气升式发酵产细菌纤维素的中试实验研究

细菌纤维素的气升式发酵相对于机械搅拌式发酵具有低剪切力、运行成本低、周期短等优势,其中试深层发酵试验研究是其工业化生产的必经阶段,有着极为重要的研究价值和意义。利用实验室20 L-100 L-1 000 L气升式发酵罐系统对细菌纤维素进行中试试验,测定了葡糖杆菌在100 L种子罐中的对数生长期曲线,研究恒定通风量和逐级增加通风量对1 000 L气升式发酵产细菌纤维素的影响,采用流加碳源葡萄糖的方法维持发酵中后期的碳源浓度、提高纤维素产量。在种子生长曲线对数期的后期(42 h)菌体浓度达到2×10~8 CFU/m L,逐级增加通风量比恒定通风量时的发酵周期缩短了12 h,菌体浓度增加了37%,细菌纤维素终产量提高到2.7 g/L,流加碳源葡萄糖后的纤维素产量相对于未流加时提高了21.7%。     

木醋杆菌流加静置培养生产细菌纤维素

木醋杆菌在传统的分批静置培养方式下产生的细菌纤维素具有良好的成膜性,但难于实现工业化生产,为了解决这个问题,对传统的静置培养装置进行改造,形成流加静置培养方式,能够将静置培养与动态培养的优点结合起来。对分批静置和流加静置2种培养方式进行比较,结果表明,流加培养时,细菌纤维素产量达到11.7g/L,其产量是分批培养的3.44倍,反应器的效率为0.585 g/(L·d),高于分批培养的0.425 g/(L·d)。流加培养条件下细菌纤维素产量和反应器效率得到提高,主要是由于在整个培养过程中营养供给充足,促进木醋杆菌的生长,使糖转化率及细菌平均比生长速率都达到较高水平,大量转化和合成细菌纤维素。     

不同培养基培养木醋杆菌产细菌纤维素过程中物质变化的研究

研究了化学培养基和糖液培养基培养木醋杆菌产细菌纤维素的产量和发酵液内有机酸的变化,并分别将这些有机酸添加到化学培养基内测定发酵液的总糖、总酸及糖的转化率,结果显示:糖液培养基的细菌纤维素产量较高且发酵液内的有机酸种类较多;乙酸、丙酮酸、乳酸可以增加细菌纤维素的产量并提高糖的转化率;柠檬酸、苹果酸、丁二酸可以提高细菌纤维素的产量但不能提高糖的转化率;草酸和酒石酸对木醋杆菌产细菌纤维素有抑制作用.     

乳清液制备细菌纤维素条件的优化

以乳清液为原料,木醋杆菌为发酵菌种制备细菌纤维素。研究了葡萄糖添加量、发酵时间、发酵温度、接种量以及初始pH对细菌纤维素产量及葡萄糖利用率的影响。结果表明制备细菌纤维素的最佳条件:葡萄糖添加量为8%、发酵时间7 d、发酵温度30℃、接种量6%、初始pH5.0,在此条件下,细菌纤维素的产量为1.40 g/100mL,葡萄糖利用率为97.5%。应用此方法不仅可以获得高产量的纤维素,而且充分利用了原料,为工业化生产细菌纤维素提供了新的方法。     

木醋杆菌最佳发酵条件

通过试验筛选出木醋杆菌发酵产生纤维素的最佳碳源为葡萄糖,最佳氮源为酵母膏和蛋白胨,并通过正交试验确定出木醋杆菌发酵的最佳条件是:pH 5.0,温度30 ℃,葡萄糖1.5 g/dL,酵母膏0.5 g/dL,蛋白胨1 g/dL.乙醇、醋酸、乳酸对木醋杆菌生产纤维量都有增效作用,优化后的培养基添加0.4 g/dL醋酸,细菌纤维素产量为3.40 g/L.添加体积分数1%的乙醇,细菌纤维素产量为3.65 g/L.添加0.4 g/dL乳酸,细菌纤维素产量为3.54 g/L.     

