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文檔簡介
1、鼠李糖脂作為一種生物表面活性劑,可以顯著降低體系的表/界面張力,且具有熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性、低毒性和生物可降解性,是一種典型的綠色產品,因而可被廣泛應用于石油、環(huán)境、食品和醫(yī)藥等工業(yè)領域,甚至在農業(yè)上也有諸多應用。然而,目前對于鼠李糖脂來說,普遍存在著產量低、生產規(guī)模小和分離成本高等問題,導致其使用成本高,限制了其在工業(yè)規(guī)模上的廣泛應用。因此,本論文分別對鼠李糖脂的發(fā)酵工藝和分離方法進行研究,并考察將成本低廉的去菌體發(fā)酵液直接用作生物農
2、藥的可行性,為鼠李糖脂的工業(yè)化應用奠定基礎。
本論文先分別對發(fā)酵培養(yǎng)基配方、發(fā)酵工藝以及發(fā)酵中的消泡方法進行優(yōu)化和探索。首先,建立了快速定量鼠李糖脂組分的薄層層析(TLC)-光密度分析法,該方法對單、雙鼠李糖脂的加標回收率分別在96.6%~102.7%和97.8%~102.0%之間;隨后,利用Plackett-Burman實驗、最陡爬坡實驗和響應面法對發(fā)酵培養(yǎng)基配方進行優(yōu)化,獲得幾個關鍵培養(yǎng)基組分的組成分別為:NaNO3,7.
3、7 g/L; MgSO4,0.26 g/L;微量元素,3.8 mL/L。經(jīng)搖瓶驗證,培養(yǎng)至96 h,鼠李糖脂最高產量為38.0 g/L,比初始培養(yǎng)基產量提高81.0%。然后,于10L發(fā)酵罐中進行了鼠李糖脂批式發(fā)酵和補料分批發(fā)酵,并分別建立其發(fā)酵動力學模型,確定了最優(yōu)的補料分批發(fā)酵工藝(流加碳源、微量元素和硝酸鈉),在此工藝下至發(fā)酵終點(96h),鼠李糖脂的最高產量為40.5 g/L;將上述最優(yōu)流加發(fā)酵工藝用于50 L和500 L發(fā)酵罐的
4、中試生產,鼠李糖脂的最高產量分別為38.8 g/L(99 h)和36.0 g/L(100 h)。此外,我們利用10 L發(fā)酵的數(shù)據(jù),分別建立鼠李糖脂和菌體濃度的人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型,將其用于50 L和500 L發(fā)酵罐的預測,精確度較高,可為鼠李糖脂的中試發(fā)酵生產過程提供動態(tài)模擬。最后,我們針對鼠李糖脂發(fā)酵中泡沫問題,找到了合適的有機溶劑消泡劑,首次開發(fā)了同時利用乙醇作為消泡劑和碳源的發(fā)酵工藝,并在2L和50 L發(fā)酵罐中進行驗證實驗。
5、 隨后,我們考察了鼠李糖脂的理化性質,首次發(fā)現(xiàn)鼠李糖脂溶于正己烷是因為鼠李糖脂-正己烷反膠束的形成。根據(jù)這一性質,我們利用正己烷為萃取劑來分離鼠李糖脂,以代替常規(guī)的高毒性氯仿溶劑。正己烷對發(fā)酵液中鼠李糖脂的最佳萃取pH為4.5,在此條件下萃取2次后,萃取率達85%,萃取物純度為80%;對于酸沉的粗鼠李糖脂,最佳萃取pH為4.5,在此條件下萃取3次后,萃取率達99.0%,萃取物純度為98.8%。
最后,我們采用廉價的去菌體鼠李糖
6、脂發(fā)酵液有效地抑制了多種植物病原菌,包括卵菌類、接合菌類和子囊菌類,且效果與鼠李糖脂萃取濃縮物相當。其中,對于去菌體發(fā)酵液,起主要抑菌作用的為雙鼠李糖脂。此外,鼠李糖脂對于兩型繁殖植物病原菌具有較好的抑制效果,進一步擴大了其作為生物農藥的應用范圍。植株的體內試驗表明,鼠李糖脂可以有效地控制番茄晚疫病菌,且鼠李糖脂具有較高的生物安全性,至1000μg/mL尚未發(fā)現(xiàn)具有植物毒性。
總之,本文通過對鼠李糖脂發(fā)酵、分離過程以及應用的研
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