2-酮基-D-葡萄糖酸半連續(xù)發(fā)酵及其動力學(xué)研究.pdf

1、2-酮基-D-葡萄糖酸(2KGA)是一種以葡萄糖為主要原料發(fā)酵生產(chǎn)的有機酸,具有廣泛的工業(yè)用途。目前規(guī)模化生產(chǎn)2KGA普遍采用的是補料分批發(fā)酵工藝。雖然補料分批培養(yǎng)的方法能夠通過提高發(fā)酵培養(yǎng)基的總糖濃度,從而達到提高發(fā)酵液中目標(biāo)產(chǎn)物2KGA濃度的目的,但是生產(chǎn)效率難以進一步提高。本研究試圖在2KGA生產(chǎn)中以半連續(xù)發(fā)酵工藝替代國內(nèi)現(xiàn)行的補料分批發(fā)酵工藝,以達到提高生產(chǎn)強度、增加設(shè)備利用率、降低發(fā)酵成本的目的。本研究的主要內(nèi)容如下:

2、　　 1.通過測定發(fā)酵液的旋光度及其葡萄糖質(zhì)量濃度,計算發(fā)酵液中2KGA的質(zhì)量濃度,并考察該方法實際應(yīng)用的可行性。結(jié)果表明:對照品溶液的旋光度、2KGA質(zhì)量濃度和葡萄糖質(zhì)量濃度之間存在良好的線性關(guān)系,R2>0.9999;該方法精密度、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性良好,2KGA的平均回收率為102.60％,RSD為2.17％(n=5)。該方法可用于發(fā)酵液中2KGA的定量檢測。
　　 2.對2KGA產(chǎn)生菌熒光假單胞菌AR4的種子培養(yǎng)過程和不同葡

3、萄糖濃度條件下的分批發(fā)酵過程進行了研究。考察了種子培養(yǎng)過程中的pH值、菌體生長量、葡萄糖濃度的變化,發(fā)現(xiàn)種子培養(yǎng)至20h比較適合移種,以進行后續(xù)的發(fā)酵；考察了糖濃度分別為88g／L、121g／L、154g／L、187g／L、220g／L時分批發(fā)酵的轉(zhuǎn)化率和生產(chǎn)強度,發(fā)現(xiàn)適合分批發(fā)酵的葡萄糖濃度范圍在154～187g／L,該范圍可以作為適合于補料分批發(fā)酵和多級半連續(xù)發(fā)酵的初始葡萄糖濃度范圍。
　　 3.在單級半連續(xù)發(fā)酵和兩級半連續(xù)

4、發(fā)酵過程中,研究了不同補料時機、分割量和補料培養(yǎng)基糖濃度對2KGA發(fā)酵的影響。結(jié)果表明,2KGA單級半連續(xù)發(fā)酵的最佳工藝條件是:補料時機為葡萄糖降至20g／L,分割量為60％,最佳補料培養(yǎng)基濃度為178.2g／L；2KGA兩級半連續(xù)發(fā)酵的最佳工藝條件是:補料時機為葡萄糖降至20g／L,一級罐分割量70％,二級罐最佳補料培養(yǎng)基濃度為178.2g／L。在優(yōu)化的條件下,單級半連續(xù)發(fā)酵和兩級半連續(xù)發(fā)酵的轉(zhuǎn)化率和生產(chǎn)強度分別達到87.96±2.7

5、6％、6.71±0.08g／L·h和89.12±4.95％、5.81±0.01g／L·h。綜合各種因素考慮,可以認為單級半連續(xù)發(fā)酵工藝是一種生產(chǎn)2KGA的高效方法。
　　 4.對優(yōu)化后的2KGA單級半連續(xù)發(fā)酵的動力學(xué)進行了研究。由Logistic和Luedeking-Pirt模型方程分別建立了熒光假單胞桿菌產(chǎn)2KGA發(fā)酵過程中菌體生長、產(chǎn)物積累和底物消耗的動力學(xué)模型。模型模擬計算結(jié)果與實驗值可以較好地吻合,平均相對誤差在10％以