本發(fā)明涉及微生物發(fā)酵技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，涉及一種用于強(qiáng)化高粘性微生物多糖發(fā)酵的系統(tǒng)裝置及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

微生物胞外多糖是指微生物在代謝活動(dòng)中分泌到細(xì)胞壁外的多糖或多糖混合物，是近20年來(lái)陸續(xù)開發(fā)的發(fā)酵新產(chǎn)品，具有特殊的流變學(xué)特性和優(yōu)良的生物活性，安全無(wú)毒。許多高粘性微生物多糖因具有增稠性、穩(wěn)定性、凝聚性和懸浮性而被廣泛應(yīng)用于食品、制藥、石油、化工等多個(gè)領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)與人類健康的重視程度不斷增加，對(duì)于該類微生物多糖產(chǎn)品的需求量正在快速增長(zhǎng)。據(jù)估計(jì)，全世界目前微生物多糖工業(yè)產(chǎn)值高達(dá)100億元，其產(chǎn)量和年增長(zhǎng)量均在10％以上，一些新興高粘性多糖年增長(zhǎng)量在30％以上，市場(chǎng)潛力巨大，其中黃原膠被認(rèn)為是生產(chǎn)規(guī)模最大和用途最廣的高粘性多糖。我國(guó)作為世界上高粘性微生物多糖生產(chǎn)量最大的國(guó)家，生產(chǎn)規(guī)模與生產(chǎn)設(shè)備、工藝控制技術(shù)等不相匹配，脫節(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重，研發(fā)新型高粘性微生物多糖的生產(chǎn)技術(shù)和工藝，提高生產(chǎn)效率是一項(xiàng)緊迫任務(wù)。

微生物高粘性多糖的發(fā)酵過(guò)程多為好氧代謝過(guò)程，大多數(shù)產(chǎn)高粘性多糖的微生物是好氧菌，需要利用分子態(tài)的氧作為呼吸鏈電子傳遞系統(tǒng)末端的電子受體或作為中間體直接參與一些生物合成反應(yīng)。高粘性微生物多糖呈現(xiàn)非牛頓流體的特性，隨著發(fā)酵過(guò)程粘多糖的合成，發(fā)酵液粘度呈逐漸增加的趨勢(shì)，使傳質(zhì)和混合受限，導(dǎo)致該類產(chǎn)品產(chǎn)率低、產(chǎn)品質(zhì)量差、發(fā)酵周期長(zhǎng)等。因此，如何強(qiáng)化高粘性多糖生物發(fā)酵過(guò)程中溶解氧傳質(zhì)一直是其規(guī)?；a(chǎn)中需要解決的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)難題。

目前，通過(guò)強(qiáng)化溶解氧傳質(zhì)提高高粘性多糖產(chǎn)量和品質(zhì)的方法主要有提高攪拌轉(zhuǎn)速、增加氣提流速、改進(jìn)攪拌槳結(jié)構(gòu)及添加攜氧劑(如雙氧水等)。但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，依舊存在大量死區(qū)、混合效率低、傳質(zhì)受限等問(wèn)題，導(dǎo)致產(chǎn)品分布不均，細(xì)胞活性變差。因此，改良并開發(fā)適用于高粘度發(fā)酵體系中的新型發(fā)酵設(shè)備尚需深入地研究。

本發(fā)明提出一種用于強(qiáng)化高粘性微生物多糖發(fā)酵的系統(tǒng)裝置，并將其用于發(fā)酵生產(chǎn)高粘性胞外多糖，克服了現(xiàn)有高粘性多糖發(fā)酵技術(shù)傳質(zhì)和混合受限的缺陷，解決了高粘度多糖發(fā)酵周期長(zhǎng)、轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)量低等問(wèn)題，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種用于強(qiáng)化高粘性微生物多糖發(fā)酵的系統(tǒng)裝置。近年來(lái)超重力技術(shù)已經(jīng)在吸收、解吸以及納米材料制備等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本發(fā)明是將超重力旋轉(zhuǎn)床應(yīng)用于強(qiáng)化微生物發(fā)酵過(guò)程領(lǐng)域，結(jié)合定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器與內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的優(yōu)勢(shì)研制了新型超重力發(fā)酵設(shè)備，強(qiáng)化溶解氧傳質(zhì)和氣-液-固三相的混合。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種用于強(qiáng)化高粘性微生物多糖發(fā)酵的系統(tǒng)裝置的應(yīng)用。由于現(xiàn)有高粘性多糖發(fā)酵技術(shù)的傳質(zhì)和混合受到限制，并且存在高粘度多糖發(fā)酵周期長(zhǎng)、轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)量低的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種強(qiáng)化高粘性發(fā)酵體系的傳質(zhì)和混合的新方法與工藝。

