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普鲁兰多糖在土豆淀粉废水中的发酵条件研究


摘要: 普鲁兰多糖是一种具有重要应用价值的微生物胞外多糖。淀粉废水是加工淀粉过程中不可避免的一种产物,成分复杂,营养丰富。利用淀粉废水作为碳源制得普鲁兰多糖,不仅使多糖的生产成本降低,变废为宝,还会减少环境污染。
普鲁兰多糖是微生物胞外多糖中具有重要应用价值的一类多糖,具有很好的成膜、成纤维、阻气粘接性,而且无毒、易加工。已被广泛地应用于食品、医药、轻工、化工和石油领域。
淀粉废水是生产重要工业原料淀粉时不可避免的副产物,每年的产量大约2400万吨。这些废水中主要含有溶解性淀粉、少量的蛋白质、有机酸、矿物质及少量的油脂,若将这些废水直接废弃排放,不仅带来严重的环境问题,也是自然资源的巨大浪费。
利用土豆淀粉废水做为碳源发酵普鲁兰多糖的报道已有很多,以前的发酵工艺中均采用酶对淀粉进行水解,水解步骤有一步法或两步法。本研究在不用酶水解淀粉,且发酵培养基简单化的情况下,确定最佳发酵条件,使达到较高的转化率。

1 材料和方法
1.1.1菌种和培养基
菌种出芽短梗霉由本实验室提供。
1.1.2实验仪器
HVE-50全自动高压蒸汽灭菌器,恒温生化培养器(上海医疗器械一厂),超净工作台(苏净集团安泰公司),LDHZ-600型冷冻恒温震荡器(江苏太仓市实验仪器厂)。
1.2发酵和提纯普鲁兰多糖
将琼脂斜面上的菌种转接到250ml锥型瓶中,装液量为100ml,恒温 28℃、转速150r/min。培养60h得种子菌液。以30%体积比将种子菌液转接到500ml锥型瓶,装液量250ml,28℃下转速为150r/min培养,每12h取出培养液测菌体生长和多糖的产量。
120h后,取发酵液离心去除菌丝体和不溶解物质,在上层多糖清液中加入两倍体积的无水乙醇,在4℃条件下静置过夜使其充分沉淀,最后离心沉淀。沉淀物用丙酮、乙醚冲洗,菌丝体和沉淀物在50℃恒温下烘干。

2 结果与讨论
2.1 psw 做碳源的优点
分别用食用淀粉、工业淀粉、可溶性淀粉、葡萄糖、蔗糖及psw做碳源生产普鲁兰多糖。
2.1.1 降低生产成本
从以上实验结果可以看出,psw做碳源时转化率明显高于其他碳源。在用其他碳源时,培养基中酵母浸膏是不可缺少的营养源,他富含氨基酸、蛋白质、维生素B、及一些矿物盐,这些对生物的生长及新陈代谢都有积极的作用。但是用酵母浸膏作培养基生产普鲁兰多糖的成本太高。
psw含有溶解性淀粉、少量的蛋白质、有机酸、矿物质及少量的油脂,用他直接做碳源时,可以替代酵母浸膏的作用,且使发酵培养基组成简单化,有利于降低生产成本。
2.1.2 简化发酵工艺
用任何淀粉做碳源必须先在酸性条件或各种酶作用下,经水解后加入培养基中才可以得到较好的转化率。根据psw 的特点,不需酶水解可直接生产普鲁兰多糖,而且转化率达到68.3℃,说明用未水解的psw做碳源是可行的。
2.2 在 psw 中出芽短梗霉的生长曲线实验
结果表明,该菌在48h内菌丝体生长较慢,之后进入对数期,菌丝体含量迅速增加,到96h菌丝体生长趋缓。而发酵液中的多糖含量在36h内迅速增加到2.31g/L之后,缓慢增加到10.24g/L,120h后多糖含量开始回落。因此,120h左右为该菌在psw 中的最佳发酵时间。
2.3发酵条件对出芽短梗霉在Psw中生长及多糖转化率的影响
2.3.1初始ph对出芽短梗霉在psw中生长及多糖转化率的影响
调节培养基的初始ph分别为:5.0、5.5、6.0、6.5、7.0。在28℃,转速为150r/min,培养120h,观察菌株的生长情况并测定发酵液中的多糖转化率。在不同的初始 B( 下,菌株的生长情况存在较大的差异,当Ph=6.5时,多糖转化率最高达到68.3;,因此出芽短梗霉在Psw中发酵培养最佳初始Ph为6.5。
2.3.2温度对出芽短梗霉在Psw中生长及多糖转化率的影响
将菌株接种于培养基中, 观察菌株的生长情况并测定发酵液中的多糖转化。温度对该菌的生长影响显著,当温度在25℃-30℃,该菌生长旺盛,发酵液中的多糖转化率较高,当温度为28℃时,多糖转化率最高。而当温度达到35℃以上时,该菌生长缓慢,多糖转化率变低。因此28℃是出芽梗霉在Psw中发酵培养的最适宜温度。
2.3.3通气量对出芽短梗霉在 psw 中生长及多糖转化率的影响
将菌种接种于培养基中,在温度为28℃,转速为80r/min、120r/min、150r/min、180r/min、200r/min的冷冻恒温振荡器中培养120h,观察菌株的生长情况并测定多糖转化率通气量对该菌的影响较显著,转速低时,菌丝球较大;转速高时,菌丝较小且不规则。当转速大于150r/min 时,多糖转化率基本保持不变。因此在发酵培养过程中选择转速为150r/min。

来源:惠合CIP清洗系统


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