基于β-甘露聚糖酶发酵及应用地程放大研究

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1、天津大学博士学位论文β-甘露聚糖酶发酵及应用地程放大研究姓名：冯耀宇申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：何志敏1999.5.1摘要由D一甘露聚糖酶水解魔芋葡萄甘露聚糖的p一1，4-0一甘露吡喃糖苷键而产生的低聚甘露糖对双歧杆菌具有明显的增殖作用，被称为双歧因子。本文针对地农芽孢杆菌NK一27分批发酵生产D一甘露聚糖酶的工艺放大和动力学及其催化水解魔芋粉制取低聚甘露糖的机理与放大工程问题进行了系统研究。／在对培养基配方中原料工业化研究的基础上，采用正交设计方法考察了环境条件和培养基组分对D一甘露聚糖酶摇瓶发酵酶活力的影响．结果表明，发酵时间及其与接种量的交互作用和装液量对D一甘露

2、聚糖酶的活力影响高度显著，魔芋粉浓度及其与骨胨的交互作用对酶活力有显著影响．在最佳环境条件基础上，获得了价格低廉、适合工业应用的最佳培养基配方．重点研究了发酵的逐级放大过程，得出了对空气流量放大采用VVM相同法，对搅拌转速放大采用K。。相同法的放大准则．集中考察了6．6L自控罐中D一甘露聚糖酶分批发酵过程规律以及操作条件(如搅拌转速、通气量和温度)对发酵过程的影响，得到了6．6L罐和1000L罐发酵产酶和1OOL罐种子培养的最佳条件，并对放大过程中原料加入方式、消泡油用量和蒸汽带水量等工程问题进行了研究。+通过对D一甘露聚糖酶分批发酵过程的分析，在着重考虑魔芋粉浓度对发酵过程影响的基

3、础上，建立了菌体生长、D一甘露聚糖酶产生的动力学模型．应用实验数据采用遗传算法回归了模型参数，模型计算值与实验结果吻合良好。研究了D一甘露聚糖酶水解魔芋粉制取低聚甘露糖的逐级放大工艺过程．考察了加料方式、酶灭活条件、浓缩与干燥等工艺条件，并对水解反应的机理及产物的高压液相检测结果进行了报道．在各级放大的基础上，给出了1000L罐中的水解最佳条件。)关键词：D一甘露聚糖酶分批发酵分批水解动力学低聚甘露糖ABSTRACT3-mannanaseisanenzymecapableofhydrolyzingD-l，4·D—manno—pyranosyllinkagesofkonjacgluco

4、mannans，yieldingmanno-oligosaeeharidesthathavethemarkedeffectontheproliferationofBifidobacteria．Inthisthesis，thedynamicmodelandscale-upofthebatchfermentationprocesstoproduce13一mannanasefromBaciHuslicheniformisNK．27wereinvestigated．Themechanismandscale—upofthehydrolysisprocessfortheproductionofm

5、anno—oligosaccharidebyhydrolyzingkonjacpowderwithB-mannanasewerealsostudied．Adoptingtheindustrialgraderawmaterial，bymeansoforthogonaldesign，theinfluencesofenvironmentalconditionsandmainmediumcompositionsonB．mannanaseactivityinshakingflaskfermentationwereinvestigated．Theresultsshowedthatthemediu

6、mvolume，fermentationtimeanditsinteractionwithinnoeulumvolume．aswellastheconcentrationofkonjacpowderanditsinteraetionwiththebone．derivedpolypeptone，affectedB·mannanaseaetivityremarkably．Basedontheoptimalenvironmentaleonditions．theoptimalmediumforindustrialproductionwhichconsistedofcrudeIow-costm

7、aterialswasalsodetermined．Thestepbysteofermentationscale-upwasmainlyfocused．111eprincipleofthesameVVMandKLatothescale-uDofairflowandagitationspeedwassummarized．Thebatchfermentationprocessandtheinfluencesofoperatingparametersinclud