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(本文浓度均为质量分数):蔗糖1。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)发酵培养基:见试验结果。以上培养基均采用饱和蒸汽灭菌消毒,消毒条件:压力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。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,价格较低,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,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+可起到促进酶促反应,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。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。
