出芽短梗霉G-58的發(fā)酵條件及動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、短梗霉多糖(pullulan)是由出芽短梗霉菌株(Aureobasidiumpullulans)生產(chǎn)的胞外多糖。具有易溶于水、不凝膠化、不老化和無(wú)任何毒性等優(yōu)良特點(diǎn)，可以應(yīng)用到食品、醫(yī)藥、化妝品等行業(yè)，并且可以被微生物降解，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，是很有發(fā)展前途的微生物多糖。 本文以出芽短梗霉G-58為生產(chǎn)菌株，以實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過(guò)程的高產(chǎn)量、高轉(zhuǎn)化率、高生產(chǎn)強(qiáng)度為主要研究目標(biāo)，主要研究?jī)?nèi)容包括：(1)短梗霉多糖搖瓶發(fā)酵的培養(yǎng)條件；(2)溫

2、度，pH和溶氧對(duì)短梗霉多糖分批發(fā)酵過(guò)程的影響及其優(yōu)化控制策略；(3)短梗霉多糖分批發(fā)酵的動(dòng)力學(xué)模型。通過(guò)以上研究得到如下結(jié)果： (1)搖瓶最適培養(yǎng)條件為：蔗糖50g/L，硫酸銨0.652g/L，磷酸氫二鉀5.892g/L，硫酸鎂0.5g/L，氯化鈉4g/L，酵母膏0.4g/L，種齡為36h，接種量為3％，初始pH6.0，培養(yǎng)溫度為28℃，裝液量為50mL/250mL。多糖產(chǎn)量24.65±0.98g/L，比優(yōu)化前提高28.4％。另

3、外，在Placket-Burman設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)氮源和磷源是影響多糖產(chǎn)量的重要因素。 (2)在搖瓶發(fā)酵條件優(yōu)化的基礎(chǔ)上，采用5L小型發(fā)酵罐，對(duì)短梗霉多糖的分批發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：攪拌轉(zhuǎn)速300r/min和pH6.0為菌體生長(zhǎng)和多糖合成的適宜條件。較高的發(fā)酵溫度(34℃)適合菌體生長(zhǎng)，而較低的溫度(28℃)有利于多糖的合成，基于不同溫度下的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，提出了分階段溫度控制策略：即0-48h，發(fā)酵溫度為34℃，48h后將溫度切

4、換至28℃。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：最高多糖產(chǎn)量、生產(chǎn)強(qiáng)度和底物轉(zhuǎn)化率比單一溫度下的最大值分別提高了22.8％，50.3％和8.87％。 (3)基于分批發(fā)酵實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)短梗霉多糖發(fā)酵過(guò)程動(dòng)力學(xué)的模型化進(jìn)行了研究。采用Logistic方程和Luedeking-Piret方程，建立了菌體生長(zhǎng)、產(chǎn)物合成和底物消耗動(dòng)力學(xué)模型。應(yīng)用lstopt國(guó)產(chǎn)優(yōu)化軟件對(duì)模型參數(shù)估計(jì)和非線性曲線擬合，采用的算法為修正高斯牛頓法和通用全局優(yōu)化算法，以均方差和最小為目

5、標(biāo)，獲得待估參數(shù)。非線性擬合得到的3個(gè)發(fā)酵動(dòng)力學(xué)的數(shù)學(xué)模型為： 菌體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型：X(t)=6.479et/7.842+0.759et產(chǎn)物合成動(dòng)力學(xué)模型：P(t)=1.245X(t)-4.374+2.037ln(7.842+0.759et)底物消耗動(dòng)力學(xué)模型：S(t)=58.99-1.237X(t)-3.284ln(7.842+0.759et)結(jié)果表明模型的相對(duì)誤差較小，能很好地反映出芽短梗霉生產(chǎn)短梗霉多糖的分批發(fā)酵過(guò)程，為實(shí)