以糖蜜为底物发酵生产韦兰胶的条件优化及其特性研究

发布时间：2020-06-12 06:35

【摘要】：韦兰胶(Welan Gum)是鞘氨醇单胞菌(Sphingomomassp.)发酵产生的一种酸性阴离子胞外多糖,具有优良的流变性、稳定性、增稠性和悬浮性,这使得它在食品、水泥和石油工业中备受青睐。然而,目前韦兰胶发酵生产还存在着传氧困难、成本高的问题。甘蔗糖蜜作为广西特色生物质资源,不仅价格低廉、营养丰富而且已在发酵工业的实际生产中得到了应用。因此,若能够利用甘蔗糖蜜发酵生产韦兰胶,实现生物质资源的高值化利用,将为韦兰胶的高效低成本生产提供科学依据。本文以Sphingomonas paucimobili FM01为出发菌株,以高效生产韦兰胶为目标,开展糖蜜预处理、培养条件优化、结构表征、流变性质等相关研究。主要研究结果如下:1.分别考察了六种糖蜜预处理方法对韦兰胶发酵的影响。其中,对糖蜜胶体、灰分、重金属元素清除效果最好的为磷酸加絮凝剂助清法,其次为活性炭结合硅藻土法。利用磷酸加絮凝剂助清法处理糖蜜发酵生产韦兰胶相较未处理糖蜜产量提高了38%。2.考察了培养基成分和培养条件对韦兰胶发酵的影响:(1)单因素优化后得到最佳营养条件:糖蜜糖浓度60 g·L~(-1),牛肉膏6g·L~(-1),磷酸二氢钾3 g·L~(-1)、硫酸镁0.5 g·L~(-1),氯化钠1 g·L~(-1)。(2)单因素实验得到最佳培养条件:摇床250r/min;装液量75mL/500mL;培养温度30℃。以此上述发酵条件进行72 h发酵验证,得到韦兰胶产量为26.31 g·L~(-1),比优化前提高了64%。3.(1)考察了四种氧载体以及H_2O_2对糖蜜韦兰胶发酵的影响,当H_2O_2浓度为15mmol/L,添加时间为48h时获得最大韦兰胶产量31.22g·L~(-1)。(2)考察了烟酸、柠檬酸、尿嘧啶对糖蜜韦兰胶发酵的影响,当烟酸添加量为4 mg· L~(-1)时,相比对照组提高了4.47%,达到了33.93 g·L~(-1);而尿嘧啶和柠檬酸均对韦兰胶合成有抑制作用。在最优条件进行72 h发酵验证,得到韦兰胶产量为37.65 g·L~(-1)。4.(1)对糖蜜韦兰胶和蔗糖韦兰胶进行结构表征,结果表明:两种韦兰胶分子键型一致;蔗糖韦兰胶四种单糖摩尔比为甘露糖:鼠李糖:葡萄糖醛酸:葡萄糖=1:33.65:3.24:21.09;糖蜜韦兰胶七种单糖摩尔比为甘露糖:鼠李糖:葡萄糖醛酸:葡萄糖:半乳糖:木糖:阿拉伯糖=1:11.17:2.83:6.88:2.17:1.04:2.27;扫描电镜显示蔗糖韦兰胶与糖蜜韦兰胶由粗长片状尾部撕裂成若干个细丝状,形成细长丝状、紧密聚集的空间结构。(2)对两种韦兰胶溶液进行流变性质研究。通过振幅扫描确定应变为10%;在15 Hz内两种韦兰胶溶液的存储模量大于损耗模量,结构稳定;在升温过程中两种韦兰胶溶液存储模量和损耗模量降低;在2%-10%氯化钠、氯化钾的条件下两种韦兰胶溶液流变性质稳定;pH 6-9范围内对两种韦兰胶溶液的剪切黏度影响不大,但在强酸强碱环境下,两种韦兰胶溶液的剪切黏度略有下降。
【图文】：

产糖量,糖料蔗,广西,糖业

因此，开发一种利用廉价碳源合成韦兰胶的生物策略是非常迫切的。逡逑蜜作为发酵底物的优势逡逑１）广西产量多、价格低廉。广西壮族自治区是我国的糖业生产基地、集散地和交逡逑，其产糖量占全国产量的６０％以上，据广西糖业发展办公室统计２０１７－２０１８年广逡逑种植面积为１１４０万亩，产糖量５６０－６００万吨，种植面积同比增长了邋５％，，产糖量逡逑长６％－９％，甘蔗涨势喜人。不仅如此，广西还建设了邋“双高”（高产高糖）糖料逡逑建设，使得基地中每吨甘蔗可以节约６０元成本，若按《糖料蔗主产区生产发展逡逑进行，在２０２０年广西糖料蔗种植成本将会节约１５０元／吨。糖蜜作为糖业的副产逡逑在广西的产量每年也能达到１．８Ｘ１０６吨以上，但价格只有３００－４００元／吨［４（）］。糖业逡逑经济的支柱产业，若将糖蜜直接应用，其附加价值低，收益小［４１］；而利用生物发逡逑蜜转化为高价值产品，不仅可以解决广西制糖产业副产物利用的问题，还可以提逡逑的附加价值，从环保和长远的角度出发，都具有可持续性。逡逑

标准曲线,果糖,蔗糖,葡萄糖

糖母液用超纯水定容至５０ｍＬ，得到的混糖浓度分别为：５、１０、２０、４０ｒｎｇ／ｍＬ的混糖逡逑标准溶液，取３邋ｍＬ各浓度标准液加７ｍＬ乙醇，针孔式０．２２邋ｐｍ水膜过滤，于液相样品逡逑瓶中。以峰面积为横坐标，以糖浓度为纵坐标，果糖、葡萄糖、蔗糖标准曲线如图２－１逡逑所示。逡逑液相色谱条件：检测器为示差检测器；色谱柱：ＺＯＲＢＡＸＮＦｂ柱（４．６ｘ２５０ｍｍ，逡逑５哗）；柱温３０°Ｃ；流动相为８０％乙腈和２０％超纯水，流速为ｌ．ＯｍＬ＇ｍｉｎ－１，进样量２０逡逑｜ｘＬ0逡逑１５逡逑
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ281;TQ920.6

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