Acetobacter xylinumNUST4.2产细菌纤维素的发酵动力学初步研究

论文摘要

细菌纤维素由于具有高纯度、高持水性、良好的生物相容性和可生物降解性等优良特性,而在在造纸、医药、生物医学工程和食品工业中具有广泛的应用。本文研究了实验室自行筛选的细菌纤维素生产菌株Acetobacter xylinumNUST4.2的发酵过程中,细菌生长的测量方法,摇瓶发酵的条件优化,发酵动力学模型,以及以气升式发酵罐初步放大Acetobacter xylinumNUST4.2发酵中通气量的影响等内容。在细菌生长的测量方法中,可先用纤维素酶降解发酵液中的细菌纤维素,释放产物中的细胞,再用比浊法测定总的细胞浓度。Plackett-Burman实验得出发酵条件中的显著影响因素依次为：温度、初始pH、装液量。响应曲面分析法优化Acetobacter xylinumNUST4.2摇瓶发酵条件中,运用Box-Behnken设计考察温度、初始pH和装液量三个主要影响因素对细菌纤维素产量的影响,得出三个因素的最佳组合值：温度28.50℃,初始pH5.86,装液量49.06ml和理论最大产量5.9994g/L,实测平均值为6.1932g／L。在此基础上,构建了Acetobacter xylinumNUST4.2发酵生产细菌纤维素过程中,菌体的非结构生长动力学模型、产物生成动力学模型和限制性底物葡萄糖消耗的动力学模型。气升罐的初步放大实验中,通气量对Acetobacter xylinumNUST4.2的生长和细菌纤维素的合成影响较大,发酵过程中应控制合适的通气量满足细菌生长需要,同时尽可能使底物的能量流向细菌纤维素合成代谢途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 细菌纤维素概述
• 1.1.1 细菌纤维素的生产菌株
• 1.1.2 细菌纤维素的结构性质
• 1.2 细胞浓度测定方法
• 1.3 细菌纤维素的发酵生产
• 1.4 细菌纤维素发酵动力学
• 1.4.1 菌体生长模型
• 1.4.2 产物生成模型
• 1.4.3 底物消耗模型
• 1.4.4 溶氧的发酵动力学影响模型
• 1.5 论文的主要研究内容和意义
• 2 细菌纤维素发酵过程中细胞浓度的测定
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 菌株
• 2.1.2 试剂
• 2.1.3 仪器
• 2.1.4 比浊计数法
• 2.1.5 MTT 比色法
• 2.1.6 实验步骤
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 比浊法测定细胞浓度
• 2.2.2 MTT 比色法测定细胞浓度
• 2.2.3 比浊计数法测纤维素酶水解后的发酵液中总菌吸光度
• 2.2.4 MMT 法测发酵液总菌浓度
• 2.2.5 Acetobacter xylinumNUST4.2 生长曲线的测定
• 3 细菌纤维素发酵的条件优化及动力学模型
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 菌株
• 3.1.2 试剂
• 3.1.3 仪器
• 3.1.4 菌浓测定
• 3.1.5 残糖测定
• 3.1.6 产量测定
• 3.2 Plackett-Burman 实验筛选重要因素
• 3.2.1 Plackett-Burman 实验设计及结果
• 3.2.2 Plackett-Burman 实验分析
• 3.3 响应曲面分析
• 3.3.1 Box-Behnken设计及结果
• 3.3.2 数据分析
• 3.4 发酵动力学模型
• 3.4.1 菌体生长模型
• 3.4.2 产物生成模型
• 3.4.3 底物消耗模型
• 4 细菌纤维素的气升罐发酵生产
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 菌株
• 4.1.2 试剂
• 4.1.3 仪器
• 4.1.4 细菌纤维素气升罐发酵生产工艺流程
• 4.1.5 菌浓测定及菌体观察
• 4.1.6 pH 测定
• 4.1.7 残糖测定
• 4.1.8 产量测定
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 三批次气升罐发酵过程参数
• 4.2.2 通气量对气升罐发酵的影响
• 5 结论
• 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录