2.1.2 碳源種類及其質(zhì)量濃度的優(yōu)化

培養(yǎng)基是富含多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的混合物，碳源是組成培養(yǎng)基的主要成分之一，其主要作用是構(gòu)成菌體細(xì)胞成分并為生命活動(dòng)提供所需能量，葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖和可溶性淀粉均是易被微生物利用的碳源。作者選擇價(jià)廉易得的葡萄糖、蔗糖和可溶性淀粉為碳源，進(jìn)行碳源篩選及質(zhì)量濃度優(yōu)化，結(jié)果如圖2所示。

由圖2(a)可知，與對(duì)照不添加碳源相比，添加蔗糖的細(xì)胞濃度略高，A_600nm達(dá)0.917，而其他兩種碳源的細(xì)胞濃度均低于對(duì)照，說(shuō)明蔗糖有利于GX2的快速繁殖。其中，葡萄糖的4值顯著低于對(duì)照，其可能是因?yàn)闇缇鷷r(shí)會(huì)與其他物質(zhì)反應(yīng)生成抑制菌株生長(zhǎng)的有毒物質(zhì)，即“美拉德反應(yīng)”產(chǎn)物。此外，隨著蔗糖濃度的升高，細(xì)胞濃度先增加后降低(圖2(b))，蔗糖添加量為5g/L時(shí)，細(xì)胞濃度最大，發(fā)酵液的A_600nm為1.175。故確定GX2的最佳碳源為蔗糖，添加質(zhì)量濃度為5g/L。

2.1.3 氮源種類及其質(zhì)量濃度優(yōu)化

氮源主要用來(lái)構(gòu)成微生物細(xì)胞和代謝產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，常用的氮源有無(wú)機(jī)氮源和有機(jī)氮源。無(wú)機(jī)氮源成分單一，吸收利用較快；有機(jī)氮源含有豐富的蛋白質(zhì)和游離的氨基酸，可以被生物緩慢利用。氮源種類及質(zhì)量濃度優(yōu)化結(jié)果如圖3(a)和圖3(1))所示。
 

2.1.4 裝液量?jī)?yōu)化

溶解氧為好氧微生物生長(zhǎng)所必需，是進(jìn)行能量代謝的重要物質(zhì)，供氧條件直接影響菌體生長(zhǎng)繁殖以及細(xì)胞代謝。搖瓶培養(yǎng)的溶解氧濃度主要通過(guò)轉(zhuǎn)速和裝液量進(jìn)行控制，相同攪拌轉(zhuǎn)速條件下，裝液量越大，溶解氧濃度越低，裝液量直接影響菌體在生長(zhǎng)過(guò)程。250mL搖瓶中裝液量分別為50、100、150、200mL時(shí)，研究溶解氧對(duì)細(xì)胞濃度的影響，結(jié)果如圖4所示。當(dāng)裝液量為100mL時(shí)，枯草芽孢桿菌GX2的細(xì)胞濃度最大，0D值達(dá)1.554，比未優(yōu)化前提高了44.3％。

綜上，好氧堆肥用芽孢桿菌GX2的搖瓶培養(yǎng)條件優(yōu)化結(jié)果表明：GX2的最佳培養(yǎng)基為搖瓶基礎(chǔ)培養(yǎng)基，5g/L蔗糖和5g/LNaN03，裝液量為250mL搖瓶裝液100mL。通過(guò)搖床培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件優(yōu)化，可有效提高枯草芽孢桿菌GX2的細(xì)胞濃度。

2.2 發(fā)酵罐分批補(bǔ)料技術(shù)研究

在實(shí)際的分批發(fā)酵過(guò)程中，連續(xù)或問(wèn)隔補(bǔ)加限制性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或新鮮培養(yǎng)基，稱為分批補(bǔ)料發(fā)酵，可延長(zhǎng)微生物的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期和穩(wěn)定期的持續(xù)時(shí)問(wèn)，提高細(xì)胞濃度。分批發(fā)酵過(guò)程在細(xì)胞濃度不斷增加進(jìn)而耗盡可利用底物時(shí)，細(xì)胞濃度不再增加，而分批補(bǔ)料發(fā)酵可有效解決這一問(wèn)題，提高發(fā)酵效率。

2.2.1 發(fā)酵罐分批補(bǔ)料對(duì)細(xì)胞濃度的影響

在搖瓶培養(yǎng)條件優(yōu)化的基礎(chǔ)上，以3L發(fā)酵罐進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，當(dāng)蔗糖質(zhì)量濃度低于初始質(zhì)量濃度的一半以下時(shí)，補(bǔ)加質(zhì)量質(zhì)量濃度50g/L的蔗糖溶液至初始質(zhì)量濃度，研究發(fā)酵罐分批補(bǔ)料對(duì)枯草芽孢桿菌GX2細(xì)胞濃度的影響，結(jié)果如圖5所示。

可見(jiàn)，與搖瓶培養(yǎng)不同，由于發(fā)酵罐可實(shí)現(xiàn)發(fā)酵條件特別是pH的在線實(shí)時(shí)控制，為枯草芽孢桿菌GX2提供了良好的生長(zhǎng)環(huán)境，細(xì)胞繁殖速度加快，發(fā)酵至4h后即進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，碳源(蔗糖)也快速被消耗，存第8小時(shí)時(shí)蔗糖質(zhì)濃度由起始的5.0g/L左右降低至1.8g/L，成為制約菌體生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素，此時(shí)，補(bǔ)加50g/L的蔗糖溶液至4.5g/L左右，細(xì)胞濃度再次呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，在第9小時(shí)時(shí)完成第二次補(bǔ)料，最終分批補(bǔ)料的發(fā)酵液最大A_600nm達(dá)2.250，而分批發(fā)酵的A_600nm為1.900，對(duì)應(yīng)的活菌數(shù)分別為1.8×10¹⁰、1.2×10¹⁰CFU/mL，南此可見(jiàn)，分批補(bǔ)料操作可有效提高發(fā)酵液的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞濃度。

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