為達(dá)到上述第一個(gè)目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種用于強(qiáng)化高粘性微生物多糖發(fā)酵的系統(tǒng)裝置，所述系統(tǒng)裝置包括罐體、罐蓋、冷卻夾層、空氣分布器、第一電機(jī)、第二電機(jī)、超重力旋轉(zhuǎn)床裝置和耐高溫液下泵；

罐體內(nèi)部中心縱向設(shè)有轉(zhuǎn)軸；轉(zhuǎn)軸的上端穿出罐蓋與第一電機(jī)傳動(dòng)連接，下端伸入罐體內(nèi)與超重力旋轉(zhuǎn)床裝置連接；

所述超重力旋轉(zhuǎn)床裝置橫向裝于罐體內(nèi)部中心，；所述超重力旋轉(zhuǎn)床裝置下端設(shè)有空氣分布器，所述空氣分布器為環(huán)形管道；罐體內(nèi)部下端一側(cè)設(shè)有耐高溫液下泵；所述耐高溫液下泵一端通過(guò)管路連接超重力旋轉(zhuǎn)床裝置，另一端連接第二電機(jī)的轉(zhuǎn)軸；罐體外部設(shè)有冷卻夾層。

優(yōu)選地，所述超重力旋轉(zhuǎn)床裝置包括定子、轉(zhuǎn)子、提升器、環(huán)狀受液槽和液體分布器；所述定子由端蓋和第一柱銷組成；所述轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)盤和第二柱銷組成；

所述端蓋固定連接罐體內(nèi)壁，端蓋的頂面設(shè)有環(huán)狀受液槽，底面設(shè)有第一柱銷和多個(gè)液體分布器；所述環(huán)狀受液槽與多個(gè)液體分布器連接；所述多個(gè)液體分布器以轉(zhuǎn)軸為中心等距離環(huán)繞設(shè)置；

所述轉(zhuǎn)盤連接轉(zhuǎn)軸，頂面設(shè)有第二柱銷，底面的中心連接提升器；

所述第一柱銷和第二柱銷均為多層均布的同心環(huán)，且第一柱銷和第二柱銷交錯(cuò)設(shè)置；轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為250～2500rpm。

耐高溫液下泵安裝在罐體底部，當(dāng)發(fā)酵液粘度急劇升高時(shí)，依靠提升器作用將釜底發(fā)酵液提升至旋轉(zhuǎn)床空腔中受到限制，使得發(fā)酵體系的循環(huán)液量降低，溶解氧傳質(zhì)效果急劇下降差。此時(shí)開啟液下泵，可以將高粘性發(fā)酵液輸送至旋轉(zhuǎn)床的空腔中，再由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)將氣液混合物甩出，發(fā)酵液流回釜底，進(jìn)一步強(qiáng)化發(fā)酵液的傳質(zhì)與混合。

超重力旋轉(zhuǎn)床依靠提升器隨轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的提升力，將釜底發(fā)酵液提升至旋轉(zhuǎn)床空腔中，再由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力將液體分散并甩出，最后沿釜壁流回釜底，進(jìn)行充分混合。發(fā)酵液進(jìn)入定子和轉(zhuǎn)子共存區(qū)時(shí)，由于定子擾流的作用，增加了流體表面更新速率及流體的湍動(dòng)程度，同時(shí)改善了發(fā)酵液沿徑向流動(dòng)過(guò)程中的周向分布。

罐體中的液體分布器將液體在空腔內(nèi)分段流出，再通過(guò)離心力的作用通過(guò)旋轉(zhuǎn)床，達(dá)到強(qiáng)化過(guò)程。

