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威兰胶发酵及其流变性研究

姬彬  
【摘要】:威兰胶是鞘氨醇单胞菌Sphingomonas sp. ZW-3分泌的高分子粘性多糖,与众不同的分子结构赋予了它卓越的流变学性质,因此,在石油开采、建筑混凝土等领域极具开发潜力。 本文旨在以各种低成本原料进行威兰胶发酵研究,实现威兰胶的低成本生产,并探索与其分子量相关的流变学性质。首先,研究不同营养条件下Sphingomonas sp. ZW-3分批发酵及补料分批过程;其次,分析不同营养条件下威兰胶流变学性质,对其平均分子量及其分布、假塑性及粘性、储能模量及损耗模量进行比较,并对样品的抗盐耐温性进行初步探索。论文主要研究成果如下: 首先,在已优化培养条件的基础上利用低成本碳源如甘蔗糖蜜、甘油、果葡糖浆及木薯淀粉开展威兰胶发酵研究。结果表明:前三种碳源的威兰胶产量不够理想,仍需深入研究;而基于木薯淀粉的高温α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶水解规律的分析,不同DE值木薯淀粉水解液为碳源的分批发酵结果表明,DE=87%时威兰胶产量为21.2 g/L,稍高于葡萄糖为碳源时的威兰胶产量(20.2 g/L)。 其次,考察了不同氮源豆粕、玉米浆干粉及复合氮源(硝酸钠和大豆蛋白胨混合物)及碳源(葡萄糖、蔗糖)对威兰胶分批发酵影响。结果表明:与所考察碳源相比,氮源对威兰胶产量影响显著,豆粕为氮源时威兰胶产量最高(约20.0 g/L),玉米浆干粉为氮源时次之(17.0-18.0 g/L),复合氮源为氮源时威兰胶产量约15.0 g/L。补料分批发酵结果表明:初糖浓度10.0 g/L比20.0 g/L对威兰胶合成更有利,发酵72 h的威兰胶产量达到24.8 g/L。 再次,基于不同氮源及碳源的威兰胶分批发酵分析,对不同威兰胶样品的高分子流变学性质进行比较。对各种威兰胶样品溶液进行零剪切粘度测试、稳态流变学测试及动态粘弹性测试,并对所得测定数据进行Carreau模型、Power Law模型拟合及复数粘度(logη*)对(logω)的线性拟合。结果表明:与所考察碳源相比,氮源对威兰胶平均分子量及分子量分布影响显著;产自复合氮源的威兰胶平均分子量最高,分子量分布最窄,储能模量最高;产自氮源豆粕的威兰胶次之,而产自玉米浆干粉的威兰胶平均分子最低,分子量分布最宽,储能模量最低,损耗模量最高。 最后,考察NaCl添加对威兰胶海水溶液表观粘度的影响,并对其在NaCl质量分数10%时的耐高温性能进行研究。结果表明:低浓度NaCl有利于提高威兰胶海水溶液表观粘度,而高浓度NaCl有降低该体系粘度的性能。标准海水浓度下葡萄糖豆粕来源的威兰胶溶液的表观粘度较高,且在100℃下稳定,而在120℃下商品威兰胶溶液粘度保留能力较强,但粘度明显降低。


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