地衣芽孢杆菌合成生物絮凝剂发酵工艺优化

• 作 者: 石江水
• 机 构: 厦门大学
• 出 处: 厦门大学
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 地衣芽孢杆菌 甘蔗汁 生物絮凝剂 发酵工艺

生物絮凝剂不仅具有化学合成絮凝剂的絮凝特性，还具有微生物可降解性、无毒等独特优点。降低生产成本、提高絮凝活性及产量是生物絮凝剂能否推广应用的关键。　　
本研究首先在摇瓶条件下对生物絮凝剂高产菌株Bacillus licheniformisCGMCC2876的培养条件进行系统的优化，在此基础上进行2L发酵罐的放大培养，建立了生物絮凝剂发酵工艺，进而对生物絮凝剂的主要成分及物化特性进行分析，最终成功在制糖生产线进行了示范应用。主要研究内容及结果如下:　　
1)利用单因素实验考察了不同培养时间、初始pH、温度、接种量、碳源、氮源、金属离子等对生物絮凝剂合成的影响，然后采用Plackett-Burman设计法和响应面分析法对其发酵培养基组成进行优化，确定了生物絮凝剂的最适发酵培养基组成为:葡萄糖13.90 g/L，尿素2.67 g/L，MgSO40.048 g/L，酵母膏0.6 g/L，KH2PO45.6 g/L, K2HPO41.4 g/L, NaCl2 g/L，初始pH7.2。在37℃,200 rpm培养56 h，发酵液絮凝活性可达2946 U/mL，比优化前提高了129.4％，而发酵培养基成本比优化前降低了46.30％。　　
2)在2L发酵罐上进行B.licheniformis放大培养和生物絮凝剂发酵工艺研究。固定转速200 rpm、通气量2 vvm、发酵68 h，菌体浓度最高为3.94，发酵液絮凝活性1010 U/mL;转速与溶氧关联，控制溶氧30％、通气量2 vvm，发酵44 h，菌体浓度最高达到7.39，絮凝活性最高达到2967 U/mL;控制溶氧60％、通气量3 vvm，发酵16h菌体浓度最高达到7.224，而絮凝活性降低为1024 U/mL。可见，溶氧对于菌体生长和生物絮凝剂的合成都有较大影响。　　
3)利用有机溶剂沉淀法对生物絮凝剂进行初步分离，经鉴定其主要成分为多糖和蛋白，所占比例分别为56.7％和34.3％。生物絮凝剂的活性在100℃高温处理会有一定的降低;酸性和中性环境更有利于絮凝活性，碱性环境对其影响较大;蛋白酶和蛋白变性剂对生物絮凝剂活性影响不是很明显。　　
4)在制糖生产线上，利用生物絮凝剂处理甘蔗混合汁，其最适添加量为4.8ppm，此时蔗汁的色值、浊度、沉降时间及糖的纯度分别为1226 IU、164 IU、9.7 min及85.3％。其处理效果与聚丙烯酰胺(PAM)具有可比性。