《起始氧体积传质系数对灵芝发酵生产灵芝多糖和灵芝酸的的影响》由会员分享，可在线阅读，更多相关《起始氧体积传质系数对灵芝发酵生产灵芝多糖和灵芝酸的的影响（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、起始氧体积传质系数对灵芝发酵生产 灵芝多糖和灵芝酸的的影响 汤亚杰钟建江 ( 华东理工大学 生物反应器工程国家重点实验室，上海市 2 0 0 2 3 7 ) 摘奥起始氧体积传质系数 ( K 1 . )对灵芝细胞的生长、灵芝多枯和灵芝酸的生产有显著形响。起始 K L a 为1 6 .4 h - 录 有利于 胞外多 枯的生 产， 最大 值达.l oll 0 . 9 7 g / L 。当 起始K , 。 为7 8 . 2 h - 时， 细 胞干重 达到录大 位1 5 . 6 2 g / L ， 且地内多 抢的 产I和产率均在此条件达到最高 位， 分别为2 . 1 9 g / L 和2 1 7 习 (
2、 L . d ) o灵芝吐的产I和产单均随 起始K , a 场大而增大， 起始K , 。 为%. 0 h - 时灵芝酸的产It和产率 ( 4 5 0 . 1 m g l L 和4 4 . 3 m g l ( L . d ) )是 起始K L a 为1 6 . 4 h 时 的1 . 8 倍左右。 本 研究 所获 得的 信息 对于 灵芝 如施培养的 放大 研究具有重 要意义。 关 . 调 灵 芝 高 等 真 蔺 灵 芝 胶 灵 芝 多 铃 生 物 反 应 工 程 起 始 氧 体 积 传 质系 数r K , a ) 5 C 高等真菌是在食品和药物方面最具潜力的微生物种类之一。 灵芝 ( G a n
3、o d e r m a l u c i d u m )为担 子菌纲、多孔菌科、 灵芝属高等真菌。在我国及其他东南亚国家，灵芝一直被用作 “ 灵丹妙药” 而受到人们的信赖。现代医学研究发现灵芝中活性成分主要为灵芝多糖和灵芝酸，其中灵芝多 糖具有免疫抗痛、 灵芝酸具有抗癌和抗艾滋病等生物活性 ， 一 5 。 高等真菌深层发醉过程的特征是随着时间的推移发醉液粘度逐渐增加， 一方面是细胞密度 增加、 微生物形态改变的结果，另一方面是胞外代谢产物的形成，改变了发酵液的流变特性。 发生了 这 些改变 后， 就 会出 现一系 列的问 题: 氧的 传递、 二氧 化碳的 排放、 通气与 搅拌等 n l 。 本
4、文对灵芝真菌深层发醉过程中氧供应进行研究， 详细考察了起始氧体积传质系数 ( K L 。 )对灵芝 细胞生长和代谢产物生产的影响，为工业化生产奠定基础。 1 材料和方法 1 . 1 菌种和种子培养 灵芝 ( G a n o d e n n a l u c i d u m )菌种、 种子培养基及培养条件见文献 2 - 5 1 . 2 生物反应器中的发肆条件 采用涡轮搅拌桨反应器， 工作体积为3 . 5 L 。在发醉过程中， 搅拌转速维持恒定 ( 2 0 0 2 P M ) , 通气速率依次为2 2 0 , 1 0 5 0 , 1 7 5 0 和3 5 0 0 m U m i n ， 从而使起始氧
5、体积传质系数 ( K L a )分别为 1 6 . 4 , 6 0 . 0 , 7 8 . 2 和9 6 . 0 h - 。 在此， 搅拌转速在发酵过程中 维持恒定，实验中剪切的影响被看 做基本相同。随着通气速率的增加， 混合时间依次为3 . 4 9 ( 0 . 2 0 , 3 . 5 4 ( 0 . 4 5 , 3 . 5 3 ( 0 . 1 5 和 3 . 4 8 ( 0 . 2 0 秒 ( 混合时间的测定方法见文献 6 ， 在水中测定) ， 这表明上述实验中的混合也是一 致的。在上述实验中，只有起始氧体积传质系数是不同的，以此来考察氧的供应对灵芝发酵的 影响。 1 . 3 分析方法 培养
6、所得细胞充分洗涤，离心后收集，烘干至恒重，称量得细胞干重。培养基中残糖浓度 用浓硫酸一 苯酚法测定。灵芝胞外多糖 ( E P S )用乙醉沉淀后碱溶浓硫酸一 苯酚法测定。灵芝胞 内多糖 ( 1 P 8 )用热碱提取后浓硫酸一 苯酚法测定。灵芝酸 ( G A )测定通过分光光度法测定，具 体 见 文 献 2 - 5 。 2 结果与讨论 2 . 1 起始氧体积传质系数对细胞生长和底物消耗的影响 2 7 8 娜 0月曰n两引 642 uo箱巴日:多00 日口，。n.1.nPls。比 受9兰口.兮巴0 C u lt iv a t i o n t i m e ( d )C u lt iv a t io
7、n t i m e ( d ) 0 4 8 1 2 1 6 C u lti v a t i o n ti me ( d ) F ig . I T i m e c o u r s e s o f d r y c e ll w e i g h t ( A ) , r e s id u a l s u g a r d u r i n g s u b m e r g e d f e r m e n t a ti o n o f G a n o d e r n m l a c i d u m i n ( 1 6 . 4 ) , . ( 动 0 ) , ( 7 8 . 2 ) a n d ( 9 6 .