優(yōu)選地，所述罐蓋一側(cè)設(shè)有溫度傳感器、pH電極和溶解氧電極；

優(yōu)選地，所述罐蓋設(shè)有接種口、補(bǔ)料口和排氣管路。

優(yōu)選地，所述罐體外部下端設(shè)有封頭，并在封頭底部設(shè)有取料口。

優(yōu)選地，所述空氣分布器為環(huán)形管道，在該環(huán)形管道的一側(cè)連有空氣/蒸汽輸入管路；所述空氣/蒸汽輸入管路穿出罐蓋并設(shè)有閥門.

優(yōu)選地，所述強(qiáng)化粘度范圍為1.0×10³～1.6×10⁵mPa·s。

為達(dá)到上述第二個(gè)目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種用于強(qiáng)化高粘性微生物多糖發(fā)酵的系統(tǒng)裝置的應(yīng)用，采用所述裝置對(duì)強(qiáng)化粘度范圍為1.0×10³～1.6×10⁵mPa·s的胞外多糖生物進(jìn)行發(fā)酵的工藝，包括如下步驟：

1)將保藏于4℃冰箱中的斜面菌種接入裝有種子培養(yǎng)基的50mL/250mL搖瓶中，放置于恒溫培養(yǎng)振蕩器中，于溫度為25～40℃和轉(zhuǎn)速為150～200rpm下培養(yǎng)12～26h作為一級(jí)種子，將一級(jí)種子接入二級(jí)種子培養(yǎng)基中，同樣條件下培養(yǎng)12～26h作為種子液。

2)將發(fā)酵培養(yǎng)基用自來(lái)水配制，從接種口倒入發(fā)酵罐罐體中，加入適量消泡劑，校正并接好pH電極和溶氧電極，從空氣/蒸汽輸入管路通蒸汽121℃滅菌20min。滅菌結(jié)束，待冷卻至發(fā)酵溫度，將培養(yǎng)好的種子液按8％～10％的接種量從接種口接入發(fā)酵罐罐體中；

3)發(fā)酵過(guò)程中轉(zhuǎn)速范圍為300～800rpm，通氣量為2～6L/min。在發(fā)酵中后期，開啟液下泵，依靠提升器和液下泵的雙重作用，強(qiáng)化高粘性發(fā)酵液的傳質(zhì)和混合。

優(yōu)選地，步驟2)中所述培養(yǎng)基中含有葡萄糖時(shí)，需使用滅菌鍋115℃單獨(dú)滅菌30min；所述發(fā)酵罐的罐壓為0.03～0.05MPa，發(fā)酵溫度為25℃～40℃；發(fā)酵過(guò)程中通過(guò)從補(bǔ)料口自動(dòng)添加酸液或堿液控制pH值。

優(yōu)選地，步驟3)中當(dāng)發(fā)酵液粘度超過(guò)3.0×10⁴～5.0×10⁴mPa·s時(shí)，開啟液下泵。

優(yōu)選地，發(fā)酵過(guò)程中，可根據(jù)實(shí)際情況向發(fā)酵罐中以定期或流加的方式補(bǔ)加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

將培養(yǎng)好的種子液接種于優(yōu)化好的發(fā)酵培養(yǎng)基中，由于轉(zhuǎn)速和通氣量是發(fā)酵過(guò)程中影響供氧的重要因素，發(fā)酵過(guò)程中根據(jù)溶解氧變化情況，適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速和通氣量。在發(fā)酵中后期，由于發(fā)酵液粘度急劇升高，單純依靠提升器作用將釜底發(fā)酵液提升至旋轉(zhuǎn)床空腔中受到限制，使得發(fā)酵體系的循環(huán)液量降低，溶解氧傳質(zhì)效果急劇下降差，當(dāng)發(fā)酵液粘度超過(guò)3.0×10⁴～5.0×10⁴mPa·s時(shí)，開啟液下泵，將高粘性發(fā)酵液輸送至旋轉(zhuǎn)床的空腔中，再由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)將氣液混合物甩出。通過(guò)超重力旋轉(zhuǎn)床裝置和液下泵的雙重作用強(qiáng)化發(fā)酵體系中溶解氧傳遞過(guò)程。

