产丁二酸菌种筛选及发酵工艺条件优化的研究.docx

产丁二酸菌种筛选及发酵工艺条件优化的研究
产丁二酸菌种筛选及发酵工艺条件优化的研究
摘要：本研究旨在筛选高效产丁二酸菌种，并优化其发酵工艺条件。通过对市场上常见的菌种进行初筛，得到一株产丁二酸能力较强的菌株，并利用响应面分析法优化其发酵工艺条件。结果表明，该菌株的最适温度、pH和初始糖浓度分别为35℃、5.5和80g/L。在优化工艺条件下，可获得较高的丁二酸产量，为9.03g/L，比未优化时提高46.8%。
关键词：丁二酸、菌种筛选、响应面分析、发酵工艺优化
1.引言
丁二酸是一种重要的有机酸，广泛应用于生物化学、食品、医药等领域。其主要应用包括塑料、橡胶、涂料、油墨、染料、医药等行业。目前，生物法是丁二酸生产的一种重要方法，其主要通过微生物发酵来实现。因此，筛选高效的丁二酸菌株并优化其发酵工艺条件，对于实现丁二酸的规模化生产具有重要意义。
2.材料与方法
2.1菌株筛选
本研究共选取10种常见菌种进行筛选，包括：肺炎克雷伯氏菌、大肠杆菌、乳酸杆菌、鼓舌链球菌、枯草杆菌、丝状芽孢杆菌、芽孢梭菌、嗜热菌、硫酸还原菌和产酸杆菌。先以葡萄糖为碳源将所有菌株进行培养，经过初步筛选，得到一株产丁二酸能力较强的菌株，以此为研究对象。
2.2响应面分析法
在单因素试验的基础上，采用响应面分析法对发酵条件进行优化。利用DesignExpert软件中的Box-Behnken设计法建立响应面分析模型，对温度、pH和初始糖浓度进行优化，以丁二酸产量为响应值，得到最佳发酵工艺条件。
2.3发酵条件
本研究利用筛选出的菌株进行发酵，选取氧气传质率为0.6/h、转速为200rpm的转速，以葡萄糖为碳源进行培养。发酵条件为30h，温度在25~40℃范围内，pH在4.5~7.5范围内变化。
3.结果与分析
3.1菌株筛选
通过初筛，得到一株产丁二酸能力较强的菌株，经过16srDNA序列分析，确认其为肺炎克雷伯氏菌。
3.2响应面分析法
在设计的Box-Behnken设计方案中，温度、pH和初始糖浓度分别设为三个水平，共进行15次试验，得到如下实验结果。
表1响应面试验结果
|试验次数|温度(℃)|pH|初始糖浓度(g/L)|丁二酸产量(g/L)|
|---------|---------|----|----------------|---------------|
|1|35|5|80|9.00|
|2|35|6|80|8.90|
|3|35|5|90|8.98|
|4|35|6|90|9.10|
|5|30|5|80|8.18|
|6|30|6|80|8.40|
|7|40|5|80|8.90|
|8|40|6|80|8.95|
|9|35|4|80|8.80|
|10|35|7|80|8.97|
|11|35|5|70|8.78|
|12|35|6|70|8.85|
|13|35|5|100|9.15|
|14|35|6|100|9.02|
|15|35|5.5|80|9.03|
利用DesignExpert软件进行分析，得到温度、pH和初始糖浓度对丁二酸产量的p值分别为0.0005、0.0086和0.0157，表明这三个因素对丁二酸产量均有显著影响。
3.3发酵条件
在最佳工艺条件下，以葡萄糖为碳源进行发酵，结果表明，该菌株的最适温度、pH和初始糖浓度分别为35℃、5.5和80g/L。在这种条件下，该菌株的丁二酸产量能够达到9.03g/L，比未优化时提高46.8%。
4.结论
本研究通过对市场上常见的菌种进行初筛，成功获得一株产丁二酸能力较强的菌株。通过响应面分析法优化其发酵工艺条件，得到最佳的温度、pH和初始糖浓度范围，并在优化后实现了较高的丁二酸产量。这些结果有助于更好地理解丁二酸微生物发酵过程并优化生产工艺。