论文部分内容阅读
细菌纤维素(BC)是一类由微生物分泌的胞外多糖,因具有许多优异的理化特性而在以下多个领域具有应用前景,譬如食品、造纸、医药以及音响器件等行业。目前,细菌纤维素的规模化工业生产尚未真正实现,限制了该材料的广泛应用。而工业化生产的关键瓶颈在于生产成本,尤以碳源为主,因此寻找开发一种或几种廉价碳源成为当务之急。本课题分别以木薯、甘蔗糖蜜、工业粗甘油作为发酵碳源,探讨上述原料对生产细菌纤维素的影响,并在此基础上研究在机械搅拌发酵罐中添加琼脂以求降低搅拌剪切力对细菌生长和BC发酵生产的影响,为细菌纤维素的工业化大规模生产奠定基础。首先探讨了不同碳源对制备细菌纤维素的影响。分别以木薯、糖蜜及粗甘油(生物甘油)作为发酵碳源,通过碳源消耗速率,菌体生长量,溶氧率以及BC得率进行评价。以糖蜜及生物甘油为碳源发酵生产时,BC产量分别达到4.5g/L和4.1g/L,最大菌浓分别达到0.95×106cells/mL和1.12×106cells/mL;而以木薯水解液为碳源时,BC产量达到6.3g/L,较前二者分别增加了39.3%和52.2%,最大菌浓达到1.94×106cells/mL,比前二者分别增加104.2%和73.2%。结果表明,以木薯水解液(40g/L)作为碳源,发酵结果优于其它两种原料,可优先考虑作为工业化生产细菌纤维素的原料。由于甘蔗糖蜜的颜色较深,产出的纤维素颜色较深且难去除,因此为降低纤维素的后处理成本,进一步研究了糖蜜的活性炭脱色前处理。未经过酸预处理的糖蜜在pH5条件下脱色率最高,但在pH6条件下脱色效率(即脱色率/糖蜜吸附率)最高,为4.0；经过热-酸处理后的糖蜜同样在pH5条件下脱色率最高,在pH6条件下脱色效率最高,为4.5,明显高于未预处理糖蜜组。综合以上结果表明,糖蜜经过热-酸预处理后,再经pH6条件下脱色,相对来说糖蜜总糖损失较小,脱色效果好,在工业生产上可以采用。其次,在分别以木薯和糖蜜为碳源的基础上,向发酵液中添加0-0.8%(w/v)不同浓度的琼脂,以研究发酵液粘度的改变带来的剪切力变化对细菌纤维素生产的影响。研究显示在木薯发酵液中,当加入0.2%的琼脂时,BC产量最大,达到7.3g/L,高于未加入琼脂的6.3g/L的产量,增加了16.4%。糖蜜发酵液中,当加入0.6%琼脂时获得最大为6.5g/L的BC产量,比未加琼脂的增加了44.9%。结果表明,添加琼脂可能增加了发酵液粘度,从而降低菌体所受剪切力,增加细菌纤维素产量。最后,分别以纯甘油,生物柴油两种生产工艺的副产物粗甘油：“生物甘油”和“植物甘油”作为发酵碳源,分别采用静态培养和机械搅拌动态培养两种生产方式,探讨甘油种类和培养方式对制备细菌纤维素的影响。结果显示,甘油浓度为25g/L,静态培养时,以纯甘油,生物甘油和植物甘油作为碳源的BC产量分别为7.3g/L、6.9g/L和3.3g/L,考虑到成本问题,生物甘油可以作为潜在的替代纯甘油发酵的碳源。当采用机械搅拌动态发酵时,产量分别为6.6g/L、5.7g/L和3.0g/L,比静态培养的出现了一定程度降低,但考虑到规模化工业生产的效率和推广可行性,机械搅拌发酵是可以考虑的一种生产方式。