无细胞体系黄原胶合成机理的初步探索

作     者：周建飞 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张鹏

授予年度：2015年

学科分类：081703[工学-生物化工] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0836[工学-生物工程] 082203[工学-发酵工程] 0822[工学-轻工技术与工程] 

主      题：黄原胶 无细胞合成 联产 培养基 超声波破碎 微滤 

摘      要：黄原胶可以溶于水,具有高粘度,高耐酸(碱)、触变性、悬浮性等,常被用作增稠剂、稳定剂。它在化工医药、食品等诸多领域中广泛应用,具有广阔的市场前景,它是目前世界上生产规模最大并且应用极为广泛的微生物多糖。但是使用传统方法的发酵,后期发酵液中黄原胶含量很低,总粘度却能达到4500cp以上。在如此高的粘度下,发酵原料的混合及氧气的溶解量极大下降,使发酵难以继续进行,阻碍了黄原胶产量的进一步提升。此外,要想得到品质优良的黄原胶产品,首先需要除去发酵液中的菌体。通常是将发酵液稀释数倍,才能使用离心机或过滤器除去细胞,这样肯定导致分离黄原胶时的乙醇消耗量增加,黄原胶成本上升。最好的解决的方法是能够在没有细胞的发酵液中完成黄原胶的发酵生产。本课题的主要目的是利用本实验室筛选的BT-112黄单胞菌对无细胞体系发酵黄原胶的机理进行初步的探索,不仅要实现无菌状态下黄原胶的合成,还要达到一定的产量和质量。另外配合生物合成α-熊果苷课题,实现配合α-熊果苷和黄原胶联产。实验主要工作如下：1、培养基的优化：针对黄单胞菌BT-112发酵生产黄原胶的培养基进行优化,以提高产品的产量和质量;实验针对培养基的碳源、氮源、无机盐等化学因素进行基础优化,同时测量发酵的物理条件温度和转速,最终得到适合黄单胞菌BT-112发酵生产黄原胶的培养基,其具体组分如下：蔗糖50g/L,柠檬酸0.3g/L,蛋白胨3g/L, CaCO36g/L, MgSO48g/L, KC120g/L, KH2PO40.06g/L。发酵温度32℃,转速190r/min。该条件下发酵所得黄原胶的最高产量为45g/L,达到领先水平。2、超声破碎菌体实验：使用超声波破碎菌体,再使用破碎液进行黄原胶的合成是可行的,实验得到了超声破碎菌体的最佳条件：破碎功率480W,工作频率10：8s,工作时间25min,温度控制采用冰浴,此条件下菌体的破碎率可达到85%以上;以及破碎液与产胶培养基的最佳比例1：3。3、微滤除菌实验：滤出的菌体可以继续培养,用于α-熊果苷的生物合成,滤液则用来做黄原胶的无细胞合成。初步实验确认了滤液的最佳加入量为20mL,一级培养所需的时间为48h。并探索了四种前体葡萄糖、甘露糖、丙酮酸和醋酸钠的加入量及影响,摇瓶添加0.15g的丙酮酸效果最为理想,醋酸钠最次。