本發(fā)明的有益效果如下：

(1)采用超重力旋轉(zhuǎn)床裝置可以使氣-液-固三相充分混合，能夠保證溶解氧良好、均勻傳遞，有利于菌體的快速生長(zhǎng)。

(2)系統(tǒng)裝置內(nèi)存在強(qiáng)烈循環(huán)，可以強(qiáng)化高粘性液相反應(yīng)物的混合、擴(kuò)散、傳熱和傳質(zhì)，同時(shí)減少死區(qū)出現(xiàn)。

(3)對(duì)于絕大多數(shù)非牛頓流體，有較均勻的剪切力，可降低表觀粘度，強(qiáng)化氧的傳遞過(guò)程。

(4)當(dāng)發(fā)酵液粘度急劇升高時(shí)，依靠提升器作用將釜底發(fā)酵液提升至旋轉(zhuǎn)床空腔中受到限制，通過(guò)開啟液下泵，可以將高粘性發(fā)酵液輸送至旋轉(zhuǎn)床的空腔中，再由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)將氣液混合物甩出，發(fā)酵液流回釜底，進(jìn)一步強(qiáng)化發(fā)酵液的傳質(zhì)與混合。

(5)通過(guò)強(qiáng)化溶解氧傳質(zhì)、氣-液-固三相的混合，以及優(yōu)化轉(zhuǎn)速、通氣量等工藝條件，可極大縮短發(fā)酵周期，提高粘多糖的產(chǎn)量及質(zhì)量，并顯著降低成本。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1示出用于強(qiáng)化高粘性微生物多糖發(fā)酵的系統(tǒng)裝置的示意圖。

圖中，1-罐體、2-罐蓋、3-補(bǔ)料口、4-接種口、5-排氣管路、6-第二電機(jī)、7-第一電機(jī)、8-空氣/蒸汽輸入管路、9-溫度傳感器、10-pH電極、11-溶氧電極、12-環(huán)狀受液槽、13-端蓋、14-冷卻夾層、15-轉(zhuǎn)盤、16-空氣分布器、17-取料口、18-耐高溫液下泵、19-提升器、20-液體分布器、21-第一柱銷、22-第二柱銷。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說(shuō)明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

在本發(fā)明的描述中，除非另有說(shuō)明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上；術(shù)語(yǔ)“上”、“下”、“左”、“右”、“內(nèi)”、“外”、“前端”、“后端”、“頭部”、“尾部”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

實(shí)施例1

參見(jiàn)圖1所示，一種用于強(qiáng)化高粘性微生物多糖發(fā)酵的系統(tǒng)裝置，包括罐體1、罐蓋2、補(bǔ)料口3、接種口4、排氣管路5、第二電機(jī)6、第一電機(jī)7、空氣/蒸汽輸入管路8、溫度傳感器9、pH電極10、溶氧電極11、環(huán)狀受液槽12、端蓋13、冷卻夾層14、轉(zhuǎn)盤15、空氣分布器16、取料口17、耐高溫液下泵18、提升器19、液體分布器20、第一柱銷21、第二柱銷22。

罐體1內(nèi)部中心縱向設(shè)有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸的上端穿出罐蓋2與第一電機(jī)7傳動(dòng)連接，下端伸入罐體1內(nèi)與超重力旋轉(zhuǎn)床裝置連接；超重力旋轉(zhuǎn)床裝置橫向裝于罐體1內(nèi)部中心，包括定子、轉(zhuǎn)子、提升器19、環(huán)狀受液槽12和液體分布器20；定子由端蓋13和第一柱銷21組成；轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)盤15和第二柱銷22組成；端蓋13固定連接罐體1內(nèi)壁，端蓋13的頂面設(shè)有環(huán)狀受液槽12，底面設(shè)有第一柱銷21和多個(gè)液體分布器20；環(huán)狀受液槽12與多個(gè)液體分布器20連接；多個(gè)液體分布器20以轉(zhuǎn)軸為中心等距離環(huán)繞設(shè)置；轉(zhuǎn)盤15連接轉(zhuǎn)軸，頂面設(shè)有第二柱銷22，底面的中心連接提升器19；第一柱銷21和第二柱銷22均為多層均布的同心環(huán)，且第一柱銷21和第二柱銷22交錯(cuò)設(shè)置；

