统计学分析方法应用于富硒米曲霉发酵培养基的优化

应用Plackett-Burman设计法对影响富硒米曲霉发酵的培养基组分进行了筛选,所选的6个相关因素为:蔗糖、酵母膏、氯化钙、硫酸镁、磷酸二氢钾和VB1.确定影响富硒米曲霉发酵的关键因素为:氯化钙、酵母膏和VB1.应用最陡爬坡实验逼近以上3个因素的最大响应区域.在此基础上,采用中心组合设计结合响应面法(Response Surface Methodology, RSM)对影响富硒米曲霉富硒发酵的关键因子的范围进行进一步确定,主要影响因素的最佳浓度为氯化钙0.25 g/L,酵母膏28.4 g/L,VB1 0.015 g/L.验证实验结果表明,采用优化后的培养基,米曲霉的胞内硒含量达到2.268 mg/g,与理论值相差1.4%.因此,利用响应面法对米曲霉富硒的培养基进行优化合理可行.     

利用浓醪酒糟生产乳链菌肽的发酵培养基优化

利用玉米原料酒精浓醪发酵产生的酒糟作为乳链菌肽发酵的主要原料,采用单因素方法对影响乳链菌肽的酒糟发酵培养基的补加组分进行了考察.结果表明,影响乳链菌肽效价的显著因素为葡萄糖、酵母膏、KH2PO4、MgSO4.采用Box-Behnken设计及响应面分析法确定主要影响因子的最佳浓度.结果表明,当酒糟为20g/L、葡萄糖为7.1 g/L、酵母膏为5.3 g/L、KH2PO4为4.6g/L、MgSO4为0.2g/L时,乳链菌肽的效价为1400 IU/mL,与预测值1443.5 IU/mL基本一致,比响应面优化前提高24%.     

响应面法优化隐甲藻LS1057产二十二碳六烯酸发酵条件

为了提高一株隐甲藻藻株LS1057的二十二碳六烯酸产量,对发酵培养基进行了优化。采用Plackett-Burman实验设计法考察发酵培养基中各组分对二十二碳六烯酸产量的影响,结果表明:葡萄糖、酵母膏、KH2PO4的浓度对二十二碳六烯酸的产量影响显著。再用最陡爬坡路径逼近最大响应区域,并结合Box-Behnken实验设计和响应面分析法对3个显著因素进行回归分析,得到优化的发酵培养基组成:葡萄糖79.76g/L、酵母膏14.0g/L、KH2PO40.5g/L、海盐20.0g/L、MgSO4·7H2O 5.0g/L、KNO38.0g/L、FeSO4·7H2O 0.2g/L和M液(M液:V B10.6g/L,V B120.1mg/L)1%(V/V)。采用该法优化培养基,经摇瓶发酵实验供试藻株的二十二碳六烯酸产量达到了1.811g/L,较优化前提高了71.33%。利用70L发酵罐的分批补料发酵实验对优化后的结果做了进一步的验证,发酵结束后二十二碳六烯酸终产量为2.112g/L。实验结果表明经响应面法优化得到的发酵培养基利于隐甲藻LS1057发酵生产二十二碳六烯酸。     

响应面法优化嗜热厌氧代谢工程菌发酵产乙醇的培养基

利用响应面法优化嗜热厌氧代谢工程菌产乙醇的培养基,在单因素实验基础上,采用Plackett-Burman 设计对影响嗜热厌氧代谢工程菌发酵产乙醇的重要培养基组分进行了筛选,确定主要影响因子为葡萄糖、木糖和酵母提取物.再用最陡爬坡实验逼近最大响应区域.最后用中心组合设计和响应面分析法,确定了主要影响因子的浓度.优化后的培养基组成为葡萄糖13.07g/L,木糖9.58g/L,酵母提取物3.78g/L,其他组分浓度同MTC培养基,不添加一水半胱氨酸盐酸盐和二盐酸吡哆氨.在此培养基条件下,乙醇产量和乙醇得率分别为(6.102±0.21)g/L和(0.38±0.012)g/g,是优化前产量的1.46倍.     

