新型微生物多糖威伦胶的发酵工艺研究

论文摘要

威伦胶（welan Gum,又名威兰胶或韦兰胶）是由产碱杆菌（Alcaligenes sp. ZW-3）分泌的可溶性胞外杂多糖,过去的名称为S-130。威伦胶是美国的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。因其出色的流变学特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。本文利用实验室保藏的产碱杆菌摇瓶发酵生产威伦胶,以提高其产量为目的,优化了发酵培养基的组成和发酵工艺条件;对制得的威伦胶样品进行了流变学性质的研究;探讨了威伦胶的提取和分离工艺;同时对多糖产品的结构进行了初步探讨。论文的主要工作及研究结果如下:首先采用单因素实验方法确定了发酵培养基的碳源和氮源种类,并进一步确定了其他培养基组分的最佳浓度,通过Plackett-Burman实验设计,筛选出对多糖合成影响显著的三个因素分别为:蔗糖、NaNO3和CaCO3。然后采用中心组合设计法对培养基的主要成分进行响应面分析和优化,结果表明,最优发酵培养基配方:蔗糖102.0 g/L、NaNO3 4.0 g/L、CaCO3 5.9 g/L时,威伦胶产量提高到28.25 g/L,发酵液粘度值22 Pa s,较单因素实验最高值分别提高了111.77%和89.66%。最佳发酵工艺条件组合:接种量为6%,装液量100 mL/500 mL,初始pH 6.5 7.0,发酵温度30℃。在以上实验基础上进行了5 L和30 L发酵罐的放大尝试,初步考察了发酵性能,发酵后期由于高粘体系搅拌混合困难,溶氧传质收到限制,最终产量16 g/L,粘度32 Pa s。建立了一种通过普通旋转粘度计测定流体特性参数的新方法,对威伦胶的流变学性能进行了初步研究,分别考察了多糖溶液粘度与剪切速率、酸碱度、温度等因素之间的关系,结果表明威伦胶水溶液为高假塑性流体,耐高温,在高温处理下不发生明显降解;耐酸碱,在pH 2 13范围内粘度稳定,与黄原胶相比具有明显优势。分别考察温度、pH和盐离子对威伦胶提取的影响,结果表明,当NaCl浓度为1.6%,pH在45间时,经40℃热处理的多糖更易于沉淀完全,威伦胶的提取收率最大。对酸处理酒精提取工艺进行了初步研究,并对多糖分析样品进行了离子色谱和红外光谱的初步探索,分析得威伦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%。乙酰基含量为5.8375%;糖苷键类型主要为β构型。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 微生物多糖的研究进展
• 1.2.1 微生物多糖简介
• 1.2.2 微生物多糖的生产概况
• 1.2.3 商业生产中几种重要的微生物多糖
• 1.3 威伦胶的研究进展
• 1.3.1 威伦胶的结构
• 1.3.2 威伦胶的特性
• 1.3.3 威伦胶的应用
• 1.4 本课题的研究目的和主要内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 主要内容
• 第二章 产威伦胶发酵条件和培养基组分的优化研究
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 仪器与设备
• 2.2.3 实验菌种
• 2.2.4 培养基
• 2.2.5 实验方法
• 2.2.6 分析方法
• 2.3 实验设计
• 2.3.1 单因素实验设计
• 2.3.2 Plackett-Burman 实验设计
• 2.3.3 响应面（RSM）实验设计
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 种子生长曲线的确定
• 2.4.2 发酵工艺条件的优化
• 2.4.3 培养基组分的单因素优化
• 2.4.4 Plackett-Burman 实验发酵显著因素的确定
• 2.4.5 响应面（RSM）实验对威伦胶发酵培养基的优化确定
• 2.4.6 分批放大的发酵过程研究
• 2.5 本章小结
• 第三章 新型微生物多糖威伦胶的流变特性研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 仪器与设备
• 3.2.3 实验方法
• 3.2.4 分析方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 假塑性流体流态指数测定方法的建立
• 3.3.2 威伦胶溶液的流变学特性
• 3.3.3 放置时间对威伦胶溶液表观粘度的影响
• 3.3.4 温度对威伦胶溶液表观粘度的影响
• 3.3.5 pH 对威伦胶溶液表观粘度的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 威伦胶提取工艺的初步研究
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 实验试剂
• 4.2.2 仪器与设备
• 4.2.3 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 乙醇用量对威伦胶提取工艺的影响
• 4.3.2 热处理对乙醇提取威伦胶工艺的影响
• 4.3.3 盐离子种类及浓度对乙醇提取威伦胶工艺的影响
• 4.3.4 pH 对乙醇提取威伦胶工艺的影响
• 4.3.5 威伦胶结构的初步分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间取得的学术成果