高粘性微生物胞外多糖具有优良的增稠性、乳化性等特性,其广泛应用于众多领域。我国作为高粘性微生物多糖生产量最大的国家之一,生产规模与工艺技术不相匹配。目前,微生物发酵是高粘性多糖的主流生产技术,但高粘性微生物多糖呈非牛顿流体的特性,随着发酵过程粘多糖的合成,发酵液粘度呈逐渐增加趋势,使传统生物发酵过程存在传质和混合受限等关键科学技术难题,从而导致高粘性多糖产量低、质量差、发酵周期长等。因此,如何通过强化高粘性微生物多糖发酵过程的传质和混合建立高效的生产工艺是当前该领域亟需解决的关键科学技术难题。本文采用克雷伯氏菌H-112生产胞外多糖A,拟通过旋转床工艺强化高粘性微生物多糖发酵过程的传质和混合,旨在缩短发酵周期,提高高粘性微生物多糖的产量和改善其质量。首先进行发酵培养条件的优化研究,在此基础上利用旋转床生化反应器进行高粘度发酵体系的工艺条件优化研究,并探讨该过程的发酵动力学,主要研究结果如下:(1)得到发酵培养基较优配方为蔗糖10 g/L,蛋白胨10 g/L,无水MgSO40.5g/L,谷氨酸钠2.5g/L,KH2P041.5g/L,并确定发酵适宜培养为温度32℃,初始pH为6。优化后,克雷伯氏菌H-112胞外多糖A产量达到1.4-1.5g/L,较原始配方提高了 50%左右,并且粘度提高4倍左右。(2)通过探究定-转子式旋转床发酵罐的工艺条件对克雷伯氏菌H-112胞外多糖A发酵过程的影响,确定发酵条件为pH控制在6.0左右,通气量为5 L/min,发酵初始转速设为500 rpm,根据溶氧情况以及提升器提升情况将转速提升至800 rpm,发酵周期为68 h,胞外多糖A的产量达6.5 g/L,表观粘度达76000 mPa·s,蔗糖的转化率为21.0%左右。(3)与传统搅拌式发酵罐相比,定-转子式旋转床发酵罐的发酵效果优于搅拌式发酵罐的发酵效果。在较优条件下,优势如下:可以使菌体生长的稳定期提前8h左右,发酵周期明显缩短,产量提高35%左右,对应的表观粘度提高2倍左右,糖的转化率提高5%。在同样发酵条件下,优势如下:可以使菌体生长的稳定期提前8h左右,发酵周期明显缩短,产量提高0.5g/L,对应的表观粘度增大10000mPa·s,糖的转化率提高3%。因此,超重力技术强化高粘性微生物多糖发酵过程具有明显效果。(5)以定-转子式旋转床发酵罐发酵最优条件为基础,对该菌株进行了发酵动力学的初步研究,确定菌体的生长模型、胞外多糖A生成模型和底物蔗糖消耗模型,利用Matlab软件对试验数据进行非线性拟合,拟合结果能很好地反映克雷伯氏菌H-112胞外多糖A的发酵过程。