米根霉半连续高强度发酵生产L乳酸研究

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1、合肥工业大学博士学位论文米根霉半连续高强度发酵生产L-乳酸研究姓名：吴学凤申请学位级别：博士专业：农产品加工及贮藏工程指导教师：姜绍通20091201行拟合，对方程中关键参数求解，建立米根霉半连续发酵动力学模型，并对模型进行验证。其中首批发酵动力学模型中Xm为7．6164g／L、‰为O。1802h．1、伐为3．2631、毋为0．5980、P为1．9875、q为1．0232；重复批次发酵过程中，对初始菌体量及L．乳酸产量采用“零处理”方法，进行动力学方程求解，其中第2批发酵动力学模型中X。为8．246g／L、P-m为0．0087h-1、a为0．9610、B为0．4929、P为3．2438、q

2、为j．0326，6为98．63％；半连续发酵第2批到第10批，每批的生物量逐渐增加，菌体最大比生长速率逐渐减小，菌体重复利用效率逐渐降低但仍大于90％，最大比产物合成速率逐渐减小。验证试验表明建立的动力学模型能够很好的描述发酵过程(贬o．98)。(5)对摇瓶及发酵罐中菌体生长过程进行分析，菌丝球的形成过程为：孢子萌发成菌丝，菌丝凝聚在一起形成菌丝元，菌丝元生成具有致密菌核的菌丝球；发酵后期菌丝球内部逐渐形成中空核，且该中空核及菌丝球直径越来越大；重复利用多次的菌丝球逐渐破裂成菌片，菌片表面菌丝生长，大部分形成具有菌毛层的菌片，极少部分形成游离菌丝；菌片中心菌丝自溶衰亡形成具有中空核的菌囊；

3、随着发酵的进行，菌囊由于其内部菌丝衰亡及流体剪切作用破碎成菌片。半连续发酵液中规则菌丝球、菌片、菌囊3种不同形态的菌丝球相互转变，其中规则菌丝球百分比逐渐降低，菌片及菌囊百分比逐渐增加；它们都具有较高的L．乳酸脱氢酶(LDH)活性，共同维持了半连续高强度发酵的进行。通过石蜡切片观察发现，具有致密菌核的菌丝球菌体代谢产酸能力较强：具有中空核的菌丝球壁外缘菌体细胞代谢活力旺盛。(6)菌丝球大小对发酵强度影响比较明显，直径过大或过小的菌丝球产酸能力较低，直径为0．9～1。2mm的菌丝球，产酸能力较高，有利于高强度发酵生产L．乳酸。(7)采用CFD模拟技术对3L发酵罐内不同转速的流体动力学进行模拟

4、，建立3L发酵罐中发酵工艺的CFD调控模式：首批发酵中剪切速度范围为0．009～1．582m／s，重复批次发酵中剪切速度范围为0．009～1．192m／s；根据该控制模式，优化7L发酵罐中发酵条件，采用该优化发酵条件米根霉半连续高强度发酵生产L．乳酸20批，其中首批发酵强度为2．5l烈L·h)，重复批次发酵强度为3．58-4．01g／(L·h)；对50L放大发酵罐的CFD模拟，确定了放大发酵条件，实际50L放大发酵罐发酵试验中发酵产酸为94．56g／L。利用米根霉菌丝球半连续高强度发酵生产L．乳酸，增加了菌体利用率，节约了原材料、缩短了重复批次发酵周期、提高了发酵强度，为实现米根霉半连续高

5、强度发酵生产L哥L酸的工业化奠定了良好的基础。关键词：米根霉；L．乳酸；半连续发酵；菌丝球；动力学；CFDABSTRACTL—lacticacidisacommonlyoccurringorganicacid，whichisvaluableduetoitswideuseinf．ood，medicare，agriculture，chemicalandotherfields．Thereisalsoallincreasinginterestinitsapplicationinthesynthesisofpolylacticacid，whichCanbeusedforbiodegradablepl

6、asticmanufacturing．L-lacticacidCallbeproducedbybacteriaandfungi．Comparedtothebacteria,Rhizopusoryzaehasadvantagesincludingitslownutrientrequirements，amylolyticcharacteristicsandhi曲opticalpurityproduct．Ithasbeenrecognized罄promisingcandidateforL·lacticacidproduction．However,therearealsosomeproblemsi

7、nL-lacticacidproductionbyRh／zopusoryzae，such硒lowerproductivityofL—lacticacid，lowerutilizationratioofrawmaterial，difficultytocontrolmorphorlogyandSOon．Inthiswork，asemi-continuousfermentationofRh／zopusoryzaeAS3．819