利用葡萄糖母液生产红曲色素的研究

对红曲霉（Monascuspurpureus）以葡萄糖母液为原料,在生物反应器中流加发酵生产红曲色素进行了研究,建立了简单的数学模型控制流加。结果表明：当总葡萄糖母液浓度为150g／L时,以90g／L初始葡萄糖母液开始发酵,当流加因子K为0．0013时,变速流加发酵组的色素浓度比非流加发酵组的色价增加32％。     

葡萄糖流加方式对黄色短杆菌生产L-亮氨酸的影响

利用30 L发酵罐,研究了黄色短杆菌TK0303生产L-亮氨酸的发酵工艺。考察了初始葡萄糖浓度和发酵过程中3种补料策略(分批间歇流加补料、恒葡萄糖浓度流加补料和DO-在线识别流加补料)对菌体生物量、L-亮氨酸产量、副产物含量及糖酸转化率的影响。最终确定:分批补料发酵的初始葡萄糖浓度为60 g/L,葡萄糖补加采用DO-在线识别流加方式。根据溶氧响应信号的特征反馈控制葡萄糖的流加速率,可实现葡萄糖的限制培养,有效减少了发酵副产物的含量,菌体生物量和L-亮氨酸产量得到显著提高,分别为21.8 g/L和41.3 g/L,且糖酸转化率高达22.4%。     

RBD反应器生产细菌纤维素的研究

使用RBD反应器发酵生产细菌纤维素,优化试验菌株在RBD反应器中的工艺条件。当培养基中的初糖浓度为3%时糖转化率较高,为1∶5.3;RBD反应器转速为20 r/min、发酵过程中发酵液pH值控制在4.5时细菌纤维素的产量较高;发酵液限制糖浓度为1.5%,维持该浓度时细菌纤维素的产量可达到7.63g/L。     

L-色氨酸活细胞在线监控补料发酵工艺研究

研究活细胞在线监控补料发酵对大肠杆菌发酵L-色氨酸的影响。在30L发酵罐上加装活细胞在线监测仪实时检测发酵罐内的活细胞数量,根据活细胞数量进而确定适宜的补糖量。结果表明:采用活细胞在线监控补料发酵策略,可以根据活细胞总量进行适量流加葡萄糖,通过对葡萄糖流加量的有效控制,降低发酵过程乙酸的积累量,发酵32h菌体生物量与L-色氨酸产量分别提高了6.5%、9.62%。乙酸积累量下降了22.45%,糖酸转化率提高了5.7%。发酵过程中流向色氨酸的代谢流增加了3.76%,流向乙酸的代谢流降低了5.9%。采用活细胞在线监控补料发酵工艺可以显著地提高L-色氨酸的产量,降低乙酸的积累量,提高物料利用率,提高糖酸转化率。     

黄嘌呤和谷氨酰胺对枯草芽孢杆菌XGL产腺苷的影响

该研究以枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）XGL为出发菌株,探究黄嘌呤和谷氨酰胺添加量及添加方式对其产腺苷的影响。结果表明,底物中添加100 mg/L黄嘌呤并在发酵16 h后持续向发酵液中流加3 g/L的黄嘌呤溶液200 mL可使腺苷产量达到34.4 g/L,相比于不流加黄嘌呤时腺苷产量（11.2 g/L）提高207%。在此基础上,再向底物中添加6 g/L谷氨酰胺,发酵32 h之后持续向发酵液中流加6 g/L的谷氨酰胺,腺苷产量达到45.8 g/L,相比于不添加谷氨酰胺腺苷产量（34.4 g/L）提高33%。因此,在B. subtilis XGL发酵过程中,可以通过底物添加和流加补料的发酵方式加入一定量的黄嘌呤和谷氨酰胺以提高腺苷产量。     

淀粉废水发酵产细菌纤维素发酵条件的优化

以玉米淀粉废水添加葡萄糖20g/L,玉米浆40g/L,乙醇150mL/L为发酵基质,采用单因素和正交实验设计对葡糖醋杆菌(Gluconacetobacter xylinus)发酵产细菌纤维素条件进行优化。结果表明,最佳发酵条件为:装液量80mL/250mL,pH4.0,接种量9%(V/V),温度28℃;在此条件下得到细菌纤维素产量为4.41g/L。采用傅立叶转换红外光谱FTIR验证产物为细菌纤维素,并由SEM扫描电镜观察纤维素膜表面形貌。     

