土曲霉发酵生产衣康酸的工艺研究

论文摘要

由于衣康酸（Itaconic Acid）具有特殊的化学结构,决定了它具有十分活泼的化学性质,既可以自身聚合,也可以和其他分子发生加成、聚合等化学反应,是一种应用前景十分广阔的化学合成中间体,广泛应用与化工、医药、农业等领域,被誉为有机酸领域中皇冠上的宝石。本课题以土曲霉TN-474（Aspergillusterreus TN-474）为衣康酸生产菌,以提高衣康酸的产量为目的,通过摇瓶实验对衣康酸发酵的培养基成分和培养条件进行了研究,并在确立较优培养基和培养条件的基础上扩大发酵规模,在50L发酵罐上进行发酵条件的优化。本文的研究结果如下:通过研究不同因素对衣康酸发酵的影响,确定了土曲霉TN-474菌株深层发酵衣康酸的过程控制参数。在培养基成分方面,研究结果表明:作为衣康酸发酵的主氮源NH4NO3对衣康酸发酵的影响并不大,而作为辅助氮源的玉米浆干粉对衣康酸发酵的影响较显著,磷元素有利于糖代谢的进行和促进菌体的生长,通过实验结果发现KH2PO4对衣康酸发酵的影响也较大,MgSO4·7H2O对菌种的产酸及菌体的生长有促进作用,CuSO4·5H2O也能促进菌株产酸。在培养条件方面,确定了摇瓶发酵过程中适宜的初始pH、温度、接种量和装液量,为50L罐发酵条件优化奠定基础。确定摇瓶发酵较佳培养基组成为:葡萄糖140g/L,NH4NO33g/L,玉米浆干粉0.2g/L,KH2PO40.05g/L,MgSO4·7H2O 0.5g/L,CuSO4·5H2O 0.065g/L。较佳的培养条件为:初始pH为2.0,培养温度37℃,摇瓶转速220rpm接种量为10～12%,500mL三角瓶装液量60～80mL。50L发酵罐适宜的搅拌转速和通气量分别为300rpm和0.25vvm。在较佳培养基和培养条件下,摇瓶发酵衣康酸的产量为71.83g/L,糖转化率为56.69%,残糖为0.46g/L,发酵时间为144h。在50L罐中发酵衣康酸的产量为77.15g/L,糖转化率达到60.89%,残糖为0.48g/L,衣康酸产量较摇瓶发酵提高了5.32g/L,糖转化率提高了4.20%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 衣康酸简介
• 1.1.1 发酵法生产衣康酸发展历史
• 1.2 衣康酸的分子结构及物理化学性质
• 1.2.1 衣康酸的分子结构
• 1.2.2 衣康酸的物理化学性质
• 1.2.3 衣康酸的同分异构体
• 1.3 衣康酸的生产方法
• 1.3.1 发酵法生产衣康酸
• 1.3.1.1 衣康酸发酵原料
• 1.3.1.2 产衣康酸的微生物
• 1.3.1.3 表面发酵法生产衣康酸
• 1.3.1.4 深层发酵法生产衣康酸
• 1.3.1.5 半连续发酵法生产衣康酸
• 1.3.1.6 固定化细胞技术生产衣康酸
• 1.3.2 化学合成衣康酸
• 1.3.2.1 柠檬酸合成法
• 1.3.2.2 以石油化工产品为原料
• 1.4 衣康酸的提取技术
• 1.4.1 浓缩结晶法提取衣康酸工艺
• 1.4.2 离子交换树脂法
• 1.4.3 有机溶剂萃取法
• 1.4.4 膜分离法
• 1.4.5 不溶性盐沉淀法
• 1.5 衣康酸的生物合成机理
• 1.6 衣康酸及其衍生物的应用
• 1.6.1 新型高效除臭剂的生产
• 1.6.2 丙烯乳胶行业
• 1.6.3 衣康酸应用于腈纶及碳纤维的生产
• 1.6.4 衣康酸的聚合物及衣康酸酯类聚合物的应用
• 1.6.5 衣康酸其它衍生物的应用
• 1.7 本课题研究的意义和研究内容
• 第二章 土曲霉TN-474生产衣康酸发酵工艺的研究
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 材料
• 2.1.1.1 菌种
• 2.1.1.2 培养基
• 2.1.1.3 主要试剂和仪器
• 2.1.1.4 相关试剂的配制
• 2.1.2 菌种活化和保藏方法
• 2.1.2.1 菌种的活化:
• 2.1.2.2 菌种冷冻干燥保藏:
• 2.1.3 分析方法
• 2.1.3.1 生物量的测定
• 2.1.3.2 pH值的测定
• 2.1.3.3 残糖的测定
• 2.1.3.4 衣康酸的测定
• 2.1.4 培养方法
• 2.1.4.1 斜面培养
• 2.1.4.2 液体种子培养
• 2.1.4.3 摇瓶发酵培养
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 葡萄糖标准曲线
• 2.2.2 种子对衣康酸发酵的影响
• 2.2.2.1 种子生长曲线
• 2.2.2.2 种龄对衣康酸发酵的影响
• 2.2.3 衣康酸摇瓶发酵培养基的优化
• 2.2.3.1 氮、磷正交实验
• 2.2.3.2 玉米浆干粉对衣康酸发酵的影响
• 2PO₄对衣康酸发酵的影响'>2.2.3.3 KH₂PO₄对衣康酸发酵的影响
• 4NO₃对衣康酸发酵的影响'>2.2.3.4 NH₄NO₃对衣康酸发酵的影响
• 2.2.3.5 金属离子对衣康酸发酵的影响
• 2.2.4 衣康酸摇瓶发酵条件的优化
• 2.2.4.1 初始pH对衣康酸发酵的影响
• 2.2.4.2 温度对衣康酸发酵的影响
• 2.2.4.3 接种量对衣康酸发酵的影响
• 2.2.4.4 装液量对衣康酸发酵的影响
• 2.2.5 较优培养基的组成及条件的确定
• 2.2.6 土曲霉TN-474摇瓶发酵进程曲线
• 2.3 本章小结
• 第三章 50L发酵罐衣康酸发酵的研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 材料
• 3.1.1.1 菌种
• 3.1.1.2 培养基
• 3.1.1.3 主要试剂和仪器
• 3.1.1.4 相关试剂的配制
• 3.1.2 分析方法
• 3.1.3 培养方法
• 3.1.3.1 50L罐发酵培养
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 搅拌转速对衣康酸发酵的影响
• 3.2.2 通气量对衣康酸发酵的影响
• 3.2.3 优化后50L发酵罐衣康酸发酵进程曲线
• 3.3 本章小结
• 第四章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果