细菌L-乳酸发酵培养基及发酵条件的优化

论文摘要

本文以原生质体融合技术选育获得高产L-乳酸菌株TL-3为出发株,经高酸、高糖驯化与筛选获得的数了株菌,并对TL-3-R-16菌株的发酵特性、培养基、发酵条件进行研究。最后在5L发酵罐上进行发酵试验,、进一步提高菌株的产酸性能。根据L-乳酸菌的特性,利用CaCO3平板反复筛选,得到16株利用葡萄糖为碳源的产L-乳酸量较高的菌株,50℃、摇床150rpm振荡培养72h,L-乳酸产量在80g／L以上。经过复筛及发酵试验,确定了一株为出发菌株,记为TL-3-R-16,L-乳酸的产量达到了106g/L,L-乳酸的纯度达到96%以上。测定了此菌株的生长曲线和在驯化培养基中pH的下降趋势。通过单因素试验,研究了不同碳源、氮源种类对L-乳酸产量的影响,最终确定了碳源为玉米糖化液,氮源为小肽和玉米浆,并进一步对其用量进行了实验,得到最适玉米糖化液浓度为葡萄糖含量160g/L,小肽10g/L,玉米浆40mL/L。在单因素试验的基础上,利用响应面分析法优化了培养基中影响L-乳酸产量的主要因素,得到了玉米糖化液、小肽、玉米浆及摇床振荡培养时间最佳组合分别为：160g／L、10g／L、5g／L,其对应的L-乳酸产量为155g/L,对结果进行验证得到L-乳酸的产量为153.8g／L,说明模型与实际情况拟合的很好。通过单因子实验对菌株TL-3-R-16的培养条件进行了优化,确定了最佳发酵方式为摇床150rpm振荡培养24h后静置培养至72h,最佳接种量为10%,最佳种龄为18h,最佳发酵温度为52℃。对TL-3-R-16菌株进行5L罐发酵,结果确定了5L发酵罐上的发酵条件为通风量180L/h,通风时间为20h,L-乳酸产量达到了125g／L,转化率达到了92.6%。发酵周期由摇瓶发酵的72h缩短到48h。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 乳酸的性质及应用
• 1.1.1 乳酸的性质
• 1.1.2 乳酸的应用
• 1.2 乳酸的生产方法
• 1.2.1 化学合成法
• 1.2.2 酶法
• 1.2.3 发酵法
• 1.2.4 乳酸生产方法的比较
• 1.3 L-乳酸生产菌株的选育
• 1.3.1 优良L-乳酸菌株应具有的特性
• 1.3.2 诱变育种
• 1.3.3 基因工程育种
• 1.3.4 原生质体融合育种
• 1.4 发酵法生产乳酸的工艺
• 1.4.1 分批发酵
• 1.4.2 糖化发酵并行式（SSF）
• 1.4.3 半连续发酵
• 1.4.4 连续发酵
• 1.4.5 细胞固定化发酵
• 1.4.6 细胞循环发酵
• 1.5 L-乳酸的研究进展及生产现状
• 1.5.1 研究进展
• 1.5.2 生产现状
• 1.6 发酵过程中培养条件的控制
• 1.6.1 温度的控制
• 1.6.2 pH的控制
• 1.6.3 溶氧的控制
• 1.6.4 补料分批发酵
• 1.7 本论文研究的主要内容、目的及意义
• 1.7.1 本论文研究的目的及意义
• 1.7.2 本论文研究的主要内容
• 2 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 菌种
• 2.1.2 实验仪器
• 2.1.3 主要试剂
• 2.1.4 主要溶液
• 2.1.5 主要培养基
• 2.2 分析方法
• 2.2.1 残糖的测定方法:3,5-二硝基水杨酸比色法
• 2.2.2 L-乳酸的测量:SBA-40C型生物分析传感仪
• 2.2.3 总酸的测定
• 2.2.4 菌体浓度的测定
• 2.2.5 L-乳酸纯度的测定
• 2.2.6 pH值的测定
• 2.2.7 碳氮比的测定
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 L-乳酸菌高产菌株的筛选
• 2.3.2 L-乳酸产生菌的发酵实验
• 2.3.3 稳定性验证
• 2.3.4 出发菌株生长曲线的绘制
• 2.3.5 出发菌株的产酸实验
• 2.3.6 成品分析
• 2.3.7 种子培养方式的确定
• 2.3.8 L-乳酸菌发酵培养基的优化
• 2.3.9 发酵条件的优化
• 2.3.10 响应面分析法优化培养基
• 3 结果与讨论
• 3.1 初始菌株的分离和筛选
• 3.1.1 L-乳酸产生菌的初筛实验
• 3.1.2 高产菌株复筛实验
• 3.1.3 TL-3-R-16在50℃培养时的生长曲线
• 3.1.4 TL-3-R-16的降酸实验
• 3.1.5 成品分析
• 3.2 种子培养方式的确定
• 3.3 L-乳酸发酵培养基的优化
• 3.3.1 不同碳源对L-乳酸发酵的影响
• 3.3.2 不同浓度初糖对L-乳酸发酵的影响
• 3.3.3 不同氮源对L-乳酸发酵的影响
• 3.4 发酵条件的优化
• 3.4.1 不同发酵方式对L-乳酸发酵的影响
• 3.4.2 摇床振荡培养时间对L-乳酸发酵的影响
• 3.4.3 先振荡后静置培养乳酸发酵过程中的降糖、产酸及菌体生长曲线
• 3.4.4 接种量对L-乳酸发酵的影响
• 3.4.5 种龄对发酵的影响
• 3.4.6 发酵温度对L-乳酸发酵的影响
• 3.5 响应面分析试验确定最佳发酵条件
• 3.5.1 试验条件分析
• 3.5.2 试验设计及结果
• 3.5.3 二次回归模型拟合及方差分析
• 3.5.4 二次拟合响应面分析
• 3.5.5 优化条件与初始条件摇瓶发酵比较
• 3.6 TL-3-R-16菌株5L罐发酵试验
• 3.6.1 通风量对L-乳酸的影响
• 3.6.2 优化条件下5L罐发酵动力学曲线
• 4 结论
• 5 展望
• 6 参考文献
• 7 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 8 致谢