木糖醇生产菌株的筛选及工艺优化

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木糖醇是一种低热量的戊糖醇,在自然界中分布广泛,蔬菜、水果、蘑菇等中都有发现。同时也是人体糖类代谢的一种中间代谢产物,每天正常的新陈代谢产生5-15g的木糖醇。近年来,由于其高甜度、低热量和防龋齿的特性,已引起人们的重视。当今,木糖醇的规模化生产主要是在镍的催化下木糖加氢还原制造,成本相对较高,生产安全性差,而微生物生产木糖醇成本低、工艺条件温和,已经引起人们的关注。目前,由于缺乏高效率生物转化木糖生成木糖醇的优良菌株,制约了微生物发酵法生产木糖醇技术的产业化进程。因此,获得优良菌株、优化发酵工艺控制仍是生物转化木糖醇生产研究的重点。本文以木糖为唯一碳源从土壤中筛选得到可以耐受高浓度木糖的菌株,再经过复筛得到一株高产木糖醇的酵母菌株Y-9。经HPLC和红外扫描分析,菌株Y-9发酵木糖的主要产物为木糖醇,木糖转化木糖醇转化率达60%左右。根据菌体的形态特征,生理生化试验及26SrDNA序列测定,初步确定目的菌株为热带假丝酵母,将其命名为Candida tropicalis Y-9。对菌株Candida tropicalis Y-9发酵生产木糖醇的培养基成分和培养条件进行了单因素优化,在单因素优化的基础上,采用响应面法对产木糖醇的发酵培养基进行进一步的优化。确定了影响菌株Candida tropicalis Y-9摇瓶发酵生产木糖醇的主要因素为酵母膏、硫酸铵、硫酸锌,并得到这3个因素的最佳浓度。通过单因素实验和响应面法优化得到的最佳培养基组分为:木糖200g/L、酵母膏4.3g/L、玉米浆10ml/L、(NH4)2SO43.0g/L、ZnSO40.1g/L、MgSO40.2g/L,摇瓶最佳发酵培养条件为:温度30℃、初始pH6.0、装液量40mL/250mL、接种量4%、转速180r/min。在最终的优化条件下,菌株Candida tropicalis Y-9摇瓶发酵96h,转化率达80%,木糖醇生产率达163g/L。在摇瓶发酵优化条件基础下,对菌株Y-9进行了5L发酵罐分批发酵。在5L发酵罐的发酵条件为:装液量3.5L、初始pH6.0、发酵温度30℃、空气压力0.05MPa,经过两级发酵法条件研究最后确定搅拌转速前18h为500r/min,18h后为300r/min培养时间96h,最后得到木糖醇产率达165g/L左右,转化率达到80%以上。并在5L发酵罐上,对木糖醇分批发酵动力学进行了初步研究,建立了菌体生长、产物形成和底物消耗的动力学模型,拟合模型能够较好地反映菌株Y-9分批发酵生产木糖醇的过程。
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