黏红酵母产油脂培养基的响应面优化

利用单因素试验和响应面设计相结合,对黏红酵母产油脂培养基进行了优化。单因素试验得到初步发酵培养基成分为葡萄糖、蛋白胨、KH2PO4。经响应面优化发现,当发酵培养基中葡萄糖含量为73.40g/L,蛋白胨含量为1.06 g/L,KH2PO4含量为3.56 g/L时,油脂产量的理论预测值可达到3.49 g/L,比优化前提高了13%。气相分析其油脂组成,多不饱和脂肪酸质量分数为26.97%。然后又对高产菌株的发酵特性进行研究,在10 d时,生物量和油脂产量达到最高,此时达到发酵终点,生物量为47.98 g/L(菌体湿重),油脂产量达到7.81 g/L。     

菠萝皮渣生产虾青素的发酵条件研究

以菠萝皮渣为培养基的主要原料,采用法夫酵母（Phaffia rhodozyma）对其进行发酵生产虾青素,采用响应面分析法对法夫酵母的发酵条件进行优化研究。先用Plackett-Burman设计法实验确定重要因素,再用最陡爬坡实验法确定因素水平,最后用响应面分析方法求得的最佳发酵条件为：发酵温度为20.0℃,初始pH为5.29,糖度为6.1%,酵母膏2g/L,MgSO42g/L,（NH4）2SO44g/L,KH2PO41.5g/L,种龄36h。用此优化的发酵培养基培养法夫酵母,虾青素产量可达6.5751mg/L。     

响应面法优化黑曲霉产抗菌物质的发酵培养基

以抑菌圈直径为响应值,采用响应面法对黑曲霉（Aspergillus niger）xj产抗菌物质的发酵培养基进行优化.首先通过单因素试验确定最适碳源和氮源分别为麦芽糖和麦麸,并初步考察了麦芽糖、麦麸、无机盐、生长因子及表面活性剂的最适添加量.通过Plackett-Burman设计筛选出影响抗菌物质活力的显著因素：无水硫酸镁、氯化钙和吐温-80.最后通过中心复合设计及响应面分析确定产抗菌物质的的最优发酵培养基组分为麦芽糖30.00g/L、麦麸7.50g/L、酵母膏1.00g/L、磷酸氢二钾1.00g/L、无水硫酸镁0.2982g/L、吐温-80 0.24mL/L、微量元素液2.00mL/L、氯化钾0.50g/L.采用滤纸片扩散法检测优化后的发酵液抗菌活性,抑菌圈直径为（27.26±0.41）mm,比未经优化测得的抑菌圈直径提高了83％.     

Ochrobactrum intermedium DN2烟碱降解酶发酵培养基优化研究

研究工作中筛选得到一株有较强烟碱降解能力的新型烟碱降解细菌 Ochrobactrum intermedium DN2,对其产烟碱降解酶的发酵培养基进行了优化.采用Plaekett-Burman设计法,对影响Ochrobactrum intermedium DN2产烟碱降解酶的15个因子进行了筛选.结果表明,影响该菌发酵产酶的显著因子为烟碱、酵母膏、葡萄糖、tween-80的质量浓度和培养基初始pH.在此基础上,采用响应曲面法对以上5个显著因子进行了优化.得到各因子最佳水平为烟碱2.183g/L,葡萄糖0.823 g/L,酵母膏0.844 g/L,Tween-80 0.976 g/L,初始pH 6.9.在此优化条件下获得实际酶活为7943 U/L,与预测值8 060 U/L相近,比优化前提高了52%.     

适合乳果糖生产的菌株K.lactisK1-16-7产β-半乳糖苷酶发酵条件的优化

在摇瓶发酵条件下,采用Plackett-Buman设计法和响应面分析法对K.lactisKl-16-7菌株的培养基配方进行优化,确定了影响K1-16-7菌株产酶的5个重要因子依次为酵母膏、蛋白胨F403、乳糖、MgSO4和KH2PO4,对这5个因子进行最陡爬坡试验,通过响应面分析法确定了主要影响因子的最佳条件.优化后的培养基配方为酵母膏10.7 g/L、蛋白胨F403 9.4 g/L、乳糖12.1 g/L、MgSO4 5.6 g/L、KH2PO4 4.7 g/L,优化后β-半乳糖苷酶的产量达147.6 U/g,比优化前提高了88.7%.     

响应面法优化裂殖壶菌突变株的发酵培养基

通过单因素试验和响应面设计相结合,对裂殖壶菌(Schizochytrium limacinum)突变株产DHA的发酵培养基进行了优化。首先通过单因素试验考察发酵培养基主要成分为葡萄糖、谷氨酸钠、酵母膏和海水晶。经响应面优化发现,当发酵培养基中葡萄糖85.99 g/L、谷氨酸钠11.86 g/L、酵母膏8.16 g/L、海水晶20.16 g/L,DHA产量理论预测值可达到6.10 g/L,优化后的DHA产量比优化前提高了11.13%。在50 L发酵罐上发酵培养,DHA产量为10.32 g/L发酵液,为摇瓶培养时的1.69倍。     

