黄原胶QH79菌种的发酵工艺的研究

2019-05-22 08:37:49

0 引言
黄原胶是由黄单孢菌发酵产生的一种多糖聚合物,由于它具有优良性能,被广泛用于食品、石油、纺织、印刷、陶瓷、炸药、涂料(paint)等20多个行业具有广阔的市场前景。由于国外的技术封锁,以及国内的研究起步较晚,黄原胶在我国未形成大的生产规模。我们结合自行设计的SM型发酵罐利用选育的产胶菌种对其工艺条件(tiáo jiàn)进行了研究从而为黄原胶的工业化生产提供一定的基础。
1 材料与方法
1。1 菌(fungus)种
黄原胶QH79菌种,由本中心选育。
1。2 培养基

  (1)斜面培养基(本文浓度(concentration)均为质量分数):蔗糖1。上海发酵展糊化作用的过程可分为三个阶段:(1)可逆吸水阶段,水分进入淀粉粒的非晶质部分,体积略有膨胀,此时冷却干燥,颗粒可以复原,双折射现象不变;(2)不可逆吸水阶段,随着温度升高,水分进入淀粉微晶间隙,不可逆地大量吸水,双折射现象逐渐模糊以至消失,亦称结晶“溶解”, 淀粉粒胀至原始体积的50~100倍;(3)淀粉粒最后解体,淀粉分子全部进入溶液。5%;蛋白胨0。6%;牛肉膏0。3%;NaC0。5%;琼脂2%;pH7。0。

  (2)液体培养基:组成同上,但不加琼脂。

  (3)发酵(fermentation)培养基:见试验结果。以上培养基均采用饱和蒸汽灭菌(fungus)消毒,消毒条件:压力(pressure)0。1MPa(表压),灭菌时间30min。
1。3 培养与发酵条件

  (1)菌种斜面培养:接种后,28度恒温培养48h。

  (2)液体培养:挑一环斜面接于液体培养基中,28度,180r/min,摇床振荡培养20h。

  (3)摇瓶发酵:于28度,转速为220r/min,摇床振荡培养3d。

  (4)发酵罐发酵:于50L发酵罐内,装料80%,28度培养3d。生物医药发酵技术展淀粉除食用外,工业上用于制糊精、麦芽糖、葡萄糖、酒精等,也用于调制印花浆、纺织品的上浆、纸张的上胶、药物片剂的压制等。前期24h风量控制在1。5m3/h,24h后,风量控制在2。4m3/h。
1。4 测定方法

  (1)总糖测定(gage)采用斐林法[2]。

  (2)粘度的测定用NDJ-1型粘度计测定,室温,使用4号转子,30r/min。

  (3)产胶率测定(gage)采用酒精沉淀法,称取适量发酵液,加入2倍95%酒精沉淀析出黄原胶,去除上轻液,再加入1倍酒精洗涤,过滤烘干。
2 结果与讨论
2。1 碳源对产胶的影响
分别以产胶常用的3种碳(C)源:葡萄糖!蔗糖淀粉进行摇瓶发酵实验,试验中碳源浓度均为4%,氮源及无机盐浓度均固定,分别为:蛋白胨0.5%,CaCO30.3%,实验结果见图1。可以看出该菌(fungus)对葡萄糖利用不好,而对淀粉!蔗糖能良好地利用,这可能是因为菌体生长期不能适应较高的浓度,即会产生葡萄糖效应,而对于较缓利用的蔗糖和淀粉能够边水解边利用,所以能够更好地利用它们。但考虑到淀粉来源广泛(extensive),价格(price)较低,故采用淀粉为发酵用碳源。又分别固定培养基其他成份,调整淀粉浓度1%~5%进行发酵试验,结果见图2。可以看出:淀粉浓度在4%~5%时,具有较高的发液粘度和产胶率,虽然当淀粉浓度为5%时,发酵液也具有很高的粘度,但产胶率却没有提高,从而降低了碳源的转化率,从工业化生产(Produce)的角度看,不利于生产。
2。2 氮源对产胶的影响
本文考察了不同氮源对产胶率的影响,除氮源外,其他成分固定:淀粉4%,CaCO30。3%,pH7。0。实验结果见表1。
从表中看出:该菌对有机氮的利用明显好于无机氮,蛋白胨可作为合适的氮源,这可能(maybe)是由于有机氮中含有对生长有利的刺激因子造成的。在此基础上,以不同的蛋白胨浓度(concentration)进行了摇瓶试,试验结果见图3。可以看出,当蛋白胨浓度0。5%~0。6%时,适合于发酵(fermentation),考虑到最终产品对氮含量的要求,以0。5%为最适浓度
2。3 装料量对产胶的影响
以淀粉4%!蛋白胨0。5%!CaCO30。3%为培养基,采用250ml三角瓶,分装15,20,25,30,35,40,45,50ml进行发酵试验,产胶情况见图4。可以看,当装料20ml时,发酵有较高的粘度和产胶率,可见该菌体代谢过程中需要适宜的通风量。
2。4 起始pH值对产胶的影响
由图5可知,pH值在7。0时,可获得较好的产胶率和发酵液粘度,当pH值低于5或高于8时,菌体产胶率和发酵液粘度均很低。这表明,该菌体宜于在中性的环境中进行发酵。
2。5 CaCO3对产胶的影响
CaCO3做为无机盐成分加入到培养基中,其中Ca2+可起到促进酶(Enzyme)促反应(reaction),从而促进代谢的进行。此外,CaCO3还可做为中和剂中和过多的H+来维持发酵液的pH值。固定淀粉4%!蛋白胨0。3%,变化CaCO3浓度进行发酵试验,结果见图6。可以看出,CaCO的浓度以0。3%为最适宜。
2。6 50LSM发酵罐的放大试验
采用上述摇瓶试验的结果,在50LSM发酵罐中进行发酵试验,其过程参数变化见图7。生物发酵技术展。烹调中的勾芡,也是利用了淀粉的糊化作用,使菜肴包汁均匀。当淀粉经稀释处理后,最初形成可变性淀粉.然后即形成能溶于水的糊精。0~20h为发酵前期,该期为菌体生长阶段,发酵液粘度很,产胶极少;24~48h为黄原胶最大合成期,此阶段产胶量增长较快,发酵液粘度也急剧增加,糖耗速度也较快;48h至发酵终止,产胶速度减慢直至停止,而发酵液粘度仍有所增加。在中后期增加风量(定义:单位时间内空气的流通量)对发酵有利。
3 小结
在摇瓶试验的基础上,在50LSM型发酵罐中进行了放大试验,其最终产胶率为2。7%,发酵液粘度为8Pa#s。证明了该工艺是可行的。