铜绿假单胞菌产鼠李糖脂发酵条件优化与产物性质研究

发布时间：2020-10-12 07:54

　　 鼠李糖脂是一种高效生物表面活性剂,可以显著降低界面表面张力,具有良好的乳化性,可促进疏水底物(烃类、油脂类)降解,且其毒性较低,具有高生物降解性及环境友好的特性,在海洋原油污染的修复中具有广阔的应用前景。本文主要开展铜绿假单胞菌发酵产鼠李糖脂的研究,通过摇瓶实验优化培养基及发酵条件,在此基础上进行了 7.5L发酵罐的放大发酵试验,确定了较优的发酵条件,建立小罐发酵动力学模型,并对产物的理化性质进行了研究,主要研究结果如下:通过单因素实验确立了以玉米油为碳源,硝酸钠为氮源,磷酸氢二钠:磷酸二氢钾(3:2)为磷源的基础培养基,通过Plackett-Burman设计筛选出影响鼠李糖脂产量的三个显著因素:氮源浓度、磷源浓度和接种量,利用最陡爬坡实验确定响应面分析的中心点,最后通过响应面分析法对显著影响因子进行建模分析,确定最佳的培养基配方为(g/L):玉米油50.0;NaNO37.15;Na2HPO44.99;K2HPO43.32;MgSO4·7H2O0.4;CaC120.01;微量元素溶液4mL/L(微量元素溶液组成:FeSO4·7H2O 18g/L、ZnSO4·7H2O 3.0g/L、MnSO4·2H2O 3.0 g/L),调节 pH 为 7.0,接种量为2.71%。在此条件下,鼠李糖脂产量为49.386 g/L,是优化前的4.74倍。在前期摇瓶实验的基础上,进行了 7.5L发酵罐的发酵试验,在发酵温度为30 ℃、搅拌转速为400r/min、通气量为3L/min的条件下,鼠李糖脂可达最高产量38.129g/L,达到最高产量所需的发酵时间为96h附近,比摇瓶发酵缩短了12个小时。通过发酵过程中发酵液的pH和溶氧变化得出,铜绿假单胞菌在氧气充足和弱碱性条件下产脂率较高。以Logistic、Luedeking-Piret等方程为基础,建立铜绿假单胞菌Zsl在发酵过程中菌体生长、产物合成和底物消耗的动力学模型,三个方程的拟合效果良好,可以很好模拟发酵过程,对未来进一步优化小罐发酵方法具有一定的指导意义。对发酵产物进行分离提纯获得褐色膏状的鼠李糖脂粗提物,该鼠李糖脂粗品的CMC值为0.116 g/L,在CMC时的表面张力为29.12 mN/m,优于化学表面活性剂SDS。在极端盐度、温度和酸碱条件下,鼠李糖脂的表面张力值都要低于SDS。盐度和温度对鼠李糖脂粗品的表面张力影响不大,在极端酸性条件下(pH=2),表面张力略有上升,但总体上而言该鼠李糖脂粗品在极端条件下具有较好的稳定性。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ920.6;TQ423
【部分图文】：

前最为常见的鼠李糖脂结构；１９７１年鉴定得到鼠李糖脂＾（Ｒｈａ－Ｑｏ－ＣＫＯＰＡ单糖??双脂结构；１９８５年鉴定得到鼠李糖脂Ｒ３（Ｒｈａ－Ｒｈａ－Ｃ１（）），双糖单脂结构和鼠李糖脂??Ｒ４（Ｒｈａ－Ｃｕ））［３３］，单糖单脂结构。这四种基本的鼠李糖脂结构如图１－１所示［３４］。其??中鼠李糖脂Ｒ１具有较低的临界胶束浓度（ＣＭＣ）和较高的亲水亲油平衡值［２９３［３５］。??４??

研究鼠李糖脂的最佳模式菌种为铜绿假单胞菌［５１］，其具体的合成过程由??Ｂｕｒｇｅｒ等人在１９６３年通过放射性同位素标记法研究得出［５２?］。随后由??Ｓｏｂｅｒ６ｎ－Ｃｈｄｖｅｚ［５３］、Ｒａｈｉｍ［５４］等人进行更新和完善，具体的合成途径见图１－２。??￣￣＾??偏／?Ｆａｌｔ＼?ａｃｉｄ?＇??ｎｏｖｏ?ｖ＼?ｎｔｌｉｆｉｄ％??！?ＡＩｇ＜?＼??Ｉ?ＦＣ?５．４．２?２??＿??▼?、?／?Ｑｕｏｒｕｎｉ?ｘｅ？＼ｉｒｉ２?ｔｉｗｔ＾ｏｈ－ｘ?＼?ｒ?：??＼?Ｃ－ＨＳＬ???＼ｃ、ｉ＇Ｖ．Ｐ??ＲｉｕｌＡ??ＦａｈＦ?ＦａｈＢ??１?ｒ?＼?丨?丨??ｉｆｒ｛．＃▲！．＞：病紙狀．?＼、：?４！Ｓ！?ｃａｒｒｉｅｒ?ｆ？ｒｗｉｖｉｎ??＇?＼?＾，Ｓｓ＾?ｖＴ？ｔｈａｗｌＩ??，Ｍ?＼??７＾￣＾?Ｎｄ〇，ｗ＇ｋＶＴ??慰小？?ｉ－，ｖｖｗ．＊＜ｋｗ小此ｕ”?＇?广二：二：一厂—二二二：一二?＇？■ｖｊ?Ｋａｂ（；ｔＫｌｉｌ（；？＞??：＼?，?ｙ?｜．．ｋ＃椋浚幔悖?欤崳姲耍牐剩??丨??ＪＪ３?丨：徽■一祕卜?Ｔ??．ｔ！７Ｔ）ｒ－．“，？，、．＜ｆｌｗ－孔．＊?＂．＇“?：＼?ＫｈＵ??？ｎ＾Ｉ?｜？?ｎ＞?一ｔ?？…???？?ｒｌｕｍｎｏ＾ｌ－??Ａｉ＾ｉａａａｓｉ＾??：ｖ：?▼?Ｔｃｈａｒｎ?＼??ａｌ）；ｕｉｉｉ＾Ｊ（ＨＡ＼ｉ?：??

图２－１发酵时间对Ｚｓｌ菌株产鼠李糖脂的影响??Ｆｉｇ．２－１?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ?ｔｉｍｅ?ｏｎ?ｒｈａｍｎｏｌｉｐｉｄ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｚｓｌ??由图２－１可以看出，在０？１０８?ｈ期间，鼠李糖脂产量随发酵时间增长，尤其??是从３６？１０８?ｈ期间，大量产脂，由不到产量０．４?ｇ／Ｌ，增长到１０?ｇ／Ｌ，在１０８?ｈ??后，鼠李糖脂产量趋于稳定，随着碳源、氮源等的消耗，铜绿假单胞菌开始分解??利用鼠李糖脂，因此产量略有下降。??在发酵前期，铜绿假单胞菌处于生长阶段，且碳源和氮源等营养物质充足，??主要用于菌体增值，这个阶段几乎不产脂。在发酵中期，菌体生长处于对数期，??这个时期不仅菌体生长迅速，产物合成也十分迅速，因此大量产脂。在发酵后期，??由于碳源等营养物质的消耗，产脂速率有所下降，直至停滞，甚至由于被分解利??用而负增长
【参考文献】

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本文编号：2837870