呕吐毒素脱毒菌Devosia sp.发酵培养基优化

德沃斯氏菌(Devosia sp.)是一种可以高效脱除谷物及饲料中呕吐毒素的新型微生物菌株,其转化产物是目前研究较为安全的呕吐毒素转化产物。本研究以碳、氮源单因素实验为基础,选用8个因素进行部分因子试验(FFD),筛选出酵母浸粉、酵母膏和蔗糖3个最显著影响因素;对3个最显著影响因素进行最陡爬坡实验获得其最优点区域;再通过中心组合实验设计(CCD)进行响应面分析得到了Devosia sp.的最适发酵培养基组成为:酵母浸粉10.00 g/L,酵母膏6.49 g/L,蔗糖8.40 g/L,硫酸铵2 g/L,磷酸二氢钾2 g/L,硫酸镁0.7 g/L,氯化钙0.02 g/L和硫酸亚铁0.02 g/L。使用该培养基进行发酵验证试验,培养40 h的OD₆₀₀达到21.66,与预测值(21.62)基本相符。综上,该回归模型对Devosia sp.发酵培养基的优化是可行的,且优化后较原始培养基生物量(OD₆₀₀)提高了89.1%,降低了生产成本,为呕吐毒素脱毒菌株的工业生产奠定了基础。     

锁掷孢酵母产胞外多糖发酵条件优化

为进一步提高酵母菌产酵母胞外多糖（EPS）的能力,该研究以近粉红锁掷孢酵母（Sporidiobolus pararoseus）PFY-Z1为出发菌株,筛选出其最适产糖发酵培养基,并以此为基础,联合应用单因素试验、Plackett-Burman（PB）试验和中心组合设计（CCD）试验,优化菌株产EPS的最佳发酵条件。结果表明,菌株最佳培养基配方为葡萄糖15 g/L,硫酸铵15 g/L,硫酸镁1.8 g/L,氯化钙0.28 g/L,磷酸氢二钾0.24 g/L,氯化钠0.6 g/L。菌株最佳培养条件为培养温度28 ℃、摇床转速210 r/min、接种量5%、装液量100 mL/250 mL、培养时间6 d,培养基初始pH值5.10条件下,EPS含量最高,为（4.60±0.13）g/L,是优化前的1.40倍。该研究为今后利用S. pararoseus PFY-Z1产胞外多糖奠定了基础,同时也为酵母菌EPS的工业化制备和生产提供了理论依据。     

响应面法优化茯苓多糖发酵培养基

以茯苓菌种为研究对象,采用响应面法对其产茯苓粗多糖的发酵培养基组分进行优化。 在单因素优化的基础上,利用Plackett- Burman（PB）试验设计筛选出影响茯苓粗多糖产量的3个显著性因素：葡萄糖、酵母粉、硫酸镁。 利用响应面分析法（RSM）优化,得到 最佳培养基组分为：葡萄糖47.1 g/L、酵母粉20.5 g/L、硫酸镁1.8 g/L、蛋白胨30 g/L、硝酸钠5 g/L、磷酸二氢钾1.0 g/L、VB1 1 g/L、无水氯 化钙0.1 g/L。 在此优化条件下,茯苓粗多糖产量为138 mg/100 mL,是优化前的1.3倍。     

Penicillium sp.1523产柚苷酶摇瓶发酵培养基优化

采用单因素试验、Plackett-Burman设计和响应面分析相结合的方法,对Penicillium sp.1523产柚苷酶的摇瓶发酵培养基配方进行优化。单因素试验结果显示：发酵培养基中的最优碳源为玉米粉,最优氮源为豆饼粉;Plackett-Burman设计筛选出影响柚苷酶产量的3个重要因素为玉米粉、豆饼粉和柚苷,在此基础上运用最陡爬坡试验逼近最大响应值区域,再利用Box-Behnken试验设计及响应面分析法进行回归分析,获得最佳培养基配方为：玉米粉31.14g/L、豆饼粉31.53g/L、柚苷1.65g/L、K2HPO4 1.00g/L、ZnSO4 0.10g/L、MgSO4 ·7H2O 0.06g/L、CaCl2 0.10g/L。在优化后的条件下摇瓶发酵产柚苷酶酶活力为(891.79±6.33)U/mL,与模型预测值接近,发酵产酶量比优化前提高70.8%。     

凝结芽孢杆菌CNJD增殖发酵工艺优化

以凝结芽孢杆菌（Bacillus coagulans）CNJD为研究对象,生物量为考察指标,采用单因素试验考察发酵时间、发酵温度、接种量、初始pH值、装液量和摇瓶转速等发酵条件对凝结芽孢杆菌CNJD菌体生长的影响,在此基础上,采用单因素及响应面法对其发酵培养基进行优化。结果表明,最优发酵条件为发酵时间16 h,发酵温度55 ℃,接种量2%,初始pH值 5.0,摇床转速180 r/min,装液量50 mL/250 mL;最优发酵培养基组分为：蔗糖48.59 g/L,氯化钙1.70 g/L,硫酸锰0.33 g/L,酵母浸粉10.00 g/L,氯化钠1.50 g/L,胰蛋白胨10.00 g/L。在此优化工艺下,凝结芽孢杆菌CNJD的生物量达到7.86×1010 CFU/mL。     

