出芽短梗霉发酵产普鲁兰多糖工艺条件优化

摘要

普鲁兰多糖是一种无色无毒且生物安全的生物高分子材料，被广泛应用于医药食品等领域。目前日本林原垄断市场，价格较高，限制了普鲁兰多糖的应用，所以对普鲁兰多糖发酵工艺优化来降低生产成本且同时控制分子量具有重大意义。
　　本文通过5L机械发酵罐来探究培养温度、pH、溶氧对出芽短梗霉发酵的影响，具体涉及对菌体生长、普鲁兰多糖产量、发酵底物、多糖分子量等参数的研究。发现当培养温度在32℃时，更适合出芽短梗霉生长，当培养温度在28℃时，普鲁兰多糖对蔗糖产率系数最大，提出两阶段调控温度培养方法将普鲁兰多糖产量提高至74.83g/L;通过单因素实验研究pH对出芽短梗霉发酵影响，发现自然初始pH6.5为出芽短梗霉的最适生长pH;恒定pH5.5时，普鲁兰多糖合成强度达到峰值。在溶氧对出芽短梗霉发酵影响的探究中发现，通风4 L/min，转速400 r/min时，菌体生长速率最快，多糖对蔗糖产率系数最大。
　　通过单因素摇床培养实验探究了生长因子及表面活性剂对出芽短梗霉发酵的影响。实验结果表明0.2 g/L的丝氨酸及0.04 g/L的苏氨酸对出芽短梗霉发酵影响更为显著。阳离子型CTAB、阴离子型SDS不利于菌体生长，而1 g/L的吐温40可以明显促进普鲁兰多糖的合成，普鲁兰多糖终产量为85.39 g/L。
　　通过对出芽短梗霉菌体进行观察发现，当菌体形态为肿胀孢子及厚垣孢子时，对普鲁兰多糖的合成有明显促进的作用。
　　根据已有实验成果进行了9批出芽短梗霉5000 L中试发酵试验，解决了部分实际生产过程中遇到的发酵液颜色变深、菌体生长滞后等问题，且各批次产品均符合国家标准，故本课题对工业化生产普鲁兰多糖具有一定指导意义。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 概述

1．2 普鲁兰多糖性质

1．2．1 分子结构

1．2．2 合成机制

1．2．3 理化性质

1．3 生产菌株及选育

1．3．1 生产菌种

1．3．2 菌种选育

1．4 出芽短梗霉发酵研究进展

1．4．1 普鲁兰多糖分子量研究进展

1．4．2 出芽短梗霉发酵工艺的研究进展

1．5 普鲁兰多糖的应用

1．5．1 医药领域的应用

1．5．2 食品工业的应用

1．6 本论文研究意义及主要内容

2 材料和方法

2．1 实验材料

2．1．1 菌种

2．1．2 主要仪器

2．1．3 主要试剂

2．1．4 培养基

2．2 方法

2．2．1 培养方法

2．2．2 分析方法

3 结果与讨论

3．1 温度对出芽短梗霉发酵的影响

3．1．1 温度对出芽短梗霉生物量的影响

3．1．2 温度对普鲁兰多糖产量的影响

3．1．3 温度对出芽短梗霉发酵底物的影响

3．1．4 温度对普鲁兰多糖分子量的影响

3．1．5 温度对出芽短梗霉形态变化的影响

3．1．6 不同温度下出芽短梗霉发酵动力学参数

3．1．7 两阶段调控温度对出芽短梗霉发酵的影响

3．1．8 温度对出芽短梗霉发酵影响小结

3．2 pH对出芽短梗霉发酵的影响

3．2．1 初始pH对出芽短梗霉发酵的影响

3．2．3 恒定pH对出芽短梗霉生物量的影响

3．2．4 恒定pH对普鲁兰多糖产量的影响

3．2．5 恒定pH对出芽短梗霉发酵底物的影响

3．2．6 恒定pH对普鲁兰多糖分子量的影响

3．2．7 恒定pH对出芽短梗霉形态的影响

3．2．8 恒定pH条件下出芽短梗霉发酵动力学参数

3．2．9 两阶段调控pH对出芽短梗霉发酵的影响

3．2．10 pH对出芽短梗霉发酵影响小结

3．3 溶氧对出芽短梗霉发酵的影响

3．3．1 通风对出芽短梗霉生物量的影响

3．3．2 通风对普鲁兰多糖产量的影响

3．3．3 通风对出芽短梗霉发酵底物的影响

3．3．4 通风对普鲁兰多糖分子量的影响

3．3．5 通风对出芽短梗霉形态的影响

3．3．6 不同通风下出芽短梗霉发酵动力学参数

3．3．7 转速对出芽短梗霉生物量的影响

3．3．8 转速对普鲁兰多糖产量的影响

3．3．9 转速对出芽短梗霉发酵底物的影响

3．3．10 转速对普鲁兰多糖分子量的影响

3．3．11 转速对出芽短梗霉形态的影响

3．3．12 不同转速下出芽短梗霉发酵动力学参数

3．3．13 溶氧对出芽短梗霉发酵影响小结

3．4 氨基酸对出芽短梗霉发酵的影响

3．4．1 氨基酸的选择

3．4．2 0．01 g／L氨基酸对出芽短梗霉发酵的影响

3．4．3 0．1 g／L氨基酸对出芽短梗霉发酵的影响

3．4．4 0．5 g／L氨基酸对出芽短梗霉发酵的影响

3．4．5 氨基酸对普鲁兰多糖分子量的影响

3．4．6 丝氨酸对出芽短梗霉发酵的影响

3．4．7 苏氨酸对出芽短梗霉发酵的影响

3．4．8 丝氨酸、苏氨酸30 L罐验证试验

3．4．9 氨基酸对出芽短梗霉发酵影响小结

3．5 表面活性剂对出芽短梗霉发酵的影响

3．5．1 阳离子型表面活性剂CTAB对出芽短梗霉发酵的影响

3．5．2 阴离子型表面活性剂SDS对出芽短梗霉发酵的影响

3．5．3 离子型表面活性剂吐温对出芽短梗霉发酵的影响

3．5．4 吐温40对出芽短梗霉发酵的影响

3．5．5 吐温40对出芽短梗霉发酵底物的影响

3．5．6 吐温40对普鲁兰多糖分子量的影响

3．5．7 吐温40对出芽短梗霉形态的影响

3．5．8 吐温40的30 L罐验证试验

3．5．9 表面活性剂对出芽短梗霉发酵影响小结

3．6 出芽短梗霉5000 L中试发酵实验

3．6．1 出芽短梗霉5000 L中试生产发酵设备

3．6．2 第1批出芽短梗霉中试发酵试验

3．6．3 第2批出芽短梗霉中试发酵试验

3．6．4 第3批出芽短梗霉中试发酵试验

3．6．5 第4批出芽短梗霉中试发酵试验

3．6．6 第5批出芽短梗霉中试发酵试验

3．6．7 出芽短梗霉5000 L中试发酵实验小结

4 结论

5 展望

参考文献

7 攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