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低聚果糖中间试验和关键设备的设计

生庆海

  本论文主要对微生物产酶特性、酶法制取低聚果糖(FOS)优化条件、FOS的中试工艺以及相关设备的配置、以及两个关键设备进行了设计和研究:1.生产菌株的确定。通过对黑曲霉、节杆菌和米曲霉产β-呋喃果糖苷酶特性研究,确定黑曲酶的比活力在24小时,30℃培养条件下达最大为13.05,但此时产酶量较小,在72,30℃培养条件下酶活达12.59u/ml,且酶产率最高。通过显微镜和电镜观察,该菌株具有典型的黑曲霉特性,一般生长3天后,可出现明显的黑色孢子覆盖在培养基表面。2.培养基优化条件的确定:(1)蔗糖为该菌株的最佳碳源、且具有诱导作用。有机氮比无机氮效果略优。(2)二次回归正交旋转组合实验设计证明X1(蔗糖%)、X2(蛋白胨和硫酸铵%)、X3(MgSO_4+FeCl_3%)、X4(培养时间hr)为影响酶产率的主要因素,其它影响因素可忽略。四个因素对酶产率的影响大小依次为:培养时间(X4)>蛋白胨和硫酸铵(X2)>蔗糖(X1)>MgSO_4+FeCl_3(X3)。(3)通过试验得出各主要因素对酶产率影响的有效模型:Y=53.483+2.792X_1+1.117X_2+1.358X_3+5.342X_4+2.123X_1~2-0.788X_1X_2+2.085X_2~2-1.763X_2X_4+1.910X_3~2+1.898X_4~2在试验范围内,相对较高的蔗糖浓度和较长的培养时间有利于酶产率的提高。(4)优化后的培养基配方为:蔗糖(6.0%)、蛋白胨和硫酸铵(0.35 & 0.35%)、硫酸镁和氯化铁(0.034 & 0.034%)、最佳培养温度为30℃,最佳pH为7.0左右,培养时间(67hr)。在此条件下,可获得100mg/ml以上的酶产率。3.饱和实验设计确定菌体与海藻酸钠溶液混合比例定为1∶1,海藻酸钠溶 液浓度定为2%。上述条件下固定化后酶活力仍保持原活力的84.5%,达851U/g。上述条件下固定化菌体酶的半衰期为273.5小时。4.固定化菌体酶生产FOS的原料配比为:蔗糖50%,MgSO_4 0.05%,30℃条件下,加入4%的该固定化菌体酶反应,经反应48小时后,HPLC法测得FOS含量为43.5%。5.发酵罐生产FOS试验研究 (1)进行了小规模的30L发酵罐生产FOS试验研究,在温度30℃、pH=7.0、搅拌速率(200rpm)、通气量0~24hr时1:0.5v/v/min,24~48hr时1∶1v/v/min,48~72hr:1.2v/v/min的条件下,经固定化后酶活力可达942u/g,兼顾浓缩工艺、生产周期和较高的博士学位论文低聚果糖中间试验及其关键设备的设计2000年5月 东北农业大学FOS%t.最后确定的蔗糖浓度为扣叽。酶添加量孤的反应周期为H小时、R石含量达硼.%,高于嗯咖一级品要求。(2)进行了1000L发酵罐的中试生产实验。进行了培养基配方的改进,采用正交实验设计确定的较合适培养基配比为:蔗糖矾,麦芽汁0.%,蛋白陈0.拙。培养基固含量在7.双左右,盼接种量,通气量为:G24llr时1:0.SV/v/Inin,Zwt hr时1:Iv/v/min,48 hrde终点1:1.Zv/v/min,该培养基产酶活力可达1000u/g,以上,比原来培养基产酶活力(942[J/g)提高SWelCh。笆的温度为30oC,反应48 ’J\时。试验结果o含量达到50.叽。6.Fds的检测门)确定采用 LC—4A高效液相色谱仪,RID—6A示差检测器,C—R6A数据处理机,折光检测器灵敏度为xs,柱:Bio-rad.丑@趾PakL6.smmx3the流动相:乙睛:水=70:30,流速:IITlljIYllrl的条件下,高效液相色谱法检测y的时间只有20分钟/个样品,且结果精确。(2)确定岛津 GC-7AG型气相色谱仪(附带 CEIB自动分析仪)。玻璃柱:0.4mm X1.2m固定相:S山口刀出OV 17上海试剂厂:于350℃下30rll.-ra----------氮气下老化12小时。柱温:120’C(0 Inn)-340’C(4 nun);升温速度 10t/Inn;汽化室和检测器温度350℃一ID H尿ml/——;N印mVInln;N历皿切1/mjn;灵敏度10:衰减1门6;纸速2.SInln/ min。也可较准确地检测n石。同时对用化学法间接测定 o进行了研究。7.比较了Lineweaver--BUrk双倒数作图法,HaneS-Woif法,WooMpeolslze法对 r和 Vin进行求解的结果,最后采用 milkinson数据处理方法求KIn和伽。WoiAwin-Holktee法与Wilkinson法的结果最为接近,Wilkinson法的结果最为可信。Wilkinson法测的该黑曲霉的p-吱哺果糖若酶(E.C.3.2.126)的凡=0 0607M460.7 fnM;Vin= 0.505 IIWelllin。8该中试厂的年产量按100吨设计,规模较小,故以一个车间的形式对中试厂进行了设计,绘制了车间即该中试厂的平面布置规划图。9 对e产品的质量标准进行了规定,并对其生产工艺进行了设计,对相应物料平衡及蒸汽量进行了计算,同时结合中试厂的规模,对相应的设备进行选型与配套。10?……   
[关键词]:低聚果糖(FOS);黑曲霉;β-呋喃果糖苷酶;固定化;球磨机;造粒机;发酵罐;中间试验;FOS检测
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:东北农业大学2000年