超重力旋轉(zhuǎn)床裝置下端設(shè)有空氣分布器16，空氣分布器16為環(huán)形管道，在該環(huán)形管道的一側(cè)連有空氣/蒸汽輸入管路8；空氣/蒸汽輸入管路8穿出罐蓋2并設(shè)有閥門；罐體1內(nèi)部下端一側(cè)設(shè)有耐高溫液下泵18；耐高溫液下泵18一端通過(guò)管路連接超重力旋轉(zhuǎn)床裝置，另一端連接第二電機(jī)6的轉(zhuǎn)軸；罐體1外部設(shè)有冷卻夾層14；

罐蓋2一側(cè)設(shè)有溫度傳感器9、pH電極10和溶氧電極11；罐蓋設(shè)有接種口4、補(bǔ)料口3和排氣管路5；罐體1外部下端設(shè)有封頭，并在封頭底部設(shè)有取料口17。

采用圖1所示裝置發(fā)酵生產(chǎn)高粘性胞外多糖，包括如下具體步驟：

1)將保藏于4℃冰箱中的斜面菌種接入裝有種子培養(yǎng)基的50mL/250mL搖瓶中，放置于恒溫培養(yǎng)振蕩器中，于溫度為25～40℃和轉(zhuǎn)速為150～200rpm下培養(yǎng)12～26h作為一級(jí)種子，將一級(jí)種子接入二級(jí)種子培養(yǎng)基中，同樣條件下培養(yǎng)12～26h作為種子液。

2)將發(fā)酵培養(yǎng)基用自來(lái)水配制，從接種口4加入到發(fā)酵罐的罐體1中，校正并接好pH電極10和溶氧電極11，從空氣/蒸汽輸入管路8通蒸汽121℃滅菌20min，若培養(yǎng)基中含有葡萄糖需使用滅菌鍋單獨(dú)滅菌(115℃，30min)。滅菌結(jié)束，待冷卻至發(fā)酵溫度，分別將葡萄糖溶液和培養(yǎng)好的種子液從接種口4倒入發(fā)酵罐的罐體1中。發(fā)酵罐的罐壓為0.03～0.05MPa，發(fā)酵溫度為25℃～40℃。發(fā)酵過(guò)程中通過(guò)從補(bǔ)料口3自動(dòng)添加酸液或堿液控制pH值為6.0～7.0。

3)為保證體系中充足的溶解氧，同時(shí)又能提高混合效率，發(fā)酵過(guò)程中轉(zhuǎn)速范圍為300～800rpm，通氣量為2～6L/min。在發(fā)酵中后期，由于發(fā)酵液粘度急劇升高，當(dāng)粘度達(dá)4×10⁴～5.0×10⁴mPa·s時(shí)，開啟液下泵，依靠提升器和液下泵的雙重作用，強(qiáng)化高粘性發(fā)酵液的傳質(zhì)和混合。

實(shí)施例2

以黃原膠為代表采用實(shí)施例1的系統(tǒng)裝置強(qiáng)化粘度范圍為5.0×10⁴～1.6×10⁵mPa·s的胞外多糖生物發(fā)酵過(guò)程，具體步驟如下：

斜面培養(yǎng)基：蔗糖20g/L，蛋白胨5g/L，酵母浸粉5g/L，牛肉粉3g/L、瓊脂20g/L。

種子培養(yǎng)基：蔗糖20g/L，蛋白胨5g/L，酵母浸粉5g/L，牛肉粉3g/L。

發(fā)酵培養(yǎng)基：蔗糖20g/L，葡萄糖30g/L，蛋白胨3g/L，氯化鉀25g/L，硫酸鎂8g/L，碳酸鈣10g/L，檸檬酸0.25g/L，磷酸二氫鉀0.06g/L。

