微生物多糖威兰胶生产工艺的研究

摘要

威兰胶是由产碱杆菌分泌的可溶性胞外多糖，过去的名称为s-130。威兰胶是美国C.P.Kelco公司在上世纪80年代继黄原胶和结冷胶之后开发的最具市场前景的微生物代谢多糖之一。因其独特的分子结构以及出色的流变学特性在石油开采、建筑混凝土领域具有广泛的应用价值，并且具有在食品、医药、日用化妆品等领域的应用潜力。本文利用实验室保藏的产碱杆菌发酵生产威兰胶，研究了威兰胶pH控制发酵生产新工艺和威兰胶生产废水循环利用工艺，并探讨了影响威兰胶产品品质的主要影响因素。主要研究内容及结果如下：
　　 ⑴对威兰胶发酵结果的评价指标进行了重新界定，以流态特性指数n值和表观粘度来评价威兰胶的品质。考察了不同因素对威兰胶产品品质的影响：氮源种类以及磷酸盐浓度对威兰胶产品品质影响较大，而碳源浓度、氮源浓度以及培养基初始pH对威兰胶产品的品质影响较小，因此最终确定碳源为蔗糖，氮源为豆粕，KH2PO4浓度为2.0 g/L，初始pH为7.0，发酵72 h。
　　 ⑵在考察pH值对威兰胶发酵影响以及磷酸盐在威兰胶发酵过程中的作用的基础上，采用pH控制取代磷酸盐的pH缓冲作用，进行磷酸盐等无机盐浓度以及氮源优化，从而确定威兰胶pH控制发酵生产新工艺的最佳条件。研究结果表明，在威兰胶发酵过程中采用NaOH控制pH为7.0条件下，KH2PO4以及MgSO4·7H2O的最佳用量分别为0.6g/L、0.2g/L，与常规工艺相比分别减少了70%、50%。同时采用豆粕粉作为威兰胶发酵的唯一氮源，以取代NaNO3和牛肉膏。该新工艺能够提高威兰胶的产量和品质，在7L罐进行分批发酵时威兰胶产量达29.5 g/L，产品的流态特性指数n值为0.184，发酵液粘度为9.25 Pa·S。
　　 ⑶针对威兰胶生产中废水形成的主要环节，对乙醇蒸馏母液的循环利用工艺进行了初步研究。在分析乙醇蒸馏母液主要成分的基础上，对比威兰胶发酵过程的物质耗用量，以蒸馏母液作为配制培养基用水，确定了威兰胶循环发酵培养基的组成，构建了威兰胶生产废液循环利用的闭路工艺，达到清洁生产的目的。与常规威兰胶发酵相比，循环工艺的产量以及产品性能变化很小，并且循环发酵工艺中蒸馏母液的主要成分含量基本保持不变。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 威兰胶的概况

1.2.1 威兰胶的结构

1.2.2 威兰胶的性质

1.2.3 威兰胶的应用

1.2.4 国内外关于威兰胶的研究进展

1.3 本课题的研究目的及主要内容

1.3.1 研究目的

1.3.2 研究内容

第二章 实验材料与方法

2.1 菌种

2.2 培养基

2.3 实验试剂

2.4 实验仪器

2.5 实验方法

2.6 分析方法

2.6.1 生物量测定

2.6.2 威兰胶含量测定

2.6.3 发酵液粘度测定

2.6.4 发酵液pH的测定

2.6.5 流态特性指数n值的计算

2.6.6 总糖含量测定

2.6.7 总氮含量测定

2.6.8 磷酸盐含量的测定

2.6.9 镁离子含量的测定

第三章 结果与讨论

3.1 威兰胶摇瓶发酵条件优化

3.1.1 拟塑性流体流变学性质

3.1.2 威兰胶发酵考察指标的重新界定

3.1.3 发酵过程中各种因素对威兰胶品质的影响

3.1.4 小结

3.2 不同pH控制方式对威兰胶发酵的影响

3.2.1 pH值及无机盐因素对威兰胶发酵的影响

3.2.2 pH控制条件下不同氮源对威兰胶发酵的影响

3.2.3 pH控制条件下威兰胶摇瓶发酵最佳条件的研究

3.2.4 pH控制条件下7升罐威兰胶发酵工艺研究

3.2.5 小结

3.3 威兰胶生产废液循环利用工艺的初步探索

3.3.1 威兰胶生产废水蒸馏母液的主要成分

3.3.2 蒸馏母液对威兰胶发酵的影响

3.3.3 威兰胶循环发酵前后蒸馏母液各成分的变化

3.3.4 循环次数对威兰胶发酵的影响

3.3.5 小结

3.4 主要结论与展望

3.4.1 主要结论

3.4.2 展望

致 谢

参考文献

附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文