低能N+注入威兰胶生产菌诱变选育及发酵工艺优化

摘要

威兰胶(welan gum)是由某些产碱杆菌Alcaligenes sp.合成的微生物胞外杂多糖。它的结构骨架由D-葡萄糖、D-葡糖醛酸、D-葡萄糖和L-鼠李糖重复单元构成，侧链由单一的L-甘露糖或L-鼠李糖构成。威兰胶易溶于水，其水溶液具有独特的流变学性质和良好的增粘、耐酸碱性。威兰胶作为悬浮剂、增稠剂、稳定剂等广泛用于水泥、石油行业中，且受到更多行业的关注。但目前只有美国凯可(CP-Kelco)公司实现了威兰胶的工业化生产，其价格居高不下。我国对威兰胶生产工艺鲜见报道。因此有必要选育高产、稳定的威兰胶生产菌以及开发其生产工艺。本论文以提高发酵法生产威兰胶的水平为目标，对威兰胶生产菌种改造、培养基成分和培养条件优化及发酵动力学等方面进行了较为深入的研究，大幅度提高了威兰胶的产量，为发酵法生产威兰胶的工业化奠定了良好的基础。
　　 本论文取得了如下主要进展：
　　 利用低能N+离子束诱变育种方法对威兰胶生产菌进行了诱变选育研究。确定了用2％葡萄糖溶液制备菌膜，在能量为20keV，注入剂量为20×1014 ions/cm2条件下，筛选出一株高产菌株A.sp.NX-3-1。多批次摇瓶发酵诱变菌产胶量比出发菌产胶量高22％，且该菌株遗传性状稳定。
　　 在单因素优化的基础上，利用中心复合设计与响应面分析法，优化了摇瓶发酵培养基，确定了适合工业化生产的培养基(g/L)：玉米淀粉44.2，豆粕粉4.3，K2HPO43，MgSO40.4。考察得知摇瓶发酵的条件：初始pH7.2，装液量80mL/500mL三角瓶，发酵温度30℃。
　　 在7.5L发酵罐上，考察了初始糖浓度、搅拌转速、pH等发酵条件对分批发酵生产威兰胶的影响，试验结果表明：发酵初始糖浓度为40g/L左右，搅拌转速为600r/min，发酵过程控制pH7.0，威兰胶产量最高可达27.1g/L。同时对威兰胶发酵的动力学进行了初步的研究，基于Logistic方程和Luedeking-Piret方程，建立了较为合理的动力学模型，从理论上对威兰胶发酵过程进行了分析。