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普魯蘭多糖在土豆澱粉廢水中的發酵條件研究


摘要: 普魯蘭多糖是一種具有重要應用價值的微生物胞外多糖。澱粉廢水是加工澱粉過程中不可避免的一種產物,成分複雜,營養豐富。利用澱粉廢水作為碳源製得普魯蘭多糖,不僅使多糖的生產成本降低,變廢為寶,還會減少環境汙染。
普魯蘭多糖是微生物胞外多糖中具有重要應用價值的一類多糖,具有很好的成膜、成纖維、阻氣粘接性,而且無毒、易加工。已被廣泛地應用於食品、醫藥、輕工、化工和石油領域。
澱粉廢水是生產重要工業原料澱粉時不可避免的副產物,每年的產量大約2400萬噸。這些廢水中主要含有溶解性澱粉、少量的蛋白質、有機酸、礦物質及少量的油脂,若將這些廢水直接廢棄排放,不僅帶來嚴重的環境問題,也是自然資源的巨大浪費。
利用土豆澱粉廢水做為碳源發酵普魯蘭多糖的報道已有很多,以前的發酵工藝中均采用酶對澱粉進行水解,水解步驟有一步法或兩步法。本研究在不用酶水解澱粉,且發酵培養基簡單化的情況下,確定發酵條件,使達到較高的轉化率。

1 材料和方法
1.1.1菌種和培養基
菌種出芽短梗黴由本實驗室提供。
1.1.2實驗儀器
HVE-50全自動高壓蒸汽滅菌器,恒溫生化培養器(上海醫療器械一廠),淨工作台(蘇淨集團安泰公司),LDHZ-600型冷凍恒溫震蕩器(江蘇太倉市實驗儀器廠)。
1.2發酵和提純普魯蘭多糖
將瓊脂斜麵上的菌種轉接到250ml錐型瓶中,裝液量為100ml,恒溫 28℃、轉速150r/min。培養60h得種子菌液。以30%體積比將種子菌液轉接到500ml錐型瓶,裝液量250ml,28℃下轉速為150r/min培養,每12h取出培養液測菌體生長和多糖的產量。
120h後,取發酵液離心去除菌絲體和不溶解物質,在上層多糖清液中加入兩倍體積的無水乙醇,在4℃條件下靜置過夜使其充分沉澱,後離心沉澱。沉澱物用丙酮、乙醚衝洗,菌絲體和沉澱物在50℃恒溫下烘幹。

2 結果與討論
2.1 psw 做碳源的優點
分別用食用澱粉、工業澱粉、可溶性澱粉、葡萄糖、蔗糖及psw做碳源生產普魯蘭多糖。
2.1.1 降低生產成本
從以上實驗結果可以看出,psw做碳源時轉化率明顯高於其他碳源。在用其他碳源時,培養基中酵母浸膏是不可缺少的營養源,他富含氨基酸、蛋白質、維生素B、及一些礦物鹽,這些對生物的生長及新陳代謝都有積極的作用。但是用酵母浸膏作培養基生產普魯蘭多糖的成本太高。
psw含有溶解性澱粉、少量的蛋白質、有機酸、礦物質及少量的油脂,用他直接做碳源時,可以替代酵母浸膏的作用,且使發酵培養基組成簡單化,有利於降低生產成本。
2.1.2 簡化發酵工藝
用任何澱粉做碳源必須先在酸性條件或各種酶作用下,經水解後加入培養基中才可以得到較好的轉化率。根據psw 的特點,不需酶水解可直接生產普魯蘭多糖,而且轉化率達到68.3℃,說明用未水解的psw做碳源是可行的。
2.2 在 psw 中出芽短梗黴的生長曲線實驗
結果表明,該菌在48h內菌絲體生長較慢,之後進入對數期,菌絲體含量迅速增加,到96h菌絲體生長趨緩。而發酵液中的多糖含量在36h內迅速增加到2.31g/L之後,緩慢增加到10.24g/L,120h後多糖含量開始回落。因此,120h左右為該菌在psw 中的發酵時間。
2.3發酵條件對出芽短梗黴在Psw中生長及多糖轉化率的影響
2.3.1初始ph對出芽短梗黴在psw中生長及多糖轉化率的影響
調節培養基的初始ph分別為:5.0、5.5、6.0、6.5、7.0。在28℃,轉速為150r/min,培養120h,觀察菌株的生長情況並測定發酵液中的多糖轉化率。在不同的初始 B( 下,菌株的生長情況存在較大的差異,當Ph=6.5時,多糖轉化率達到68.3;,因此出芽短梗黴在Psw中發酵培養初始Ph為6.5。
2.3.2溫度對出芽短梗黴在Psw中生長及多糖轉化率的影響
將菌株接種於培養基中, 觀察菌株的生長情況並測定發酵液中的多糖轉化。溫度對該菌的生長影響顯著,當溫度在25℃-30℃,該菌生長旺盛,發酵液中的多糖轉化率較高,當溫度為28℃時,多糖轉化率。而當溫度達到35℃以上時,該菌生長緩慢,多糖轉化率變低。因此28℃是出芽梗黴在Psw中發酵培養的適宜溫度。
2.3.3通氣量對出芽短梗黴在 psw 中生長及多糖轉化率的影響
將菌種接種於培養基中,在溫度為28℃,轉速為80r/min、120r/min、150r/min、180r/min、200r/min的冷凍恒溫振蕩器中培養120h,觀察菌株的生長情況並測定多糖轉化率通氣量對該菌的影響較顯著,轉速低時,菌絲球較大;轉速高時,菌絲較小且不規則。當轉速大於150r/min 時,多糖轉化率基本保持不變。因此在發酵培養過程中選擇轉速為150r/min。

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