玉米秸秆水解液发酵产微生物油脂的动力学模型研究

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1、生物工程粮油食品科技第卷年第期玉米秸秆水解液发酵产微生物油脂的动力学模型研究徐洪章，叶小金，薛冬桦长春工业大学化学与生命科学学院，吉林长春摘要：对玉米結肝水解液发酵产微生物油脂动力学进行研究，基于方程和方程分别建立了微生物油脂发酵过程菌体生长和油脂合成随时间变化的数学模型，同时对试验值与模型进行了验证比较，应用气相色谱技术对微生物油脂中的不饱和脂肪酸成分进行分析。结果表明，以玉米秸秆为原料、深黄被孢霉为菌株，好氧间歇发酵，得到生物量为油脂含量为。模型模拟计算结果与试验值能较好地吻合，该模型能较妤地反映玉米秸秆水解液发酵产微生物油脂发酵的过程。关键词：深黄被孢

2、霉；油脂；发酵动力学；模型中图分类号文献标识码文章编号：——，，：：；；；随着石油资源的日益紧缺、石油价格的不断上时开辟清洁能源再生途径。涨美国国家再生能源实验室（提出微生物深黄被孢霉是发酵生产亚麻酸（的主油脂发酵将是未来生物柴油产业和生物经济的重要要菌株，在氮源限制培养基中深黄被孢霉在表达正研究方向。许多微生物如酵母、霉菌和藻类常生长活性的同时，具有高糖摄入能力。随着发酵等在一定条件下能将碳水化合物转化为油脂贮存液中碳氮比变高其菌体中将会继续积累脂肪从而°在菌体内。。本实验以玉米秸轩水解液为培养，称为微生物油脂产油微生物资源获得油脂玉米丰富、油脂含量高、可

3、在多种培养条件下生长可利基质，深黄被孢霉为菌株，对用和转化废弃木质纤维素资源，转化为微生物油脂，秸秆水解液发酵产生物油脂动力学特性及其发酵动再醋化为生物柴油，不仅使废弃物得到合理利用，同力学模型进行研究，为生物质资源转化为微生物油脂的规模化生产奠定基础。收稿曰期基金项目：吉林省科技发展计划（长春科技支撑计划实验材料作者简介徐洪章年出生男，硕士研究生、丄通讯作者薛冬桦年出生女教授博士头验菌株为深黄被抱霉由粮油食品科技第卷年第期生物工程本实验室保藏玉米秸秆水解液由长春大成实业集：保持以速度升至保，团有限公司提供。持。实验方法数据处理微生物油脂工艺流程使用中的规划

4、求解对积分方程进行分析处菌株—活化—种子液—微生物油脂发酵—深黄理计算，通过牛顿运算法则经过次迭代，使试验值被孢霉菌悬液—离心—菌体干燥—索氏提取（和方程式预测值之间的误差平方和趋于最小。—微生物油脂。结果与分析种子培养基配制深黄被孢霉菌发酵土豆葡萄糖磷酸二氢钾在发酵培养参数优化条件实验基础上，进行发。，硫酸镁自然酵代谢过程研究，发酵周期设定为图。从发酵培养基配制图可以看出发酵为生长延迟期，菌体浓玉米秸杆水解液，硫酸铵硫酸镁度增长缓慢。发酵丨为对数期，菌丝体生长磷酸二氢钾磷酸氢二钾。迅速，还原糖大幅度下降，发酵液由初始的牛顿流体微生物油脂提取方法逐渐转变为高

5、粘度的非牛顿流体，这种变化直接影索氏法提取油脂。响发酵体系的能量和物质（氧气和基质）传递。培养方法发酵至％，菌体生物量最大值为菌丝体种子培养中油脂含量高达。微生物油脂合成和菌体生取斜面菌种一环于种子培养基中，接种，长呈部分相关。°。、震荡培养生物及醉耀口芥士丨油脂含量”）「还原糖一将种子液按接种量接人装有发酵培养■：基的发酵罐中搅拌速度为通气量一广：§发酵温度弋■：，发酵时间。分析方法：生物量测定取适量发酵液抽滤并用清水洗涤次，湿菌体于下干燥至恒重，计算发酵生物量。时间微生物油脂提取测定图深黄被抱霉发酵过程曲线利用石油醚索氏提取微生物油脂，提取时间为油脂微生

6、物发酵动力学模型建立，差重法测菌油量。深黄被孢霉菌生长模型还原糖浓度测定菌体生长动力学最常用方程有方程和采用方法一。方程。由于方程是理想化模型有微生物油脂脂肪酸分析定的局限性而方程是一，个典型的型曲”微生物油脂用甲醇钠快速甲酯化。将菌体线，能很好地反映发酵过程中普遍存在的菌体浓度一烘干，加入苯石油醚，增加对自身生长的抑制作用所以采用方程、研碎，放人具塞试管中浸提再加人溶构建菌体生长动力学模型较为合适，方液摇匀后置于水浴：，反应时间，反应结程为束后沿试管壁缓缓加入蒸馏水得到上部的有机层。仏“‘‘气质联用（色谱条件：色谱柱口温，，进样度进式中菌体浓度（发酵时间（

7、样量。，载气氮气，流速，检测器温最大比生长速率度氢气：，空气柱温对方程（积分得囫生物工程粮油食品科技第卷年第期尸⑴⑴：下沁图中微生物油脂含量试验值和模型拟合值的一⑷八“‘相关系数，翻此模型能够较好地描述，職被孢霉在发酵过程中的微生物油脂积累情况。缺土代人方程（得发酵过程中菌体生长动力学模型如下试验值拟合值门、—⑶施图中菌体生物量试验值和模型拟合值的相关■系数所选的模型反映了深黄被孢霉生长的基本情况。——‘‘■试验值「时间拟合值“图发酵过程中微生物油脂含量动力学模型值与试验数据拟合曲线模型验证为检验模型的误差在已确定的工艺参数条件下，进行微生物油脂发酵的重复实

8、验对油脂发酵的试验值与模型拟合值进行比较。图可见菌体