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《江南大学》 2009年
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普鲁兰的发酵及改性研究

吴胜军  
【摘要】: 本论文优化了生产普鲁兰的培养基及其培养条件;探索了普鲁兰的生产工艺;研究了以普鲁兰酶水解普鲁兰生产麦芽三糖的生产工艺;研究了以丙烯酸甲酯为单体,在氮气保护下对普鲁兰进行接枝共聚制作吸水树脂的反应条件。 以出芽短梗霉AP329为菌株,以甘薯淀粉水解物为碳源发酵生产普鲁兰。仅用a—淀粉酶水解,普鲁兰和生物量的产量都很低;继续用β—淀粉酶和普鲁兰酶水解,普鲁兰和生物量的产量增加;但用糖化酶进一步水解,普鲁兰和生物量的产量并没有得到进一步的提高。在DE值为48时,普鲁兰和生物量的产量达到最高。适宜的pH为5.5,发酵时间为4d。HPLC测定结果表明,普鲁兰的分子量为420000Da,比以蔗糖作为碳源时的分子量高近1倍。优化后培养基的组成为(g/L):甘薯淀粉水解物50、酵母抽出物2.0、磷酸二氢钾5.0、硫酸铵0.6、氯化钾0.5、结晶硫酸镁0.2、氯化钠1.0和1L蒸馏水,pH 5.5。应用新的培养基经过4d的发酵,普鲁兰的产量提高了50%以上,得率为52.42%(w/w)。实验研究结果表明,甘薯淀粉水解物是生产普鲁兰的良好碳源。 普鲁兰产量受氮源的种类及浓度的影响,过高的浓度使产量降低。以亚硝酸钠为氮源时的适宜质量浓度为0.3g/L,而以硫酸铵为氮源时的适宜质量浓度为0.6g/L。但生物量随氮源浓度增加而升高。初始pH值对普鲁兰产量的影响与氮源密切相关,以亚硝酸钠为氮源时的适宜初始pH为6.5,而以硫酸铵为氮源时的适宜初始pH为5.5。优化后培养基组成为(g/L):甘薯淀粉水解物50、酵母抽出物2.0、磷酸二氢钾5.0、亚硝酸钠0.3、氯化钾0.5、结晶硫酸镁0.2、氯化钠1.0和1L蒸馏水,pH 6.5。应用新的培养基经过4d的发酵,普鲁兰的产量进一步提高了约10%,得率为57.22%(w/w)。实验研究结果表明,亚硝酸钠是生产普鲁兰的良好氮源。 从发酵液中获得普鲁兰的必需生产工艺为:热处理、分离、浓缩、脱色、沉淀、干燥。在保持温度为80℃,经过20分钟的热处理,不仅可以杀灭菌体,而且可以脱去86.19%(w/w)的蛋白质,对普鲁兰的回收率却没有影响;经过热处理的发酵液在10000r/min 15min下可离心除去菌体细胞;经过离心的黑绿色发酵液经真空浓缩至10%(w/v)后以4%(v/v)双氧水为脱色剂,在温度60℃、pH 10条件下脱色60mmin,可以脱去色素。经过脱色的发酵液用酒精沉淀,沉淀在90℃下烘干30mmin得到产品,该产品在颜色、质地等方面的特性与商业样品的类似,得率为62.31%(w/w)。 以普鲁兰为底物,以普鲁兰酶为水解酶,研究生产麦芽三糖的工艺条件。实验结果表明:最适pH值是5.0左右、水解温度为45℃、水解时间是6h、底物浓度为3%(w/v)、酶浓度是10ASPU/g。过高或过低的pH值、水解温度和底物浓度则降低了水解液的DE。进一步延长反应时间或增加酶浓度,水解液的DE值没有得到提高。水解液灭酶(90℃,20min)后用截留分子量为1000Da的滤膜过滤,浓缩至20%(w/v),然后以8倍体积的乙醇沉淀,最后在80℃下干燥2h得到麦芽三糖粉末,经过高效液相色谱检测,其纯度可达93.5%(w/W),得率为83.7%(w/w,普鲁兰)和49.9%(w/w,甘薯淀粉)。 以丙烯酸甲酯为单体,以硝酸铈铵为引发剂,对普鲁兰进行接枝共聚。研究发现,反应的最适引发剂浓度为0.004 mol/1、单体浓度为0.0465 mol/1、时间为180 min、温度为40℃。过高的引发剂浓度、单体浓度和温度则降低了接枝率;进一步延长反应时间,接枝率没有得到进一步的提高。重量法及产物的红外光谱图谱证实了接枝共聚反应的发生。共聚物的应用之一是可以作为吸水树脂,其吸水性能与接枝率有关。当接枝率低于15.3%(w/w)时,吸水性能随接枝率的增加而增强;当接枝率高于15.3%(w/w)时,吸水性能随接枝率的增加反而下降。在接枝率为15.3%(w/w)时,吸水性能达到最高,为吸水树脂质量的380倍。
【学位授予单位】:江南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TQ925

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