旋轉(zhuǎn)床強(qiáng)化微生物發(fā)酵生產(chǎn)胞外多糖A的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、高粘性微生物胞外多糖具有優(yōu)良的增稠性、乳化性等特性，其廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。我國(guó)作為高粘性微生物多糖生產(chǎn)量最大的國(guó)家之一，生產(chǎn)規(guī)模與工藝技術(shù)不相匹配。目前，微生物發(fā)酵是高粘性多糖的主流生產(chǎn)技術(shù)，但高粘性微生物多糖呈非牛頓流體的特性，隨著發(fā)酵過(guò)程粘多糖的合成，發(fā)酵液粘度呈逐漸增加趨勢(shì)，使傳統(tǒng)生物發(fā)酵過(guò)程存在傳質(zhì)和混合受限等關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)難題，從而導(dǎo)致高粘性多糖產(chǎn)量低、質(zhì)量差、發(fā)酵周期長(zhǎng)等。因此，如何通過(guò)強(qiáng)化高粘性微生物多糖發(fā)酵過(guò)程的傳質(zhì)和混合

2、建立高效的生產(chǎn)工藝是當(dāng)前該領(lǐng)域亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)難題。
　　本文采用克雷伯氏菌H-112生產(chǎn)胞外多糖A，擬通過(guò)旋轉(zhuǎn)床工藝強(qiáng)化高粘性微生物多糖發(fā)酵過(guò)程的傳質(zhì)和混合，旨在縮短發(fā)酵周期，提高高粘性微生物多糖的產(chǎn)量和改善其質(zhì)量。首先進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)條件的優(yōu)化研究，在此基礎(chǔ)上利用旋轉(zhuǎn)床生化反應(yīng)器進(jìn)行高粘度發(fā)酵體系的工藝條件優(yōu)化研究，并探討該過(guò)程的發(fā)酵動(dòng)力學(xué)，主要研究結(jié)果如下:
　　(1)得到發(fā)酵培養(yǎng)基較優(yōu)配方為蔗糖10g/L，蛋白胨1

3、0g/L，無(wú)水MgSO40.5 g/L，谷氨酸鈉2.5 g/L，KH2PO41.5 g/L，并確定發(fā)酵適宜培養(yǎng)為溫度32℃，初始pH為6。優(yōu)化后，克雷伯氏菌H-112胞外多糖A產(chǎn)量達(dá)到1.4-1.5 g/L，較原始配方提高了50％左右，并且粘度提高4倍左右。
　　(2)通過(guò)探究定-轉(zhuǎn)子式旋轉(zhuǎn)床發(fā)酵罐的工藝條件對(duì)克雷伯氏菌H-112胞外多糖A發(fā)酵過(guò)程的影響，確定發(fā)酵條件為pH控制在6.0左右，通氣量為5 L/min，發(fā)酵初始轉(zhuǎn)速設(shè)為

4、500 rpm，根據(jù)溶氧情況以及提升器提升情況將轉(zhuǎn)速提升至800 rpm，發(fā)酵周期為68 h，胞外多糖A的產(chǎn)量達(dá)6.5 g/L，表觀粘度達(dá)76000 mPa·s，蔗糖的轉(zhuǎn)化率為21.0％左右。
　　(3)與傳統(tǒng)攪拌式發(fā)酵罐相比，定-轉(zhuǎn)子式旋轉(zhuǎn)床發(fā)酵罐的發(fā)酵效果優(yōu)于攪拌式發(fā)酵罐的發(fā)酵效果。在較優(yōu)條件下，優(yōu)勢(shì)如下:可以使菌體生長(zhǎng)的穩(wěn)定期提前8h左右，發(fā)酵周期明顯縮短，產(chǎn)量提高35％左右，對(duì)應(yīng)的表觀粘度提高2倍左右，糖的轉(zhuǎn)化率提高5％。

5、在同樣發(fā)酵條件下，優(yōu)勢(shì)如下:可以使菌體生長(zhǎng)的穩(wěn)定期提前8h左右，發(fā)酵周期明顯縮短，產(chǎn)量提高0.5g/L，對(duì)應(yīng)的表觀粘度增大10000mPa·s，糖的轉(zhuǎn)化率提高3％。因此，超重力技術(shù)強(qiáng)化高粘性微生物多糖發(fā)酵過(guò)程具有明顯效果。
　　(5)以定-轉(zhuǎn)子式旋轉(zhuǎn)床發(fā)酵罐發(fā)酵最優(yōu)條件為基礎(chǔ)，對(duì)該菌株進(jìn)行了發(fā)酵動(dòng)力學(xué)的初步研究，確定菌體的生長(zhǎng)模型、胞外多糖A生成模型和底物蔗糖消耗模型，利用Matlab軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性擬合，擬合結(jié)果能很好地