一株解淀粉芽孢杆菌产糖条件的优化

为提高一株解淀粉芽孢杆菌LPL061胞外多糖(EPS)产量,采用单因素试验和响应面法,对该菌株的最适培养基成分和发酵条件进行优化。优化后培养基配方为：蔗糖22g/L、酵母膏18.4g/L、pH 7.0;发酵条件为：温度28℃、转速220r/min、接种量3%、发酵时间24h。优化后胞外多糖产量达4.46g/L,比优化前提高了1.51倍。     

米根霉发酵木薯淀粉产L-乳酸的工艺优化

以培养基配方（糖化液、蛋白胨、酵母膏、麦芽粉添加量）和培养条件（培养温度、pH、培养时间、接种量）的单因素试验结果为 依据,选取糖化液质量分数、培养时间、pH和培养温度4因素,以发酵液中L-乳酸含量为评价指标,基于Box-Behnken试验设计响应面 法优化了米根霉发酵木薯淀粉产L-乳酸的发酵工艺参数。 结果表明,最优发酵工艺参数为糖化液26%、蛋白胨6 g/L、酵母浸膏4 g/L、 麦芽粉10 g/L、KH2PO4 0.3 g/L、MgSO·4 7H2O 0.4 g/L、ZnSO4·7H2O 0.3 g/L、CaCO3 45 g/L、培养时间80 h、培养温度29 ℃、初始pH 5.5、接 种量6%。 该优化条件下,发酵液中L-乳酸的含量可达84.33 g/L,发酵液中葡萄糖对L-乳酸的转化率为71.34%,其光学纯度为75.62%, 比旋光度为+2.12。     

响应曲面法优化辅酶Q10产生菌发酵培养基

以辅酶Q10产生菌R-SL15为实验菌株,为提高其辅酶Q10产量,对其进行培养基优化,得到最优发酵培养基。采用Plackett-Burman实验设计和Box-Behnken响应面分析方法对R-SL15的培养基进行优化模型的建立,得出最优发酵培养基为:葡萄糖18.90g/L,酵母粉5.54g/L,(NH4)2SO40.98g/L,KH2PO40.95g/L,牛肉膏6g/L,MgSO4.7H2O0.75g/L,FeSO4.7H2O100mg/L,NaCl10g/L,蒸馏水1L。辅酶Q10产量为51.31mg/L,比优化前的25.74mg/L提高了99.34%。该回归模型高度显著(R2=0.9423),拟合性好,可用于预测。     

液体培养的桑黄胞外多糖发酵培养基成分的优化

通过27-3IV部分因子设计(FFD),对葡萄糖、蛋白胨、酵母膏、磷酸二氢钾、硫酸镁、VB1以及草酸铵7个营养因子进行筛选。在此基础上,采用中心组合设计对部分因子设计,筛选出对桑黄胞外多糖产量的关键因子,确定培养基的组成和水平。在葡萄糖34.12g/L、酵母膏5.01g/L、蛋白胨4g/L、MgSO4 0.75g/L、KH2PO4 1g/L、VB1 0.0075g/L、草酸铵0.88g/L的条件下进行5次平行发酵实验。结果发现桑黄胞外多糖平均产量为(2.363±0.04)g/L,与预测值(2.342g/L)基本相符。可见,用该回归模型优化产桑黄胞外多糖的发酵培养基是可行的。     

响应面法优化根霉菌产麦角固醇的液体发酵工艺

以米根霉(Rhizopus oryzae ZW017)发酵产麦角固醇的产量为响应值,对其液体发酵工艺进行优化。采用HPLC法检测菌株产麦角固醇含量,在单因素筛选试验基础上,以PDB液体发酵培养为基础条件,应用响应面分析法(RSM)对碳源、氮源及发酵时间进行优化。结果表明:以葡萄糖、酵母膏分别为最佳碳、氮源;最佳工艺条件为:PDB基础培养基中添加葡萄糖3g/L、酵母膏5g/L、发酵培养9.64d,麦角固醇平均产量达5761.83μg/100mL,较优化前提高了247.86%,与构建模型理论预测值(5818.39μg/100mL)相吻合,且100mL液体培养基中麦角固醇产量占菌体细胞干质量(0.36g)的1.60%。