生物絮凝劑混菌發(fā)酵條件優(yōu)化及動(dòng)力學(xué)分析.pdf

1、隨著人類對(duì)環(huán)境問題的逐漸重視，開發(fā)安全無毒、絮凝活性高、無二次污染的生物絮凝劑，對(duì)人類的健康和環(huán)境保護(hù)都有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。尤其在絮凝劑廣泛應(yīng)用的今天，盡快實(shí)現(xiàn)生物絮凝劑的工業(yè)化生產(chǎn)是當(dāng)今絮凝劑研究中亟待解決的問題。然而，目前對(duì)生物絮凝劑的研究大多停留在菌株的篩選、培養(yǎng)基選擇、絮凝機(jī)理等方面，對(duì)絮凝劑的發(fā)酵生產(chǎn)的研究甚少，在很大程度上限制了生物絮凝劑的生產(chǎn)和應(yīng)用。因此，有必要對(duì)生物絮凝劑發(fā)酵條件和發(fā)酵方式進(jìn)行研究，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)

2、奠定基礎(chǔ)。
　　本實(shí)驗(yàn)以菌體生長(zhǎng)量、絮凝劑產(chǎn)量、絮凝率和殘?zhí)堑葹橹笜?biāo)，考察搖瓶發(fā)酵絮凝劑時(shí)種子液培養(yǎng)時(shí)間、菌液發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵溫度、pH和溶解氧，尋求最佳發(fā)酵環(huán)境條件并提出pH和溶解氧的控制方法，從而確定發(fā)酵過程前期菌體生長(zhǎng)及中、后期絮凝劑產(chǎn)生所必須的最適發(fā)酵條件。在優(yōu)化發(fā)酵條件的基礎(chǔ)上，研究分批補(bǔ)料的方法，使高產(chǎn)菌株在最佳發(fā)酵過程中充分表現(xiàn)其高產(chǎn)性能。最后，對(duì)絮凝劑產(chǎn)生菌發(fā)酵動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究，將復(fù)雜的發(fā)酵過程以數(shù)學(xué)公式簡(jiǎn)潔定量的表達(dá)

3、出來，易于更深刻地了解微生物復(fù)雜代謝的本質(zhì)，為微生物發(fā)酵過程在線控制提供重要參數(shù)。
　　結(jié)果表明，混合發(fā)酵條件下，菌株 F2和F6的混菌(簡(jiǎn)稱 F+)產(chǎn)絮能力可保持高效和穩(wěn)定，其最佳發(fā)酵條件為：種子液種齡18h，培養(yǎng)基初始 pH值7.5、培養(yǎng)溫度32℃、搖床轉(zhuǎn)速150r/min，裝瓶量250ml（500ml三角瓶），發(fā)酵時(shí)間24h，最佳絮凝率可達(dá)為97.6％。發(fā)酵過程中pH呈現(xiàn)先上升，再下降，最后稍有上升的趨勢(shì)。溶解氧在發(fā)酵后出現(xiàn)

4、明顯下降，且一直保持很低的水平。分析了其變化的原因，并提出了pH和溶解氧的調(diào)控策略。
　　確定了碳源補(bǔ)料的最佳參數(shù)：初始葡萄糖濃度為10g/L，補(bǔ)料種類為葡萄糖，最佳補(bǔ)料時(shí)間為發(fā)酵15h時(shí)，補(bǔ)料濃度為0.1%(即：每100mL發(fā)酵液中補(bǔ)加0.1g葡萄糖)，補(bǔ)料方式一次性投加。系統(tǒng)中不缺乏氮源，氮源無需補(bǔ)料。對(duì)比了分批發(fā)酵和分批補(bǔ)料發(fā)酵兩種發(fā)酵方式。經(jīng)過補(bǔ)料，發(fā)酵24h后，生物量、絮凝劑產(chǎn)量、糖利用率、絮凝劑得率均有一定程度增加，補(bǔ)

5、料效果明顯。
　　研究了生物絮凝劑的分批發(fā)酵過程?；诜峙l(fā)酵實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了生物絮凝劑分批發(fā)酵的菌體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)方程、產(chǎn)物生成動(dòng)力學(xué)方程和底物消耗動(dòng)力學(xué)方程，采用Origin數(shù)值應(yīng)用軟件對(duì)構(gòu)建的發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行非線性擬合，并得到了較為理想的擬合結(jié)果。動(dòng)力學(xué)參數(shù)表明，發(fā)酵過程中，菌體的生長(zhǎng)速率和絮凝劑的產(chǎn)生速率均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)；菌體的比生長(zhǎng)速率逐漸降低，產(chǎn)物的比合成速率先增加后降低。菌體對(duì)底物的得率在發(fā)酵過程的前期要大于發(fā)