短梗霉菌发酵生产低聚果糖的研究

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低聚果糖(FOS)又称寡果糖或蔗果低聚糖,是在蔗糖的果糖残基的C1位上通过β-(2-1)糖苷键与1~3个分子的果糖结合而成的低聚糖,具有众多健康益处的益生元。与传统生产低聚果糖的酶法相比,发酵法具有成本低、效益好、污染风险低、生产率高和稳定性高等优点,本论文采用发酵法生产低聚果糖,首先进行菌种筛选,以高产率出芽短梗霉(Aureobasidium pullulans)为发酵菌株,蔗糖为发酵原料对发酵条件进行优化,提高低聚果糖的产量,然后以糖蜜为原料,研究出芽短梗霉菌和安琪酿酒酵母菌对发酵的影响进行了研究。主要结果如下:(1)经过初筛和复筛,获得产低聚果糖高产量菌株,分别是IPE-1、IPE-3和IPE-5,经过发酵罐进一步筛选,在整个发酵过程中,IPE-1低聚果糖的峰值为103.57 g/L,IPE-3低聚果糖峰值为116.62 g/L,低聚果糖的峰值为110.91 g/L,因此以IPE-3为发酵低聚果糖发酵菌株。(2)详细研究了溶氧DO(发酵转速、通气量和罐压)和温度对IPE-3发酵产低聚果糖的影响,发现在600rpm发酵转速、1.8L/Lmin发酵通气量、0bar罐压和35℃条件下产量较高,进一步进行了补料分批发酵对低聚果糖产量的影响,在分批补料发酵过程中,保持DO值5%条件下,60 h获得最大低聚果糖浓度548.3±37.4 g/L和68.6±2.6%(g FOS/g蔗糖)的产率,并且发现DO值对低聚果糖的总浓度影响不大,但对于低聚果糖的组成,尤其是发酵液中的低聚果糖的高聚合度有着显著的影响,当发酵培养12 h后,低聚果糖中的蔗果三糖和蔗果四糖比例稳定下降,高聚合度的低聚果糖开始增加。(3)将膜(300KDa)和发酵罐相连进行膜生物反应器下分批补料发酵的研究,低聚果糖浓度反而下降了,低聚果糖最高浓度为320.21g/L。研究了安琪酿酒酵母进行发酵罐发酵和不同比例糖下的发酵,低聚果糖的生产会使葡萄糖含量升高,葡萄糖不易膜分离,使用安琪酿酒酵母消耗葡萄糖,安琪酿酒酵母在无氧条件下葡萄糖的消耗相比于果糖更快。以甘蔗糖蜜为原料进行发酵,同时接种出芽短梗霉和安琪酿酒酵母进行发酵,发现一开始接入安琪酿酒酵母会降低低聚果糖的产量,进一步使用发酵罐发酵,以甘蔗糖蜜为原料下,出芽短梗霉菌细胞生长增殖受阻,菌体浓度没有像蔗糖为原料下明显增加,低聚果糖在204.13g/L蔗糖含量的甘蔗糖蜜发酵下,12h时低聚果糖为118.60g/L,58.10%(g FOS/g蔗糖)的产率。甘蔗糖蜜过滤液酵母摇瓶发酵中,低聚果糖的纯度在24h的发酵时间段内,上升了13.33%。
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