产絮菌agrobacterium tumefaciens f2利用混合碳源半连续发酵制备生物絮凝剂

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1、博士学位论文产絮菌AgrobacteriumtumefaciensF2利用混合碳源半连续发酵制备生物絮凝剂SEMI-CONTINUOUSFERMENTATIONOFBIOFLOCCULANTPRODUCEDFROMMIXEDCARBONSOURCESBYBIOLFOCCULANT-PRODUCINGBACTERIUMAgrobacteriumtumefaciensF2王金娜哈尔滨工业大学2014年12月国内图书分类号：X703.5学校代码：10213国际图书分类号：628.3密级：公开工学博士学位论文产絮菌Agrobacteriumtum

2、efaciensF2利用混合碳源半连续发酵制备生物絮凝剂博士研究生：王金娜导师：马放教授副导师：杨基先教授申请学位：工学博士学科：环境科学与工程所在单位：市政环境工程学院答辩日期：2014年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:X703.5U.D.C:628.3DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringSEMI-CONTINUOUSFERMENTATIONOFBIOFLOCCULANTPRODUCEDFROMMIXEDCARBONSOURCESBYBIOLFOCC

3、ULANT-PRODUCINGBACTERIUMAgrobacteriumtumefaciensF2Candidate：WANGJinnaSupervisor：Prof.MAFangViceSupervisor：Prof.YangJixianAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：EnvironmentalScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofMunici.&Envir.Eng.DateofDefence：December,2

4、014Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要生物絮凝剂是近年来备受关注的一种无毒害、无二次污染及可生物降解的绿色净水剂，潜在的环境效益使其在水处理领域具有广阔的应用前景。目前生物絮凝剂工业化生产面临的主要问题是产量偏低及发酵方式单一。基于此，本研究以生物絮凝剂产生菌AgrobacteriumtumefaciensF2为研究对象，分析菌株生理水平对单糖的跨膜传输及磷酸化反应特性，构建葡萄糖、半乳糖、甘露糖混合碳源的产量预测模型，选取菌丝球为生物质载体固定化产

5、絮菌株F2开发新型发酵方法。首先考察了产絮菌株AgrobacteriumtumefaciensF2以葡萄糖、半乳糖、甘露糖为单一碳源时的跨膜传输特性及磷酸化反应速率。采用高效液相色谱法定量检测单糖，依据细胞反应动力学、酶促反应米氏方程、渗透系数等基本理论，考察不同初始浓度对菌株生理水平跨膜及磷酸化反应速率的影响。结果表明，在25mmol/L-150mmol/L浓度范围内，100mmol/L的跨膜传输速率最佳，发酵至18h达到最大值，单糖跨膜传输的制约因素是细胞膜载体蛋白的结合能力及胞外底物浓度；三种单糖初始浓度在10-30mmol/L条件

6、下，半乳糖磷酸化反应速率低于葡萄糖和甘露糖的数值，证明产絮菌株F2细胞中的半乳糖激酶活性低于己糖激酶；渗透系数随初始底物浓度增加逐渐降低，24h达到最大值，与各单糖跨膜传输速率是相辅相成、相互制约的整体。通过产絮菌株F2利用单一碳源葡萄糖、半乳糖、甘露糖及三种单糖的混合碳源的生长动力学分析，明确三种单糖混合发酵的最佳初始浓度为9g/L，配比为5:1:3。采用BP神经网络构建三种单糖初始浓度对应絮凝效能、絮凝剂产量的预测模型，优化所得最优解分别是葡萄糖6.59g/L、半乳糖1.32g/L、甘露糖3.57g/L，预测絮凝效能及产量最大值为96

7、.91%和2.93g/L，显著高于单一碳源发酵的产量(1.78g/L)；经柱前衍生化方法测定三种单糖混合发酵时的利用规律，结合生长曲线可知，在对数期前期，葡萄糖为菌株的主要产能碳源，在对数期后期(14-18h)及稳定期前期(18-26h)三种单糖直接合成大量絮凝剂，24h产量达最大值(2.93g/L)，这是由产絮菌株F2对单糖的跨膜传输及磷酸化反应特性决定的。计算产絮过程的碳源转化率，混合碳源发酵的菌体生物量及多糖类聚合物分别是21%和33%，远高于葡萄糖、半乳糖、甘露糖单一碳源发酵时的转化率(菌体转化率约10%，絮凝剂转化率20%左右)

8、。全部结果证明混合碳源发酵可促进菌株合成絮凝剂的产量及碳源转化率提高。以黑曲霉AspergillusnigeY3菌丝球作为载体，实现了产絮菌株F2的固定-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文化及