枯草芽孢桿菌UJS0717產(chǎn)D-核糖發(fā)酵過程優(yōu)化及動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、D-核糖又稱D-呋喃核糖，是一種功能性的五碳糖，廣泛存在于核糖核酸、NAD、NADP及FAD中，具有抗衰老、調(diào)節(jié)體內(nèi)血糖/血脂等功能。D-核糖也是諸多藥物或食品添加劑合成的中間體和平臺(tái)化合物。國內(nèi)外D-核糖的生產(chǎn)方法可以概括為三種:天然物質(zhì)水解法，化學(xué)合成法以及微生物發(fā)酵法。其中，微生物發(fā)酵法是目前最經(jīng)濟(jì)、環(huán)境污染最小的D-核糖生產(chǎn)方法。本文首先建立了檢測(cè)發(fā)酵液中D-核糖和葡萄糖的HPLC方法，進(jìn)而對(duì)枯草芽孢桿菌(Bacillus su

2、btilis)UJS0717搖瓶發(fā)酵、7L發(fā)酵罐中分批和半連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)D-核糖的過程進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了發(fā)酵生產(chǎn)D-核糖的動(dòng)力學(xué)模型。
　　主要研究結(jié)果如下:
　　(1)以RID為檢測(cè)器，建立了高效液相色譜法定量測(cè)定發(fā)酵液中葡萄糖和D-核糖的方法。該方法的測(cè)定條件為:柱型Shodex Suger SH1011，流動(dòng)相為0.005 mol/L的稀硫酸溶液，柱溫為50℃，進(jìn)樣量為10μL。底物葡萄糖和產(chǎn)物D-核糖的

3、出峰時(shí)間分別為11.573 min和13.313 min。得到底物葡萄糖和產(chǎn)物D-核糖的回歸方程分別為Y=6.8684X-0.0691和Y=6.5565X+0.0046，其中Y為葡萄糖或D-核糖的質(zhì)量濃度，X為對(duì)應(yīng)的峰面積。線性范圍在2～45 g/L時(shí)，該法精密度、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性均良好;葡萄糖的平均回收率為99.27％，D-核糖的平均回收率為99.61％，RSD值分別為0.38％和0.14％，說明本方法準(zhǔn)確可行。
　　(2)單因素

4、搖瓶發(fā)酵試驗(yàn)結(jié)果證明，B.subtilis UJS0717發(fā)酵生產(chǎn)D-核糖的最佳溫度為36℃，最佳接種體積為10％，最佳的培養(yǎng)基初始pH值為7.0，玉米淀粉水解液、玉米漿、(NH4)2SO4的最佳濃度分別為150 g/L、20 g/L和3.0 g/L。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken設(shè)計(jì)，應(yīng)用響應(yīng)曲面法優(yōu)化了玉米淀粉水解液（以葡萄糖計(jì)）、玉米漿、(NH4)2SO4的濃度。優(yōu)化的發(fā)酵培養(yǎng)基組成為:玉米淀粉水解液（以葡萄糖計(jì)

5、）157 g/L，玉米漿21g/L，(NH4)2SO4濃度為3.2 g/L。在優(yōu)化的發(fā)酵條件下，D-核糖理論產(chǎn)量為61.01g/L。通過試驗(yàn)驗(yàn)證所測(cè)值與理論預(yù)測(cè)值相近，表明該回歸方程及響應(yīng)面分析法可靠、有效。
　　(3)在7L發(fā)酵罐的分批發(fā)酵中，攪拌轉(zhuǎn)速為600 rpm、通氣量為1.4 vvm時(shí)最有利于D-核糖的生成，D-核糖的產(chǎn)量、產(chǎn)率和生產(chǎn)強(qiáng)度分別為67.24 g/L，0.43 g/g和1.60g/L.h;在半連續(xù)發(fā)酵過程中，

6、以殘?zhí)菨舛?0 g/L左右為最佳補(bǔ)料時(shí)機(jī)，新鮮培養(yǎng)基2L為最佳補(bǔ)料體積及補(bǔ)加后玉米淀粉水解液（以葡萄糖計(jì)）為140 g/L左右時(shí)為最佳補(bǔ)料濃度，最終D-核糖的產(chǎn)率達(dá)到0.44 g/g，發(fā)酵強(qiáng)度達(dá)到2.33 g/L.h。
　　(4)在7L發(fā)酵罐上進(jìn)行分批發(fā)酵試驗(yàn)，通過對(duì)發(fā)酵過程中的菌體干質(zhì)量、D-核糖產(chǎn)量和殘?zhí)窍牧康臏y(cè)定，建立了描述D-核糖分批發(fā)酵的動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)該模型進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果顯示該模型能基本描述發(fā)酵過程中菌體生長、產(chǎn)物