PH值及底物对副干酪乳杆菌发酵生产苯乳酸的影响

在7.5 L发酵罐中研究pH值及流加苯丙酮酸和葡萄糖对副干酪乳杆菌W2分批发酵产苯乳酸（phenyllacticacid,PLA）的影响。结果表明：发酵液初始pH值、底物葡萄糖和苯丙酮酸对菌体生长和产物产量都有影响。控制发酵液pH值为6.5,采用间歇流加苯丙酮酸及连续流加苯丙酮酸和葡萄糖,发酵36 h后PLA产量分别达到1.148 g/L和2.121 g/L,苯丙酮酸的转化率分别为62.19%和47.2%,与分批发酵相比分别提高41.72%和161.53%。     

L-C ys与葡萄糖对酵母发酵合成谷胱甘肽的影响

通过在7.5 L发酵罐中,分别以流加葡萄糖和L-半胱氨酸与流加葡萄糖协同作用2种方式研究了酵母对分批发酵生产谷胱甘肽的影响。结果表明,从第7 h开始恒速[1.5 g/(L.h])流加葡萄糖直至发酵结束,发酵24 h后GSH产量达最大,为151.6 mg/L,比流加前提高37%。在恒速流加葡萄糖基础上,当发酵至12 h,向发酵罐中一次性添加3 mmol半胱氨酸,最终GSH产量达最大,为213.3 mg/L,比分批发酵提高了93%。     

固定化红曲葡萄糖母液流加发酵红曲色素的研究

对固定化红曲(Monascus purpureus)，在生物反应器中流加葡萄糖母液发酵生产红曲色素进行了研究，建立了简单的数学模型控制流加。结果表明：当总葡萄糖母液浓度为150g/L时，以90g/L初始葡萄糖母液开始发酵，当流加因子K=0．0013时，变速流加发酵组的色素浓度比非流加发酵组的色价提高32％。     

木糖对L-酪氨酸发酵的影响

目的:为了探究L-酪氨酸发酵生产最佳的诱导方式。方法:首先进行单因素实验确定最佳添加量,然后选择3种不同的木糖流加方式进行5L发酵罐分批补料发酵实验,探究其对大肠杆菌生物量、L-酪氨酸含量、糖酸转化率和代谢副产物的影响。结果:研究发现木糖添加量为30g/L时,采用木糖随流加葡萄糖一起流加的方式,在30h发酵结束时L-酪氨酸含量最高为33.5g/L,生物量最大OD600为76,糖酸转化率最高为17%,乙酸浓度为3.2g/L。结论:木糖添加量为30g/L时,随流加葡萄糖一起流加木糖的方式是生产L-酪氨酸的一种有效诱导方式,为L-酪氨酸高效工业化生产提供了重要参考。     

豆腐黄浆水制备细菌纤维素条件初探

以豆腐黄浆水为原料,木醋杆菌为发酵菌种,研究葡萄糖添加量、发酵时间、发酵温度、接种量以及初始p H对细菌纤维素产量及总糖利用率的影响。结果表明,生产细菌纤维素的适宜条件为:葡萄糖添加量为8%、发酵时间7d、发酵温度30℃、接种量6%、初始p H5.0,在此条件下,细菌纤维素的产量为1.21g/100m L;木醋杆菌对总糖的利用率达94.38%。     