1)將保藏于4℃冰箱中的斜面菌種黃單胞菌BT-112接入裝有種子培養(yǎng)基的搖瓶中(50mL/250mL)，放置于恒溫培養(yǎng)振蕩器中，于30℃、190rpm的條件下培養(yǎng)26h作為一級(jí)種子，將上述種子液接入二級(jí)種子培養(yǎng)基中，同樣條件下培養(yǎng)24h。

2)將發(fā)酵培養(yǎng)基用自來(lái)水配制，加入到圖1所示裝置中，校正并接好pH電極和溶氧電極，通蒸汽121℃滅菌20min，葡萄糖單獨(dú)滅菌(115℃，30min)。滅菌結(jié)束，待冷卻至發(fā)酵溫度30℃，將培養(yǎng)好的種子液按8％的接種量接到發(fā)酵罐中。發(fā)酵過(guò)程中采用3mol/L的NaOH自動(dòng)補(bǔ)料維持pH為6.8～7.0，罐壓維持0.04～0.05MPa，發(fā)酵72h。

3)為保證體系中充足的溶解氧，同時(shí)又能提高混合效率，發(fā)酵過(guò)程中轉(zhuǎn)速范圍為300～800rpm，通氣量為2～5L/min。在發(fā)酵中后期，由于發(fā)酵液粘度急劇升高，當(dāng)粘度達(dá)5×10⁴mPa·s左右時(shí)，開啟液下泵，依靠提升器和液下泵的雙重作用，強(qiáng)化高粘性發(fā)酵液的傳質(zhì)和混合。

本發(fā)明的具體實(shí)施效果見(jiàn)表1。

表1超重力強(qiáng)化黃原膠生物發(fā)酵的工藝條件及實(shí)施效果

從表中可以看出，采用本發(fā)明提出的適用于高粘性胞外多糖發(fā)酵體系的系統(tǒng)裝置和方法，當(dāng)轉(zhuǎn)速為300～800rpm、通氣量為2～5L/min時(shí)，黃原膠的產(chǎn)量最高能達(dá)到42.7g/L，表觀粘度最高達(dá)1.39×10⁵mPa·s，轉(zhuǎn)化率最高達(dá)85.4％，發(fā)酵周期為48h。

實(shí)施例3

以類透明質(zhì)酸為代表采用實(shí)施例1的系統(tǒng)裝置強(qiáng)化粘度范圍為1.0×10³-5.0×10⁴mPa·s的胞外多糖生物發(fā)酵過(guò)程，具體步驟如下：

斜面培養(yǎng)基：蔗糖30g/L，蛋白胨10g/L，酵母浸粉5g/L，硫酸鎂1g/L，磷酸氫二鉀1.5g/L，谷氨酸鈉2g/L，瓊脂20g/L。

種子培養(yǎng)基：蔗糖30g/L，蛋白胨10g/L，酵母浸粉5g/L，硫酸鎂1g/L，磷酸氫二鉀1.5g/L，谷氨酸鈉2g/L，碳酸氫鈉1g/L。

發(fā)酵培養(yǎng)基：蔗糖40g/L，蛋白胨10g/L，硫酸鎂0.5g/L，磷酸氫二鉀1.5g/L，谷氨酸鈉2.5g/L，碳酸氫鈉0.5g/L。

1)將保藏于4℃冰箱的斜面菌種克雷伯氏菌H-112接入種子培養(yǎng)基中于34℃、160rpm的條件下培養(yǎng)13h作為一級(jí)種子，將上述種子液接入二級(jí)種子培養(yǎng)基中，34℃、160rpm的條件下培養(yǎng)12h。

2)將發(fā)酵培養(yǎng)基用自來(lái)水配制，加入到如圖1所示裝置中，校正并接好pH電極和溶氧電極，通蒸汽121℃滅菌20min。滅菌結(jié)束，待冷卻至發(fā)酵溫度32℃。將培養(yǎng)好的種子液接到發(fā)酵罐中，發(fā)酵過(guò)程中采用3mol/L的NaOH自動(dòng)補(bǔ)料控制pH為6.0，罐壓維持0.04～0.05MPa，發(fā)酵80h。

