凝胶多糖发酵过程搅拌桨组合模式的优化与应用

发布时间：2020-11-07 17:52

　　 凝胶多糖具有独特的成胶和免疫增强特性,在食品、医药、水养殖等领域应用广泛。凝胶多糖发酵液是一种高粘性流体,随着凝胶多糖含量的增加其发酵液粘度急剧增加,发酵过程中混合与传质效率极大地限制了多糖的合成速率。为了改善发酵体系的混合与传质效率,本文对凝胶多糖发酵过程中搅拌桨的组合模式进行了优化与应用。首先利用不同粘度凝胶多糖溶液进行冷模实验,研究了 3RT(三层桨均为六平叶径流桨)、RT+2WHD(底层桨为六平叶径流桨,上两层桨为四梅花下压桨)、EG(底层桨为门式桨,上层桨为椭圆桨)、RT+E(底层桨为六平叶径流桨,上层桨为椭圆桨)、RT+DHR(底层桨为六平叶径流桨,上层桨为双螺带桨)五种桨型组合在反应器中的传质和混合特性。结果表明:低粘度的凝胶多糖溶液中,在消耗相同功率条件下,小桨叶组合(3RT、RT+2WHD)和RT+E组合产生的整体气含率大于大桨叶组合(EG、RT+DHR)产生的气含率,但随着凝胶多糖溶液粘度的增加,各桨型组合间气含率的差异逐渐减小。功率消耗相同时,小桨叶组合的体积氧传质系数较大传质效果较好,但是混合能力较差,而大桨叶组合的混合效果较好,但是传质能力较差,RT+E组合可实现较好的混合性能与传质能力。其次,利用不同桨型组合进行凝胶多糖发酵实验。发酵实验结果与冷模模拟实验结果相符,即在相同功率消耗条件下,RT+E搅拌桨组合模式的混合传质效果最好,凝胶多糖产量最高为37.02 g/L;3RT因混合效果差多糖合成速率慢,RT+2WHD和EG因传质条件差限制多糖合成;RT+DHR组合传质效果最差,凝胶多糖产量最低仅为23.97 g/L。在此基础上研究了发酵过程中转速对传质与混合的影响,发现3RT的转速为500r/min时,传质条件已经能满足需求,增加转速对最终多糖产量影响较小;RT+E的转速从400 r/min升高到500 r/min时,混合和传质条件显著改善,多糖产量提高了 13%;而RT+2WHD的转速由550r/min上升到650 r/min时,传质系数增大但仍处于氧限制条件,最终凝胶多糖产量提高 9.6%。最后,通过优化RT+E桨型组合设计增强了发酵液中的混合与传质效率,在此基础上对以葡萄糖为碳源的凝胶多糖发酵过程进行优化,通过葡萄糖连续流加的策略控制发酵液中葡萄糖含量不超过20 g/L,有效降低高浓度葡萄糖对凝胶多糖合成的抑制,与批培养工艺相比,最终优化后凝胶多糖产量增加了 44.4%。不同桨型组合的对凝胶多糖发酵的混合与传质特性研究与工艺优化性能评价,为进一步的工业放大设计提供了理论依据。
【学位单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ920.1
【部分图文】：

大量用于菌体繁殖，生物量不断积累；第二阶段，菌体代谢途径发生改变，更多??葡萄糖流向凝胶多糖合成［１３］。凝胶多糖在胞内合成，之后又被分泌到细胞外［１４］。??以葡萄糖为底物合成凝胶多糖的详细过程如图１．２所示，整个反应过程大致如下：??在己糖激酶的作用下一分子葡萄糖转化为一分子的６－磷酸葡萄糖，６－磷酸葡萄糖??又在葡萄糖磷酸变位酶的催化下生产一分子１－磷酸葡萄糖，随后，１－磷酸葡萄糖??在ＵＴＰ－葡萄糖焦磷酸化酶的作用下合成生成凝胶多糖的关键前体物质ＵＤＰ－葡??萄糖，ＵＤＰ－葡萄糖又在多种酶的作用下聚合形成凝胶多糖［１５１。??

Ｇａｔｅ?ＤＨＲ?ＷＨＤ??ＲＴ：六平叶圆盘涡轮径流桨?Ｅｌｌｉｐｓｅ：椭圆桨?Ｇａｔｅ：门式奖??ＤＨＲ：双螺带桨?ＷＨＤ：四梅花下压桨??图２．１实验所用搅拌桨型式??Ｆｉｇ．４．２?Ｉｍｐｅｌｌｅｒｓ?ｇｅｏｍｅｔｒｉｅｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ??

通气比和单位体积消耗功率对气含率的影响不同。为了进一步研宄不同桨型??组合条件下气含率的差异，分别研宄了通气比为０．５?ｗｍ和１．０?ｗｍ时整体气含??率随单位体积功率变化情况，结果如图３．３。从图３．３中可以看出在低通气比和??低单位体积功率消耗条件下，搅拌桨桨型对气含率的影响较小，但随着通气比和??功率消耗的增加，搅拌桨桨型对气含率的影响逐渐增大。从图３．３中可以看出不??论在高通气比条件下还是低通气比条件下，ＥＧ组合的整体气含率都是最大的，??这是因为整体气含率主要与桨叶剪切速率和反应器内的气体循环有关，在较高单??位体积功率消耗条件下，ＥＧ桨可以充分将气体分散，并且具有较好的液体循环??效果，测试液中气泡的停留时间较长，所以整体气含率较高。??０．１２－，??０．１２－．???３ＲＴ???．?ＥＧ??０．１０－?０．１０－??＾００８＂?ａ－＾０．０８－??：：：?Ｚ＾??０．０２－??■??０?１?２?３?４?５?６?０．０?０．５?１．０?１．５?２．０?２．５?３．０?３．５??Ｐｇ／Ｖ?（ｋＷ／ｍ３）?Ｐｇ／Ｖ?（ｋＷ／ｍ３）??０．１２－
【参考文献】

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本文编号：2874283