8、0 ). c o n ce n t ra t i o n ( B ) a n d d i s s o l v e d o x y g e n t e n s io n ( D O T ) s t i r r e d b i o r e a c t o r s . S y m b o l s f o r Wd a l K L a ( h一1 ) ( C) ( ) 图I A和I B为起始氧体积传质系数对细胞生长 ( A )和乳糖消耗 ( B )的影响。当起始 K L a 为1 6 . 4 , 6 0 . 0 , 7 8 . 2 和9 6 . 0 h 一 ， 生物量分别为1 1 . 7 7 , 1
9、4 . 1 4 , 1 5 . 6 2 和1 3 . 6 4 g D W / L ， 平均生长 速率依次为2 . 2 1 , 2 . 6 8 , 2 . 3 8 和1 . 5 9 d 。这表明起始氧 体积传质系数对灵芝细胞的生长 是相当 重要的。当起始 K L a 为%. 0 h “时， 在培养后期 ( 第八天后) ，溶氧浓度 ( D O T )相对较低 ( 图 1 0， 对细胞的生长不利。实验结果表明当起始氧体积传质系数为7 8 . 2 h - 时最有利于灵芝细胞 的生长。 当起始K L a 为1 6 . 4 , 6 0 . 0 , 7 8 . 2 和9 6 . 0 h ， 乳糖的平均消耗速
10、率分别为1 . 7 7 , 3 . 4 7 , 2 . 7 1 和2 . 6 0 g l a c t o s e / ( L . d ) 。细胞生长速率和乳糖消耗速率均在起始K L a 为6 0 . 0 h - 达到最大值。细 胞对糖得率随着起始K L a 的增大依次为0 . 7 9 , 0 . 4 9 , 0 . 5 5 和0 . 3 8 g D W / ( g l a c t o s e ) ， 这表明当 起 始K L a 为1 6 . 4 h 乳糖的消耗能更有效地转化为生物量， 其原因有待进一步研究。 2 . 2 起始氧体积传质 系数对灵芝多糖 ( E P S )生产的影响 已uo七nP
11、oJOS些 压卜 0604 日以uo七nPojd的几山 1216。 耐。 Cu l t iv a ti on t i me C u lt iv a t i o n t ime ( d ) F I R . 2E ff e c t o f i n it i a l K , a o n t h e E P S p r o d u ct io n ( A ) a n d I P S p r o d u c ti o n ( B ). T h e s y mb o l s f o r i n i t i a l K , , a a r e比e s a m e a s 场。 ，i n F i g . 1
12、. 起始氧体积传质系 数对E P S 生产的影响如图2 A 所示。E P S 的最高产量和产率 ( 0 . 9 7 g / L 和 7 3 . 1 m g / ( L . d ) ) 是当起始K , a 为 1 6 . 4 h 时获得的， 此时发酵液中的残糖浓度也是最高的 ( F i g . 1 1 1 ) o E P S 的 最低产量和产率 ( 0 . 6 9 g / L 和5 1 . 5 m g / ( L . d ) )是在起始K L a 为6 0 . 0 h 时获得 的， 此时发酵液中的残搪浓度也是最低的 ( F ig . I B ) a E P S 的产量 ( 产率)与 残搪浓度似乎
13、存在一 定的联系，可能是当发酵液中有较多的残糖时，糖代谢途径中流向 E P S 合成的代谢流量增加， 从而份 致E P S 的产量I 升， 类似文献还未见报道。我们实验室的前期工作也发现了类似的现象。 起始; 上 体积传质系 数对I P S 生产的影响如图2 B 所示。f p s 含量和产量均在第十 天达到最大值。当 2 7 9 起始 K L a 为 1 6 . 4 , 6 0 . 0 , 7 8 . 2 和%. 0 h 时，f p s 最大含量依次为 1 7 . 5 1 , 1 4 . 2 0 , m g / 1 0 0 m g D W , I P S 产量依次为1 . 9 1 , 1. 6
14、 3 , 2 . 1 9 和2 . 0 9 g / L , I P S 产率依次为 2 1 7 .0 和2 0 7 .0 m g / ( 1. . d ) 。 这表明当 起始氧的传质系 数为7 8 . 2 h 时 最有利于f p s 2 . 3 起始氮体积传质系数对灵芝酸 ( G A )生产的影响 1 4 . 0 1 和 1 5 . 5 9 1 8 9 . 0 , 1 6 1.0, 的生产。 一卜rLL|LI卜 0000000000 一闷口Euo毛二Pojd乐 多0口E00分1口E1召uo。哎巴 0 4日1 2 1 6 C u lti v a ti o n t ime ( d )C u R r
15、v a t io n t i m e ( d ) F ig . 3 F l f e d o f in iti a l 即 1 0 4 一 1 1 6 . F a n g . Q . H . , Z h o n g , J . J . T rm一 , t a g s c u lt u r e In - f u r i m p ro v e d p m d w t m o f p n o d e r i c a c i d 场l i q u i d ( o ra t i o n o f h ig h e r f u n g u a G a - n o d e n n a l u c i d u m
16、 . B iu te o h n o l u g y P ro g ra m, I S : 5 1 一5 4 , 2 0 0 2 . T a n g , Y . J . , Z h o n g , J . J . F e d 一 t c h f e n u e n ta ti o n o f G a n a d e n n a l u c i d u m f h y p e r p m d u c t i o n o f p o l y e m c h a r id e a n d g a n a d e r i c a c id . E n n - y m e a n d M ic ro b i a l T e c h n o lo g y , ( i n p r e s s ) , 2 0 0 2 . F a n g . Q . H . , Z h o ng , J . J . S u b m m g e d fe r m e n ta ti o n a
