摘要
黄原胶和聚γ-谷氨酸(poly-γ-glutamic acid，γ-PGA)等产品的发酵属于高黏度发酵，其高黏度发酵体系特征限制发酵体系氧的传递，大幅度增加了发酵过程功耗，是制约此类发酵产品发展的重要因素。本论文分别以黄原胶和γ-PGA为对象，重点探讨表面活性剂和发酵搅拌桨叶对此类产品发酵的影响。 首先以野油菜黄单胞菌(Xanthomonas campestris)为研究菌株，优化了发酵培养基成分和发酵条件，得到了优化的黄原胶摇瓶发酵工艺。优化的摇瓶发酵培养基成分(g/L)为：蔗糖40，豆粕4，柠檬酸2，MgSO4·7H2O1，K2HPO41，CaCO32。摇瓶发酵条件：发酵温度30oC，种龄16 h，接种量10%，初始pH7.0；此时黄原胶的产量可达27.55 g/L，发酵液黏度可达5833 mPa?s，分别比优化前提高了43.71%和63.53%，碳源转化率达到68.88%。 在黄原胶发酵过程中，24 h-48 h添加0.2%-2%的Triton X-100、十二烷基磺酸钠(sodium dodecyl sulfate，SDS)、二甲基亚砜(Dimethyl sulfoxide，DMSO)、油酸和Tween20均有利于黄原胶发酵液黏度的提高。其中发酵进行到36 h时，添加Triton X-100和SDS，发酵液黏度均有大幅提高；36 h添加0.1%的Triton X-100，发酵终点发酵液的黏度最高，达8163 mPa?s，较对照提高了36.51%，但黄原胶的产量并没有显著变化。 进一步考察了不同搅拌桨组合对黄原胶发酵的影响。结果表明用上提式斜叶圆盘涡轮+半管式圆盘涡轮搅拌桨(PDTD(U)+HY)组合进行黄原胶发酵时，发酵液的黏度较对照（六直叶圆盘涡轮+六直叶圆盘涡轮， DT+DT）有显著提高(15.15%)，但黄原胶的产量变化不显著。在六直叶涡轮桨(DT+DT)和优化的新桨组合(PDTD(U)+HY)条件下，控制发酵过程 pH中性，对黄原胶发酵影响较大，发酵液的黏度分别比对照（DT+DT，不调控pH）提高了56.67%和125.00%，但黄原胶产量只是略有提高。 同时研究了6种表面活性剂对地衣芽胞杆菌WX-02(Bacillus licheniformis WX-02.)发酵产γ-PGA的影响。在发酵过程中添加阴离子表面活性剂SDS(10%的溶液)对γ-PGA产量提高具有明显的促进作用，其优化的添加时间为12 h，添加量为0.05%(V/V)，此时γ-PGA产量可达20.95 g/L，比对照（不添加SDS）提高了1.06倍。添加SDS初期(12 h-16 h)菌体的生长明显受到抑制，添加后4 h才恢复生长，但并没有因为前期SDS对菌体的抑制作用而使发酵周期延长。通过显微镜观察发现：SDS的添加有利于B. licheniformis WX-02菌体荚膜的脱落，这可能是SDS促进其高产γ-PGA的原因之一。用十二烷基苯磺酸钠(sodium dodecyl benzene sulfonate, SDBS)处理种子，能诱导B. licheniformis WX-02高产γ-PGA，产量最高可达26.78 g/L，谷氨酸钠的表观转化率高达66.95%，较对照提高了86.62%，单位菌体产量(YP/X)最高可达3.31 g/g，比对照提高了51.83%。这可能是B. licheniformis WX-02对SDBS压力产生的一种应激反应，进而增强了其合成γ-PGA的能力，而γ-PGA可以作为应对SDBS压力抗性的抗逆保护剂。 不同搅拌桨组合对γ-PGA发酵影响的研究表明，上提式斜叶圆盘涡轮+半管式圆盘涡轮，下压式斜叶圆盘涡轮+六叶布鲁马金和上提式斜叶圆盘涡轮+六叶布鲁马金几种组合均有利于γ-PGA的发酵，其中下压式斜叶圆盘涡轮+六叶布鲁马金效果最明显，发酵终点发酵液黏度比对照(DT+DT)提高了40.90%，γ-PGA产量提高了11.50%。
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