深海盐单胞菌Halomonas sp.V3a'产絮凝剂HBF-3的发酵条件优化和中试生产

摘要

微生物絮凝剂（Microbial flocculant，MBF）是微生物代谢过程中产生的一种具有絮凝活性的生物大分子物质。由于具有絮凝范围广、絮凝活性高、安全无害、无二次污染等特点，微生物絮凝剂正成为当今絮凝剂领域的研究热点。但目前对微生物絮凝剂的研究多局限于实验室水平的菌种筛选及特性研究。获得高活性微生物絮凝剂产生菌，研究其培养条件，降低生产成本是后续研究的重点和开发应用的基础。
　　 本文以深海盐单胞菌Halomonas sp．V3a'为出发菌株，利用响应面法对筛选好的培养基各成分浓度进行了优化；而后在摇瓶中对接种时间、接种量、初始pH、装液量等条件进行了探索；并10 L液体深层搅拌式发酵罐内对通气速率和搅拌转速进行了摸索，最后实现了HBF-3在50 L液体发酵罐中的放大生产。
　　 通过响应面法优化得到的最佳培养基配方为：食用葡萄糖16.14 g/L，MgSO4·7H2O 2.73 g/L，NH4Cl 1.97g/L，酵母粉0.6 g/L，NaCl 24 g/L，KH2PO4，2 g/L，K2HPO4，5g/L。最佳培养条件为：培养基初始pH 7.5～8.0，接种量2～3％，培养温度28℃，摇床转速160 r/min，此时絮凝剂的产量由优化前的2.51g/L提高到4.52g/L。
　　 为进一步提高HBF－3的产量，利用优化的培养基和培养条件在250 mL，摇瓶中研究了补料实验。在接种后19h、22h、25h和28h分别补加0.5％（w/v）的葡萄糖，发现在25～28h补料时，絮凝剂的产量提高到4.94～5.10 g/L。在10 L发酵罐内优化得到的通气速率和搅拌转速分别为1.5 vvm和75 rpm。此时HBF-3的产量增加到5.58g/L。在50 L发酵罐的放大过程中，HBF-3的产量并未有所提高，反而稍有下降，为5.41 g/L。
　　 为便于发酵液的存储，研究了山梨酸、山梨醇、对甲基苯甲酸甲酯、对甲基苯甲酸乙酯、山梨酸钾、苯甲酸钠和甲醇对发酵液的防腐效果，结果表明甲醇的防腐效果较好，在室温条件下，发酵液放置10 d后仍无异味，而对照发出刺激性臭味，其絮凝效果未明显下降。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 文献综述

1.1絮凝剂的发展史

1.2传统絮凝剂研究概况

1.2.1传统絮凝剂的种类

1.2.2传统絮凝剂的缺点

1.3微生物絮凝剂研究概况

1.3.1微生物絮凝剂的概念

1.3.2微生物絮凝剂的特点

1.3.3微生物絮凝剂产生菌

1.3.4微生物絮凝剂的研究现状

1.3.5微生物絮凝剂的发展趋势

1.4微生物絮凝剂液体发酵工艺及优化

1.4.1微生物絮凝剂合成的营养需求

1.4.2培养基配方优化

1.4.3发酵过程工艺优化

1.5研究目的和意义

第二章 材料与方法

2.1菌种

2.2培养基及培养条件

2.3测定方法

2.3.1 HBF-3的制备及产量测定

2.3.2絮凝活性的测定

2.3.3菌体生物量测定

2.3.3总糖含量测定

2.3.4还原糖含量测定

2.4响应面法优化培养基

2.4.1 Plackett-Burman设计

2.4.2最陡爬坡实验设计

2.4.3中心组合设计

2.5发酵条件优化

2.6发酵罐分批发酵工艺研究

2.6.1 10L发酵罐分批发酵工艺优化

2.6.2 50L发酵罐分批发酵工艺研究

2.7摇瓶分批补料发酵研究

2.8发酵液防腐实验初步研究

第三章 结果与分析

3.1盐单胞菌Halomonas sp.V3a'的生长曲线

3.2 HBF-3添加量对絮凝率的影响

3.3响应面法优化V3a'菌株的发酵培养基

3.3.1 Plackett-Burman设计筛选显著因素

3.3.2最陡爬坡实验

3.3.3中心组合设计

3.4发酵条件优化

3.5 10L发酵罐分批发酵工艺优化

3.5.1搅拌速度对HBF-3产量的影响

3.5.2通气量对HBF-3产量的影响

3.5.3 10L发酵罐中优化后发酵工艺发酵

3.6 50L液体发酵罐中发酵过程放大

3.7摇瓶分批补料发酵研究

3.8发酵液防腐实验初步研究

第四章 讨论

4.1结论

4.2研究展望

参考文献

致谢

附录A 研究生期间拟发表的论文