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盐霉素发酵过程优化与放大研究

作 者: 张鹏伟
导 师: 储炬
学 校: 华东理工大学
专 业: 微生物学
关键词: 盐霉素 发酵工艺优化 流加策略 计算流体力学
分类号: TQ929
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要


盐霉素(salinomycin)是聚醚类动物专用抗生素(polyether antibiotic),作为禽用抗球虫剂在世界范围内得到普及。由于其高效、广谱、低耐药和低残留等特性,而同时期代谢产物对植物和土壤中的微生物无不良作用,在土壤中降解快,对环境无任何负面影响等特点得到养禽业的认可。鉴于盐霉素发酵中耗油量大,成本过高的问题,本论文进行盐霉素发酵培养基和培养条件研究,优化到一个新型的盐霉素配方和培养工艺。首先通过单因子试验、正交试验、PB试验和中心组合试验筛选到一个新的培养基配方,其效价比原有培养基配方效价平均高出20%,油的用量降低20g/L。新的培养基配方如下:糊精45g/L,玉米浆6g/L,黄豆饼粉3g/L,氯化钾3g/L,硝酸铵3g/L,磷酸氢二钾0.4g/L,豆油100g/L,碳酸钙1g/L。培养条件是:接种量10%,pH值7.0,摇床转速为250r/m,培养10d。在小试50L发酵罐进行多次试验确定了影响盐霉素生物合成的两个重要因素:溶解氧浓度(Dissolved oxygen, DO)和残糖浓度。DO浓度在40%左右和残糖浓度<6g/L时适合菌丝细胞合成盐霉素。中试2m3发酵罐试验确定了补料策略,而且建立了一种控制菌丝细胞浓度和泡沫的方法。补料策略是:在残糖浓度降低到30g/L时开始流加豆油,使CO2释放速率(CO2 elution rate, CER)达到最大值;补料速率控制策略如下,发酵前100h补料速率为8g/L/h,之后补料速率控制为5g/L/h;在pH值控制方面,发酵前期利用氨水调节pH,当细胞生物量达到40%以后利用NaOH调节pH,维持pH在5.8左右,这样可以使氨基氮控制在合适的范围。发酵过程合适的生物量不但可以增加盐霉素合成速率,还可以提高发酵液粘度,防止泡沫的产生。在生产上对新工艺进行放大时,发现大生产发酵罐上物质混合存在问题,通过计算流体力学分析(CFD)进一步证实30m3发酵罐发酵液中存在氧和营养物质分布不均一问题,需要对发酵罐搅拌系统做进一步设计和改进。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章 文献综述  9-16
  1.1 盐霉素(SALINOMYCIN)概述  9-13
    1.1.1 盐霉素物理化学性质  9
    1.1.2 盐霉素作用  9-11
    1.1.3 盐霉素作用机理  11
    1.1.4 盐霉素的生物合成  11-13
  1.2 盐霉素研究现状及前景  13-15
  1.3 本课题研究意义和内容  15-16
    1.3.1 本课题研究意义  15
    1.3.2 本课题研究内容  15-16
第二章 材料与方法  16-19
  2.1 出发菌株  16
  2.2 培养基  16
    2.2.1 斜面培养基(g/L)  16
    2.2.2 摇瓶种子培养基(g/L)  16
    2.2.3 摇瓶发酵培养基(g/L)  16
    2.2.4 种子罐培养基(g/L)  16
    2.2.5 发酵罐培养基(g/L)  16
  2.3 培养方法与菌种筛选  16
  2.4 实验分析测定方法  16-18
  2.5 主要实验仪器与设备  18-19
第三章 盐霉素发酵培养基的优化  19-36
  3.1 引言  19
  3.2 摇瓶工艺的优化  19-25
    3.2.1 碳源的优化  19-20
    3.2.2 氮源的筛选  20-23
      3.2.2.1 有机氮源的筛选  20-22
      3.2.2.2 无机氮源的筛选  22-23
    3.2.3 无机盐和微量元素筛选  23-25
  3.3 响应面分析法优化盐霉素发酵条件  25-35
    3.3.1 Plackett-Burman试验  26-28
    3.3.2 中心组合试验  28-29
    3.3.3 响应面分析  29-32
    3.3.4 验证性试验  32-34
    3.3.5 分析讨论  34-35
  3.5 本章小结  35-36
第四章 盐霉素发酵调控策略  36-51
  4.1 引言  36
  4.2 小试(50L发酵罐)发酵工艺优化研究  36-41
    4.2.1 发酵中菌体形态变化  36-38
    4.2.2 50L发酵罐发酵过程优化  38-41
  4.3 2M~3发酵罐中试发酵条件优化  41-50
    4.3.1 种子配方和消毒方式优化  41-43
    4.3.2 发酵前期不同耗糖速率对盐霉素合成影响  43-45
    4.3.3 不同调控pH值的方式对氨基氮影响  45-47
    4.3.4 基于尾气分析对补油策略的研究  47-48
    4.3.5 2m~3发酵罐新工艺与30m~3发酵罐老工艺效价比较  48-50
  4.4 本章小结  50-51
第五章 盐霉素新发酵工艺工业规模放大尝试  51-58
  5.1 引言  51
  5.2 新工艺在30M~3发酵罐上放大尝试  51-57
    5.2.1 30m~3发酵罐新旧工艺的比较  51-53
    5.2.2 30m~3发酵罐新工艺与2m~3发酵罐工艺比较  53-55
    5.2.3 基于流体力学对盐霉素30m~3发酵罐发酵过程研究  55-57
  5.3 本章小结  57-58
第六章 结论和展望  58-60
  6.1 结论  58
  6.2 展望  58-60
参考文献  60-64
致谢  64-65

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 其他化学工业 > 发酵工业 > 其他发酵工业
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