是它们的生产成本更高，对工人的操作技能要求也很高，导致生产规模难以扩大。
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- 硫酸软骨素的发酵法生产工艺
近代研究发现，CS 不仅存在于动物软骨，还以荚膜多糖的形式存在于某些微生物的细胞壁中，自然界的一些真菌或细菌能合成低聚合度的CS及其类似物，所以用微生物发酵的方法生产CS逐渐受到重视，成为国内外的研究热点。
微生物发酵法提取硫酸软骨素采用的主要菌株有3种：巴斯德杆菌、大肠杆菌和枯草芽孢杆菌。其中虽然巴斯德杆菌能合成软骨素类荚膜多糖，但 其为家禽霍乱致病菌，因此目前主要研究集中在大肠杆菌和枯草芽孢杆菌上。枯草芽孢杆菌的安全性很高，同时可以直接获得硫酸软骨素，是理论上发酵法生产硫酸软骨素的最佳菌株。但是对于枯草芽孢杆菌的研究起步较晚，人们对于它的遗传模式、荚膜多糖合成及转运的机制研究远没有大肠杆菌那样深入，所以尽管大肠杆菌K4所得的发酵产物果糖软骨素需要经过额外的脱果糖和硫酸化等步骤才能获得硫酸软骨素，我们仍选用大肠杆菌作为本次实验的菌种。
- 硫酸软骨素的代谢途径以及基因调控
2.1合成基因簇
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