鞘氨醇单胞菌Sphingomonas ***发酵产威兰胶的研究

作     者：周万龙 

作者单位：中国石油大学(华东) 

学位级别：硕士

导师姓名：朱虎;卢健

授予年度：2017年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 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：微生物多糖 威兰胶 过程优化 发酵生产 

摘      要：威兰胶是由鞘氨醇单胞菌分泌的一种水溶性胞外杂多糖,是一种新型微生物多糖。威兰胶具有优良的理化特性,使其成为目前最具潜力的新型环保生物材料,可广泛应用于石油、化工、食品、制药等行业。目前,威兰胶的生产以微生物发酵为主,但因糖转化率低、产量低等因素限制了威兰胶的生产和应用。本论文以一株从胶州湾海域筛选的威兰胶高产菌株Sphingomonas ***为研究对象进行发酵研究,旨在提高威兰胶的产量。首先从建立威兰胶含量测定方法入手,结合苯酚-硫酸法的特点和单糖与多糖的换算关系,确立了测定发酵液中威兰胶含量的方法。该方法优化后的最佳条件为:苯酚用量0.8 mL、浓硫酸用量6 mL、显色时间30 min、显色温度80℃。评价结果表明,该方法的平均回收率为98.94%,相对标准偏差(RSD)为0.53%;显色产物在2 h内稳定,RSD为0.48%;仪器的精密度良好,RSD为0.77%。其次采用摇瓶培养的方式,依次对培养条件和培养组分进行单因素优化、Plackett-Burman设计和响应面实验。优化后的培养条件为:接种量为5%,250 mL三角瓶的装液量为50 mL,初始pH为7.0,温度为32.5℃,转速为175 r/min;优化后的培养基成分为:葡萄糖72.40 g/L、酵母提取物3.58 g/L、KHPO 3.00 g/L、MgSO 0.10 g/L、ZnSO的浓度为0.10 g/L。经验证威兰胶产量达到39.95 g/L,粘度达到76.91 Pa·s,较优化前分别提高了54.94%和49.25%。最后采用7.5 L的发酵罐对三种典型的搅拌器进行了研究,针对不同转速条件下的发酵结果和搅拌功率计算,提出了两阶段转速控制发酵策略,即发酵前40 h转速为300r/min,40 h之后调整转速为400 r/min。结果表明:采用该发酵调控策略,能使菌体的生物量(OD)、产胶量和粘度品质分别达到了12.22、40.89 g/L、91.62 Pa·s,葡萄糖的转化率也提高到56.48%。此外,通过对发酵动力学各项参数计算和表征显示,威兰胶合成的模型为部分生长偶联型。本论文探究出的威兰胶发酵水平已处于行业领先地位,提供的各项发酵优化参数将为威兰胶的工业化发酵的研究和实际生产提供指导意义。