3)為保證體系中充足的溶解氧，同時(shí)又能提高混合效率，轉(zhuǎn)速范圍為300～600rpm，通氣量為2～6L/min。

本發(fā)明的具體實(shí)施效果見(jiàn)表2。

表2超重力強(qiáng)化類透明質(zhì)酸生物發(fā)酵的工藝條件及實(shí)施效果

從表中可以看出，采用本發(fā)明提出的適用于高粘性胞外多糖發(fā)酵體系的系統(tǒng)裝置和方法，當(dāng)轉(zhuǎn)速為300～600rpm、通氣量為2～6L/min時(shí)粘多糖A的產(chǎn)量最高能達(dá)到6.3g/L，表觀粘度最高能達(dá)到4.0×10⁴mPa·s，轉(zhuǎn)化率最高達(dá)15.8％，發(fā)酵周期60h。

對(duì)比例1

采用傳統(tǒng)攪拌式發(fā)酵罐發(fā)酵生產(chǎn)黃原膠，具體步驟如下：

斜面培養(yǎng)基：蔗糖20g/L，蛋白胨5g/L，酵母浸粉5g/L，牛肉粉3g/L、瓊脂20g/L。

種子培養(yǎng)基：蔗糖20g/L，蛋白胨5g/L，酵母浸粉5g/L，牛肉粉3g/L。

發(fā)酵培養(yǎng)基：蔗糖20g/L，葡萄糖30g/L，蛋白胨4g/L，氯化鉀25g/L，硫酸鎂8g/L，碳酸鈣10g/L，檸檬酸0.25g/L，磷酸二氫鉀0.06g/L。

1)將保藏于4℃冰箱的斜面菌種黃單胞菌BT-112接入裝有種子培養(yǎng)基的燒瓶中(50mL/250mL),放置于恒溫培養(yǎng)振蕩器中，于30℃、190rpm的條件下培養(yǎng)26h作為一級(jí)種子，將上述種子液接入二級(jí)種子培養(yǎng)基中，同樣條件下培養(yǎng)24h。

2)將發(fā)酵培養(yǎng)基用自來(lái)水配制，加入到傳統(tǒng)攪拌式發(fā)酵罐中，校正并接好pH電極和溶氧電極，通蒸汽121℃滅菌20min,葡萄糖單獨(dú)滅菌(115℃，30min)。滅菌結(jié)束，待冷卻至發(fā)酵溫度30℃，將培養(yǎng)好的種子液按10％的接種量接到發(fā)酵罐中，發(fā)酵過(guò)程中采用3mol/L的NaOH自動(dòng)補(bǔ)料維持pH為6.8～7.0，罐壓維持0.04～0.05MPa,發(fā)酵72h。

3)發(fā)酵過(guò)程中轉(zhuǎn)速范圍為300～800rpm，通氣量為2～5L/min。

采用傳統(tǒng)攪拌式發(fā)酵罐微生物發(fā)酵生產(chǎn)黃原膠的具體實(shí)施效果見(jiàn)表3。

表3傳統(tǒng)攪拌式發(fā)酵罐發(fā)酵生產(chǎn)黃原膠的工藝條件及實(shí)施效果

對(duì)比表1的實(shí)施效果，可以看出在所分析的轉(zhuǎn)速和通氣量的范圍內(nèi)，采用本發(fā)明提出的裝置發(fā)酵生產(chǎn)黃原膠，產(chǎn)量提高6～7g/L，表觀粘度明顯增大，轉(zhuǎn)化率提高12％～15.2％，發(fā)酵周期縮短12小時(shí)左右。表明本發(fā)明提出的系統(tǒng)裝置強(qiáng)化粘度范圍為5.0×10⁴～1.6×10⁵mPa·s的胞外多糖生物發(fā)酵過(guò)程，可以縮短發(fā)酵周期，并提高微生物多糖的產(chǎn)量。