木薯水解液为原料静置发酵制备细菌纤维素的研究

以木薯水解液作为发酵培养基基质,通过木葡萄糖酸醋杆菌(Komagataeibacter xylinus)发酵制备细菌纤维素(BC),利用单因素实验研究了温度、装液量、初始pH、木薯水解液添加量、接种量等对细菌纤维素产量的影响,并对发酵过程中的细菌纤维素产量、还原糖消耗量、pH、细菌纤维素含水率与复水率等指标进行了检测,采用元素分析、红外光谱分析、热重分析、扫描电镜、X射线晶体衍射(XRD)等对发酵得到的细菌纤维素进行表征。结果表明,木薯水解液发酵生产细菌纤维素的最优条件为:温度30℃、装液量75 mL、初始pH6.0、木薯水解液添加量3%、接种量6%;在细菌纤维素发酵过程中,pH从5.51下降到2.66,还原糖含量从32.1 g/L降到10.2 g/L,发酵9 d可得到5.75 g/L的细菌纤维素;所得细菌纤维素的含水率为96%~98%,复水率为50%~58%;元素分析结果表明细菌纤维素主要由C、H、O三种元素构成,符合纤维素中各元素含量;红外光谱揭示了细菌纤维素的特征吸收峰;热重分析表明细菌纤维素在290℃处具有最大失重,失重率达32.33%;扫描电镜观察到细菌纤维素的直径在100~500 nm之间;XRD分析得到细菌纤维素的结晶度为93.4%。因此木薯水解液是可以替代葡萄糖作为发酵生产细菌纤维素的碳源。     

木醋杆菌突变株产细菌纤维素发酵条件优化

对一株经紫外诱变手段筛选得到的细菌纤维素高产菌株木醋杆菌C544进行发酵条件和培养基成分研究,确定其产纤维素适宜温度范围为25℃-31℃,30℃时纤维素产量最高;适宜的初始pH值范围为5.5-7.0,在pH6.0时纤维素产量最高。优化出的培养基配方为：葡萄糖5.0%（w/v）、大豆蛋白胨0.9%（w/v）、Na2HPO4·12H2O0.8%（w/v）及柠檬酸0.5%（w/v）,在最佳发酵条件下纤维素最大产量可达7.79g/L,是优化前产量的3.52倍。另研究了甘露醇对此菌株产细菌纤维素的影响,发现当基础培养基中加入10%（w/v）甘露醇作为碳源时,发酵终点的pH值为4.50,对纤维素的合成有利,纤维素产量达到9.33g/L,是优化前产量的4.22倍。     

葡糖醋杆菌利用黄水发酵生产细菌纤维素

为探究葡糖醋杆菌（Gluconacetobacter）利用黄水生产细菌纤维素的可行性,将黄水按不同体积比添加到传统发酵液（HS培养基）中,接种葡糖醋杆菌至发酵液中30 ℃静置培养7 d,测定发酵过程中的细菌纤维素产量、还原糖含量等理化指标。结果表明,在HS培养基中添加黄水可以显著地增加细菌纤维素的产量（P＜0.05）,黄水的最佳体积比为40%。在此条件下,细菌纤维素产量为5.93 g/L,比HS培养基（2.20 g/L）提高了169.5%;糖转化效率提高了148.9%;从第2天开始,单日细菌纤维素产量均＞0.70 g/L,第5天产量最高为1.14 g/L,单日糖转化效率均高于同时期的HS培养基;pH值维持在4.60～5.50之间。在扩大浅圆盘发酵中,40%黄水-HS培养基中细菌纤维产量为3.48 g/L,比HS培养基（1.62 g/L）提高了114.8%。     

增效因子对木醋杆菌产细菌纤维素发酵液中物质变化的影响

在木醋杆菌（Acetobacter xylinum）产细菌纤维素（BC）培养基中,添加一定量的增效因子,考察增效因子椰子水、玉米浆、Tween-80、羧甲基纤维素（CMC）、烟酸和生物素对发酵液中细菌纤维素产量、总糖、总酸和有机酸含量的影响。结果表明,10%玉米浆及60%椰子水对细菌纤维素产量的增效作用最强,细菌纤维素产量分别为8.534 g/L、6.008 g/L,与空白组相比,分别增加了4.67、2.99倍;添加60%椰子水,可以促进总糖含量降低,有利于木醋杆菌合成BC。添加各增效因子后发酵液内总酸含量变化基本一致,整体均呈下降的趋势。10%玉米浆试验组有机酸含量最高,且其中葡萄糖酸、乳酸、乙酸和丁二酸等主体酸所占比例大,这与10%玉米浆对BC产量较为明显的增效作用有一定关系。