新型微生物多糖威兰胶的发酵研究

论文摘要

威兰胶（Welan Gum、又名威伦胶或韦兰胶）是由细菌发酵生产的胞外杂多糖,过去的名称为S-130。威兰胶是美国的Kelco公司上世纪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。因其特定的流变性和独特的分子结构而在石油开采、建筑、食品等领域有广泛的应用开发价值。研究了威兰胶的发酵特性,优化了发酵培养基的组成和发酵培养条件,探讨了威兰胶的提取、分离和纯化工艺,对威兰胶样品的分子结构进行了初步的探索研究,最后对制得的威兰胶样品进行了流变学性质的研究。主要的研究结果如下:本研究以威兰胶产量和黏度为指标进行了发酵工艺的优化,并研究了其代谢规律。确定发酵培养条件为:40g/L蔗糖,4g/L复合氮源（20%硝酸钠和80%的牛肉膏）,2g/L KH2PO4,0.1g/L MgSO4,0.5mL/L的0.1%FeSO4。初始pH为7.2～7.4,5%的接种量、装液量为50mL/250mL三角瓶、转速为200r/min、30℃恒温培养58h,威兰胶产量从9.326g/L提高到21.767g/L。菌体在培养到对数生长期中后期接种,即16h～24h,而大约44小时后进入衰亡期,生物量缓慢下降,威兰胶产量迅速上升,因此发酵时最好在16h～24h接种,可以避免或缩短停滞期,缩短发酵时间。通过对威兰胶粗品的预处理和进一步的分离纯化工艺,得到了纯化样品,用传统化学方法、薄层层析、离子色谱、红外光谱、气质联用等对其化学结构进行了研究,分析得威兰胶结构中含有鼠李糖、葡萄糖、甘露糖、半乳糖和葡萄糖醛酸,百分比分别约为:36.06%,32.58%,8.98%,5.28%,14.33%。总糖含量84.95%,乙酰基含量为5.8375%;糖苷键类型主要为B构型。对威兰胶流变学性质进行了初步的研究,确定了成兰胶水溶液为高假塑性流体,其黏度在不同的温度（30℃～121℃）,浓度,pH范围（2～12）,盐离子（钠、钾、钙、铝）等外在环境的影响下极其稳定,与黄原胶比较具有更好的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 一、微生物多糖概述
• 1. 微生物多糖
• 2. 商业生产的重要微生物多糖
• 2.1 黄原胶概述
• 2.2 结冷胶类概述
• 2.3 威兰胶多糖
• 二、威兰胶的生物来源
• 1. 菌落形态描述
• 2. 细胞形态描述
• 3. 生理和生化特征
• 三、威兰胶的分子形态
• 1. 威兰胶的初级分子结构
• 2. 威兰胶的生物合成
• 四、威兰胶的物理性质
• 1. 良好的稳定性
• 2. 良好的悬浮性和乳化性
• 3. 独特的剪切稀释性能
• 4. 理想的增稠性
• 五、威兰胶的发酵
• 1. 营养因子对发酵的影响
• 1.1 碳源的影响
• 1.2 氮源的影响
• 1.3 磷酸盐的影响
• 1.4 微量元素的影响
• 2. 非营养因子对发酵的影响
• 2.1 温度的影响
• 2.2 供氧的影响
• 2.3 pH的影响
• 六、威兰胶的应用
• 1. 在石油工业方面的应用
• 2. 在建筑工业方面的应用
• 3. 在食品工业的应用
• 4. 威兰胶在其他方面的应用
• 5. 威兰胶的社会、生态效益
• 七、本课题研究的目的意义及主要内容
• 第二章 威兰胶产生菌发酵条件和培养基组分优化
• 一、材料与方法
• 1 实验材料
• 1.1 菌种
• 1.2 实验试剂
• 1.3 仪器与设备
• 2 培养基
