米根霉高密度半连续发酵L-乳酸初步研究

摘要

微生物的高密度半连续发酵，可以有效提高菌体的发酵密度和发酵液的体积产率，从而缩短生产周期、降低生产成本。本文通过对米根霉菌株的高密度培养与半连续发酵产L-乳酸效果的研究，探索适于高密度半连续发酵的培养基组成和培养条件，确定补料分批法高密度培养米根霉的最佳方式与参数，同时对米根霉高密度半连续发酵的产酸强度及其动力学特性进行研究，建立发酵过程动力学模型。具体结论如下： (1)通过单因素实验结合正交试验的方法，确定发酵培养基组成主要参数为：葡萄糖160g/L，(NH4)2SO46 g/L，NaH2PO40.150g/L，KH2PO40.150g/L，MgSO4·7HEO0.25g/L，ZnSO4·7H2O0.22g/L；操作条件为：接种量5％，装液量75ml/250ml，接种时间为24h，发酵温度32℃，摇床转速200r/min时，首批发酵的米根霉生物量可达到12.503g/L。 (2)研究了恒速流加、变速流加和葡萄糖浓度反馈流加等方式对发酵过程中米根霉菌体生物量累积的影响情况，结果表明以葡萄糖浓度反馈流加方式最佳；通过对补料参数进行优化，确定出碳源为葡萄糖160g/L，补料葡萄糖与硫酸铵质量比为20:1，补料时间24h-60h；采用基于葡萄糖浓度的反馈流加方式，在15L发酵罐中初始装液7L，控制温度32℃，转速200r/min，每升发酵液通气量为2L/min时，乳酸产量为117g/L，生物量可达到18.54g/L，比分批培养提高了91.9％。 (3)通过对米根霉高密度半连续产酸效率的考察获得了发酵最佳方式和不同阶段的培养基组成。采用葡萄糖浓度反馈流加进行第一批次发酵，提高菌体生物量；从第2至第5批次补入II号培养基以继续累积生物量，培养基组成为：葡萄糖100g/L，(NH4)2SO44g/L，KH2PO40.150g/L，MgSO4·7H2O0.22g/L，ZnSO4·7H2O0.33g/L；从第6批次开始，补加I号培养基以提高产酸，培养基组成为葡萄糖100g/L，(NH4)2SO42g/L，KH2PO40.10g/L，MgSO4·7H2O0.22g/L，ZnSO4·7H2O0.33g/L。发酵15批次，平均产酸强度为3.045g/(L·h)，高于分批发酵的1.23g/(L·h)。 (4)建立的米根霉高密度发酵产L-乳酸的发酵过程动力学模型为： 微生物生长模型：dx/dt=0.1408(1-X/18.76)X 乳酸生成模型：dp/dt=6.0967(dx/dt)+0.0106X 验证结果表明，该动力学模型能够较好的描述实验过程。

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致谢

第一章绪论

1.1乳酸的结构、性质及应用

1.1.1乳酸的结构和性质

1.1.2乳酸的应用

1.2乳酸的生产方法

1.2.1化学合成法

1.2.2酶法生产L-乳酸

1.2.3发酵法生产乳酸

1.3高密度发酵技术

1.3.1高密度发酵

1.3.2补料分批培养

1.4本文研究目的、意义及主要内容

1.4.1研究目的和意义

1.4.2主要内容

第二章米根霉高密度发酵产L-乳酸发酵条件的优化

2.1材料与方法

2.1.1菌种及试剂

2.1.2主要设备

2.1.3培养基

2.1.4实验方法

2.2试验方案设计

2.2.1影响菌体生物量累积的单因素实验

2.2.2菌体生物量累积的正交优化试验

2.2.3培养基组成对生物累积量和产酸效果的影响

2.2.4无机盐离子对高密度发酵效果影响正交试验

2.3结果与分析

2.3.1菌体生物量累积的单因素实验效果

2.3.2菌体生物量累积的正交试验结果

2.3.3培养基组成对米根霉高密度发酵的影响结果

2.4小结

第三章分批补料法高密度培养米根霉的研究

3.1材料与方法

3.1.1菌种

3.1.2实验方法

3.2试验方案设计

3.2.1影响补料效果的单因素实验

3.2.2流加方式对菌体生物量及产酸效果的影响

3.3结果与分析

3.3.1单因素实验对补料效果的影响

3.3.2流加方式对米根霉高密度发酵的影响效果

3.3.3补料方式对发酵效果影响的比较

3.4小结

第四章米根霉的半连续高密度培养及过程动力学的研究

4.1材料与方法

4.1.1菌种

4.1.2实验方法

4.2试验方案设计

4.2.1正交试验优化半连续发酵培养基

4.2.2米根霉高密度半连续发酵试验方案

4.3结果与分析

4.3.1培养基组成对半连续发酵生物量和产酸效果的影响

4.3.2米根霉高密度半连续发酵产酸强度考察结果

4.4米根霉补料分批高密度发酵过程动力学

4.4.1微生物生长动力学

4.4.2 L-乳酸生产动力学

4.4.3动力学模型参数的估算

4.4.4动力学模型的验证

4.5小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献