不同碳源機械攪拌發(fā)酵制備細菌纖維素的研究.pdf

1、細菌纖維素(BC)是一類由微生物分泌的胞外多糖，因具有許多優(yōu)異的理化特性而在以下多個領(lǐng)域具有應(yīng)用前景，譬如食品、造紙、醫(yī)藥以及音響器件等行業(yè)。目前，細菌纖維素的規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)尚未真正實現(xiàn)，限制了該材料的廣泛應(yīng)用。而工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵瓶頸在于生產(chǎn)成本，尤以碳源為主，因此尋找開發(fā)一種或幾種廉價碳源成為當(dāng)務(wù)之急。本課題分別以木薯、甘蔗糖蜜、工業(yè)粗甘油作為發(fā)酵碳源，探討上述原料對生產(chǎn)細菌纖維素的影響，并在此基礎(chǔ)上研究在機械攪拌發(fā)酵罐中添加瓊脂以求

2、降低攪拌剪切力對細菌生長和BC發(fā)酵生產(chǎn)的影響，為細菌纖維素的工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。
　　首先探討了不同碳源對制備細菌纖維素的影響。分別以木薯、糖蜜及粗甘油（生物甘油）作為發(fā)酵碳源，通過碳源消耗速率，菌體生長量，溶氧率以及BC得率進行評價。以糖蜜及生物甘油為碳源發(fā)酵生產(chǎn)時，BC產(chǎn)量分別達到4.5g/L和4.1g/L，最大菌濃分別達到0.95×106cells/mL和1.12×106cells/mL;而以木薯水解液為碳源時，BC產(chǎn)

3、量達到6.3g/L，較前二者分別增加了39.3％和52.2％，最大菌濃達到1.94×106cells/mL，比前二者分別增加104.2％和73.2％。結(jié)果表明，以木薯水解液(40g/L)作為碳源，發(fā)酵結(jié)果優(yōu)于其它兩種原料，可優(yōu)先考慮作為工業(yè)化生產(chǎn)細菌纖維素的原料。由于甘蔗糖蜜的顏色較深，產(chǎn)出的纖維素顏色較深且難去除，因此為降低纖維素的后處理成本，進一步研究了糖蜜的活性炭脫色前處理。未經(jīng)過酸預(yù)處理的糖蜜在pH5條件下脫色率最高，但在pH6

4、條件下脫色效率（即脫色率/糖蜜吸附率）最高，為4.0;經(jīng)過熱-酸處理后的糖蜜同樣在pH5條件下脫色率最高，在pH6條件下脫色效率最高，為4.5，明顯高于未預(yù)處理糖蜜組。綜合以上結(jié)果表明，糖蜜經(jīng)過熱-酸預(yù)處理后，再經(jīng)pH6條件下脫色，相對來說糖蜜總糖損失較小，脫色效果好，在工業(yè)生產(chǎn)上可以采用。
　　其次，在分別以木薯和糖蜜為碳源的基礎(chǔ)上，向發(fā)酵液中添加0-0.8％(w/v)不同濃度的瓊脂，以研究發(fā)酵液粘度的改變帶來的剪切力變化對細菌

5、纖維素生產(chǎn)的影響。研究顯示在木薯發(fā)酵液中，當(dāng)加入0.2％的瓊脂時，BC產(chǎn)量最大，達到7.3g/L，高于未加入瓊脂的6.3g/L的產(chǎn)量，增加了16.4％。糖蜜發(fā)酵液中，當(dāng)加入0.6％瓊脂時獲得最大為6.5g/L的BC產(chǎn)量，比未加瓊脂的增加了44.9％。結(jié)果表明，添加瓊脂可能增加了發(fā)酵液粘度，從而降低菌體所受剪切力，增加細菌纖維素產(chǎn)量。
　　最后，分別以純甘油，生物柴油兩種生產(chǎn)工藝的副產(chǎn)物粗甘油:“生物甘油”和“植物甘油”作為發(fā)酵碳源

6、，分別采用靜態(tài)培養(yǎng)和機械攪拌動態(tài)培養(yǎng)兩種生產(chǎn)方式，探討甘油種類和培養(yǎng)方式對制備細菌纖維素的影響。結(jié)果顯示，甘油濃度為25g/L，靜態(tài)培養(yǎng)時，以純甘油，生物甘油和植物甘油作為碳源的BC產(chǎn)量分別為7.3g/L、6.9g/L和3.3g/L，考慮到成本問題，生物甘油可以作為潛在的替代純甘油發(fā)酵的碳源。當(dāng)采用機械攪拌動態(tài)發(fā)酵時，產(chǎn)量分別為6.6g/L、5.7g/L和3.0g/L，比靜態(tài)培養(yǎng)的出現(xiàn)了一定程度降低，但考慮到規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)的效率和推廣可