• 2.1 斜面培养基
• 2.2 种子培养基
• 2.3 发酵基础培养基
• 2.4 碳源筛选培养基
• 2.5 氮源筛选培养基
• 2.6 磷酸盐筛选培养基
• 3 方法
• 3.1 培养方法
• 3.2 分析方法
• 二、结果与分析
• 1 营养条件对发酵的影响
• 1.1 碳源对威兰胶合成的影响
• 1.2 不同蔗糖初始浓度对发酵的影响
• 1.3 氮源对威兰胶合成的影响
• 1.4 牛肉膏和硝酸钠浓度和配比对威兰胶合成的影响
• 1.5 磷酸盐对威兰胶合成的影响
• 1.6 不同磷酸二氢钾初始浓度对发酵的影响
• 4浓度对威兰胶合成的影响'>1.7 MgSO₄浓度对威兰胶合成的影响
• 1.8 培养基的正交优化实验
• 1.9 其它辅助组分对威兰胶发酵的影响
• 4对威兰胶发酵的影响'>1.9.1 FeSO₄对威兰胶发酵的影响
• 1.9.2 尿嘧啶对威兰胶发酵的影响
• 2 非营养条件对发酵的影响
• 2.1 装液量对威兰胶发酵的影响
• 2.2 接种量对威兰胶发酵的影响
• 2.3 摇床转速对威兰胶发酵的影响
• 2.4 温度对威兰胶发酵的影响
• 2.5 初始pH对威兰胶发酵的影响
• 2.6 代谢产物的代谢规律
• 三、小结
• 第三章 威兰胶的分离纯化和结构解析
• 一、材料与方法
• 1. 材料
• 1.1 实验试剂
• 1.2 仪器与设备
• 2 方法
• 2.1 样品的制备
• 2.2 总糖的测定
• 2.3 乙酰基含量测定
• 2.4 薄层色谱分析
• 2.5 离子色谱分析
• 2.5.1 淋洗液的配制
• 2.5.2 混合单糖标准品液和单糖标准品液的制备
• 2.5.3 样品前处理和离子色谱条件
• 2.6 多糖红外光谱（IR）分析
• 2.7 甲基化分析
• 2.7.1 NaOH-DMSO试剂的制备
• 2.7.2 甲基化反应
• 2.7.3 GC-MS色谱条件
• 二、结果与分析
• 1. 苯酚-硫酸法测定总糖
• 2. 乙酰基含量测定
• 3. 薄层色谱分析
• 4. 离子色谱分析
• 5. 多糖红外光谱（IR）分析
• 6. 甲基化分析
• 三、小结
• 第四章 威兰胶的流变学性质研究
• 一、材料与方法
• 1. 材料
• 1.1 实验试剂
• 1.2 仪器与设备
• 2. 方法
• 2.1 转速对溶液黏度的影响
• 2.2 浓度对溶液黏度的影响
• 2.3 温度对溶液黏度的影响
• 2.3.1 不同温度对溶液黏度的影响
• 2.3.2 100℃保存不同的时间对溶液黏度的影响
• 2.3.3 冷藏温度对溶液黏度的影响
• 2.4 pH对溶液黏度的影响
• 2.5 盐对溶液黏度的影响
• 2.5.1 盐离子种类和浓度对威兰胶溶液表观黏度的影响
• 2.5.2 不同盐浓度对溶液热稳定性的影响
• 二、结果与分析
• 1. 转速对溶液黏度的影响
• 2. 浓度对溶液黏度的影响
• 3. 温度对溶液黏度的影响
• 3.1 不同温度对溶液黏度的影响
• 3.2 100℃保存不同的时间对溶液黏度的影响
• 3.3 冷藏温度对溶液黏度的影响
• 4. PH对溶液黏度的影响
• 5. 盐对溶液黏度的影响
• 5.1 盐离子种类和浓度对威兰胶溶液表观黏度的影响
• 5.2 不同盐浓度对溶液热稳定性的影响
• 三、小结
• 第五章 全文讨论与总结
• 一 全文讨论
• 二 全文总结
• 1 发酵培养条件优化
• 2 结构解析
• 3 流变学性质考察
• 参考文献
• 名词缩略
• 致谢
• 攻读硕士学位期间,发表文章情况