2KGA連續(xù)發(fā)酵工藝及其產(chǎn)物的抗氧化效果研究.pdf

1、2.酮基-D-葡萄糖酸(2-keto-D-gluconic acid，2KGA)是采用細菌發(fā)酵工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的有機酸之一，主要用于食品抗氧化劑D-異抗壞血酸(Erythorbic acid， EA)及D-異抗壞血酸鈉(Sodium erythorbate，EN)的合成。20世紀90年代以來，國際市場對食品抗氧化劑EN及EA的需求量不斷增加，對其生產(chǎn)過程中的中間體2KGA的需求量也越來越大。
　　 EA，又名赤藻糖酸或阿拉伯抗壞

2、血酸，是L.抗壞血酸(維生素C，VC)的旋光異構(gòu)體。在FAO/WHO聯(lián)合食品添加劑專家委員會第33屆會議上，異抗壞血酸的英文名稱被規(guī)范為Erythorbic acid。EA(EN)與VC具有相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)，但其生產(chǎn)成本相對低廉，不及VC的1/2，被FDA(1980)認定為“公認安全”(GRAS)的食品抗氧化劑。EA(EN)不僅僅是水溶性抗氧化劑，而且是一種強還原性有機酸(鹽)和有特定環(huán)化結(jié)構(gòu)的多羥基化合物，具有廣泛的應(yīng)用范圍。
　

3、　 2KGA連續(xù)發(fā)酵工藝及其產(chǎn)物的應(yīng)用研究必將對相關(guān)產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用帶來重大的影響，譬如降低生產(chǎn)成本和擴大應(yīng)用領(lǐng)域等。
　　 為此，本課題進行2KGA連續(xù)發(fā)酵工藝及其產(chǎn)物在飼料中抗氧化作用效果的研究。結(jié)果如下：
　　 1.通過對發(fā)酵過程中葡萄糖消耗量、2KGA生成量和菌體生長量等相關(guān)因素之間的關(guān)系研究建立了2KGA發(fā)酵的模型。Matlab軟件運行結(jié)果表明：在95％的置信區(qū)間內(nèi)，葡萄糖消耗量與2KGA生成量之間以及

4、葡萄糖消耗量與菌體生長量之間表現(xiàn)出良好的線性回歸關(guān)系，其決定系數(shù)R2分別為：0.996、0.989，說明該模型可靠性高。因此，2KGA發(fā)酵屬于生長聯(lián)系型，為連續(xù)發(fā)酵工藝在2KGA發(fā)酵中的應(yīng)用提供了依據(jù)。
　　 2.通過研究同一稀釋率下不同濃度的補料葡萄糖對2KGA連續(xù)發(fā)酵的影響，確定最佳補料葡萄糖濃度。結(jié)果表明，在實驗的葡萄糖濃度范圍內(nèi)，同一稀釋率下，隨著補料葡萄糖濃度的提高，連續(xù)發(fā)酵達到平衡時產(chǎn)物濃度呈現(xiàn)遞減趨勢。實驗條件下，

5、在補料葡萄糖濃度9％時的2KGA產(chǎn)率和發(fā)酵轉(zhuǎn)化率均為最高。
　　 3.通過研究同一補料葡萄糖濃度下不同稀釋率對2KGA連續(xù)發(fā)酵的影響，確定最佳稀釋率。結(jié)果表明：稀釋率為0.0625h-1時，發(fā)酵轉(zhuǎn)化率為最高，但2KGA產(chǎn)率處于中間位置；稀釋率為0.1250h-1時，2KGA產(chǎn)率最高，但發(fā)酵轉(zhuǎn)化率處于中間位置；稀釋率為0.1875h-1時，發(fā)酵轉(zhuǎn)化率和2KGA產(chǎn)率都處于最低位置。
　　 4.通過研究連續(xù)發(fā)酵過程中稀釋率改變

6、對連續(xù)發(fā)酵的影響，探討如何進行稀釋率的轉(zhuǎn)換。結(jié)果表明：加上連續(xù)發(fā)酵準備時間，連續(xù)發(fā)酵持續(xù)了115h左右，整個發(fā)酵過程中先后出現(xiàn)兩次平衡。這兩次平衡與兩種稀釋率相對應(yīng)，同時展示出由一個連續(xù)發(fā)酵的平衡點向另一個連續(xù)發(fā)酵的平衡點過渡的全部過程，充分證明了在連續(xù)發(fā)酵過程中適當(dāng)改變稀釋率的可行性和可操作性，也證明了連續(xù)發(fā)酵工藝適合于2KGA發(fā)酵工業(yè)化生產(chǎn)。
　　 5.通過對2KGA半連續(xù)發(fā)酵的研究為2KGA連續(xù)發(fā)酵的工業(yè)化應(yīng)用提供對照。結(jié)

7、果表明：隨著補料速率的提高，半連續(xù)發(fā)酵的2KGA產(chǎn)率和發(fā)酵轉(zhuǎn)化率均逐步下降。該結(jié)果有利于進一步了解不同發(fā)酵方式對2KGA發(fā)酵的影響，有利于優(yōu)化連續(xù)發(fā)酵操作方式，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效益。
　　 6.本研究對不同發(fā)酵方式下2KGA發(fā)酵的結(jié)果進行了比較。研究結(jié)果表明：
　　 6.1稀釋率0.1250h-1，葡萄糖濃度分別為9％、12％、15％和18％，在實驗濃度范圍內(nèi)，隨著葡萄糖濃度的提高，2KGA產(chǎn)率、發(fā)酵轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物濃

8、度逐步下降。葡萄糖濃度9％時，其2KGA產(chǎn)率、發(fā)酵轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物濃度為最高，分別為7.197 g/L.h、59.36％、5.758％；其2KGA產(chǎn)率高于分批發(fā)酵和補料分批發(fā)酵，但發(fā)酵轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物濃度低于后者。
　　 6.2稀釋率分別為0.0625h-1、0.1250h-1、0.1875h-1，在實驗稀釋率范圍內(nèi)，隨著稀釋率的升高，發(fā)酵轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物濃度逐漸降低，2KGA產(chǎn)率以0.1250h-1時最高。稀釋率0.0625h-1時，2K

9、GA產(chǎn)率和發(fā)酵轉(zhuǎn)化率分別為5.774 g/L.h、95.24％，均高于分批發(fā)酵和補料分批發(fā)酵。
　　 6.3半連續(xù)發(fā)酵與連續(xù)發(fā)酵表現(xiàn)出類似的結(jié)果。但在同樣的補料速率下，半連續(xù)發(fā)酵的效果顯然低于連續(xù)發(fā)酵。
　　 7通過乙氧基喹啉(Etyoxyquin，EMQ)、EN、二丁基羥基甲苯(Butylated hydroxytolueue，BHT)、2KGA鈣鹽(2KGCa)、2KGA發(fā)酵液(2KGCaF)等幾種抗氧化劑在預(yù)混合飼

10、料中抗氧化能力的研究表明：添加量為100mg/kg時，與實驗組的其它抗氧化劑相比較，EN的抗氧化能力最好，其添加量最低，且效果更顯著；其次是EMQ、BHT。雖然2KGCaF、2KGCa具有一定的抗氧化能力，但因其添加成本相對較高，目前還不能直接用作飼料中的抗氧化劑。
　　 本項研究建立了實驗室條件下的2KGA連續(xù)發(fā)酵工藝，同時證明了該工藝應(yīng)用于2KGA發(fā)酵工業(yè)化生產(chǎn)的可行性和可操作性。2KGA發(fā)酵相關(guān)產(chǎn)品應(yīng)用于飼料抗氧化劑的研究