對(duì)比例2

采用傳統(tǒng)攪拌式發(fā)酵罐發(fā)酵生產(chǎn)類透明質(zhì)酸，具體步驟如下：

斜面培養(yǎng)基：蔗糖30g/L，蛋白胨10g/L，酵母浸粉5g/L，硫酸鎂1g/L，磷酸氫二鉀1.5g/L，谷氨酸鈉2g/L，瓊脂20g/L。

種子培養(yǎng)基：蔗糖30g/L，蛋白胨10g/L，酵母浸粉5g/L，硫酸鎂1g/L，磷酸氫二鉀1.5g/L，谷氨酸鈉2g/L,碳酸氫鈉1g/L。

發(fā)酵培養(yǎng)基：蔗糖40g/L，蛋白胨10g/L，硫酸鎂0.5g/L，磷酸氫二鉀1.5g/L，谷氨酸鈉2.5g/L,碳酸氫鈉0.5g/L。

1)將保藏于4℃冰箱的斜面菌種克雷伯氏菌H-112接入種子培養(yǎng)基中于34℃、160rpm的條件下培養(yǎng)13h作為一級(jí)種子，將上述種子液接入二級(jí)種子培養(yǎng)基中，同樣的條件下培養(yǎng)12h。

2)將發(fā)酵培養(yǎng)基用自來(lái)水配制，加入到攪拌式發(fā)酵罐中，校正并接好pH電極和溶氧電極，通蒸汽121℃滅菌20min，滅菌結(jié)束，待冷卻至發(fā)酵溫度32℃，將培養(yǎng)好的種子液按10％的接種量接到發(fā)酵罐中，發(fā)酵過(guò)程中采用3mol/L的NaOH自動(dòng)補(bǔ)料維持pH為6.0，罐壓維持0.04～0.05MPa，發(fā)酵80h。

3)發(fā)酵過(guò)程中轉(zhuǎn)速范圍為300～600rpm,通氣量為2～6L/min。

采用傳統(tǒng)攪拌式發(fā)酵罐微生物發(fā)酵生產(chǎn)類透明質(zhì)酸的具體實(shí)施效果見(jiàn)表4。

表4傳統(tǒng)攪拌式發(fā)酵罐發(fā)酵生產(chǎn)類透明質(zhì)酸的工藝條件及實(shí)施效果

對(duì)比表2實(shí)施效果，可以看出在所分析的轉(zhuǎn)速和通氣量的范圍內(nèi)，采用本發(fā)明提出的裝置發(fā)酵生產(chǎn)類透明質(zhì)酸，產(chǎn)量提高1～1.8g/L，表觀粘度明顯增大，轉(zhuǎn)化率提高2.5％～4.5％，發(fā)酵周期縮短10小時(shí)左右。表明本發(fā)明提出的系統(tǒng)裝置強(qiáng)化粘度范圍為1.0×10³～5.0×10⁴mPa·s的胞外多糖生物發(fā)酵過(guò)程，可以縮短發(fā)酵周期，并提高微生物多糖的質(zhì)量。

對(duì)比例3

生產(chǎn)黃原膠，采用裝置以及實(shí)施步驟同實(shí)施例2，區(qū)別在于：

步驟3)中不開啟液下泵。

具體實(shí)施效果見(jiàn)表5。

表5不開啟液下泵生產(chǎn)黃原膠的工藝條件及實(shí)施效果

對(duì)比表1實(shí)施效果，可以看出在所分析的轉(zhuǎn)速和通氣量的范圍內(nèi)，采用本發(fā)明提出的裝置，但是不開啟液下泵發(fā)酵生產(chǎn)類黃原膠，產(chǎn)量降低9～12g/L，表觀粘度明顯降低，轉(zhuǎn)化率降低15％～25％，發(fā)酵周期縮短到36小時(shí)左右，這是因?yàn)榘l(fā)酵后期粘度增大，單純依靠提升器的作用不能將發(fā)酵液提至旋轉(zhuǎn)床中，致使發(fā)酵終止。表明本發(fā)明提出的系統(tǒng)裝置，如果不啟用液下泵，雖然發(fā)酵周期縮短，但微生物多糖的質(zhì)量降低。

綜上所述：超重力旋轉(zhuǎn)床裝置和液下泵之間相互配合，協(xié)同作用，使其對(duì)微生物多糖發(fā)酵的作用效果最優(yōu)。本發(fā)明的裝置可極大縮短發(fā)酵周期，提高粘多糖的產(chǎn)量及質(zhì)量，并顯著降低成本。

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定，對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，這里無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。