微生物多糖热凝胶高生产强度发酵工艺研究

论文摘要

热凝胶是一种由产碱杆菌发酵生产的胞外多糖。高生物量是高强度合成热凝胶的基础,热凝胶发酵过程中产生的高传氧阻力限制了高密度发酵技术在发酵过程中的直接应用,本文以粪产碱杆菌WX-C12作为生产菌株,根据热凝胶发酵过程中对氧传质及营养不同的阶段要求,研究了两阶段高强度生产热凝胶工艺:第一阶段在一级发酵罐中实施高密度培养,第二阶段在二级发酵罐中稀释细胞密度,使微生物直接进入热凝胶合成阶段,解除氧传质对产热凝胶的限制作用,达到高强度发酵生产热凝胶。旨在为热凝胶多糖的工业化生产提供依据。主要研究结论如下:在本课题组已有的研究基础上,在一级发酵罐中研究了补料分批工艺对菌体生长的影响,确定了较优的补料工艺:初始葡萄糖和NH4Cl浓度分别为15g/L,0.5g/L,菌体培养过程中用5%氨水（v/v）控制pH稳定在7.0,葡萄糖补料液（400 g/L）从12h开始以5.5g/L/h的速率流加10h,整个培养过程C/N维持在较低水平,培养22h,菌体浓度达27g/L,比普通分批培养提高了4.5倍。当培养进行到22h,此时搅拌转速为1000r/min,DO降为零,判定为菌体生长期结束,发酵液中的溶解氧成为菌体密度进一步提高的限制性因素。在一级发酵罐实现菌体高密度培养的基础上,将高浓度菌体稀释注入二级发酵罐中,直接进行热凝胶合成。研究了不同生物量对热凝胶发酵的影响,菌体浓度为11g/L时,发酵98h ,Qp维持在0.06 g/（L?h?g-cell）,热凝胶产量达66g/L,生产强度达673.5mg/L?h,同分批发酵相比凝胶产量和生产强度分别提高了106%和131.4%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 引言
• 1.2 热凝胶的简介
• 1.2.1 热凝胶的结构和生物合成
• 1.2.2 热凝胶的发酵生产
• 1.2.3 热凝胶的性质和应用
• 1.3 微生物的高密度培养
• 1.3.1 高密度培养简介
• 1.3.2 高密度培养的补料方式
• 1.3.3 高密度培养过程中的关键因素
• 1.4 立题意义
• 1.5 本课题的研究目标和内容
• 第二章 两阶段发酵工艺在摇瓶发酵中的应用
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 菌种
• 2.2.2 培养基
• 2.2.3 实验试剂
• 2.2.4 实验仪器
• 2.2.5 实验方法
• 2.2.6 分析方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 两阶段种子培养基（培养基Ⅰ）C/N 环境对菌体产热凝胶活力的影响
• 2.3.2 两阶段发酵培养基（培养基Ⅱ）中酵母粉浓度的确定
• 2.3.3 第二阶段生物量对热凝胶合成的影响
• 2.3.4 第二阶段不同生物量情况下代谢副产物变化情况
• 2.4 本章小结
• 第三章 分批补料策略在高密度培养粪产碱杆菌中的应用
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 菌种
• 3.2.2 培养基
• 3.2.3 实验试剂
• 3.2.4 实验仪器
• 3.2.5 实验方法
• 3.2.6 分析方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 热凝胶分批发酵过程分析
• 3.3.2 不同搅拌转速对热凝胶分批发酵的影响
• 3.3.3 种子罐中粪产碱杆菌高密度培养方法的比较
• 3.3.4 菌体高密度培养过程中代谢副产物分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 热凝胶高强度生产的初步探讨
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 菌种
• 4.2.2 培养基
• 4.2.3 实验试剂
• 4.2.4 试验仪器
• 4.2.5 试验方法
• 4.2.6 分析方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 在高菌体浓度下的热凝胶发酵过程
• 4.3.2 二级发酵罐中不同生物量对热凝胶发酵的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录