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本论文主要对微生物产酶特性、酶法制取低聚果糖（FOS）优化条件、FOS的中试工艺以及相关设备的配置、以及两个关键设备进行了设计和研究：1.生产菌株的确定。通过对黑曲霉、节杆菌和米曲霉产β-呋喃果糖苷酶特性研究，确定黑曲酶的比活力在24小时，30℃培养条件下达最大为13.05，但此时产酶量较小，在72，30℃培养条件下酶活达12.59u/ml，且酶产率最高。通过显微镜和电镜观察，该菌株具有典型的黑曲霉特性，一般生长3天后，可出现明显的黑色孢子覆盖在培养基表面。2.培养基优化条件的确定： （1）蔗糖为该菌株的最佳碳源、且具有诱导作用。有机氮比无机氮效果略优。 （2）二次回归正交旋转组合实验设计证明X1（蔗糖%）、X2（蛋白胨和硫酸铵%）、X3（MgSO4+FeCl3％）、X4（培养时间hr）为影响酶产率的主要因素，其它影响因素可忽略。四个因素对酶产率的影响大小依次为： 培养时间（X4）＞蛋白胨和硫酸铵（X2）＞蔗糖（X1）＞MgSO4+FeCl3（X3）。 （3）通过试验得出各主要因素对酶产率影响的有效模型： Y=53.483+2.792X1+1.117X2+1.358X3+5.342X4+2.123X12-0.788X1X2 +2.085X22-1.763X2X4+1.910X32+1.898X42 在试验范围内，相对较高的蔗糖浓度和较长的培养时间有利于酶产率的提高。 （4）优化后的培养基配方为：蔗糖（6.0％）、蛋白胨和硫酸铵（0.35 ＆ 0.35％）、硫酸镁和氯化铁（0.034 ＆ 0.034%）、最佳培养温度为30℃，最佳pH为7.0左右，培养时间（67hr）。在此条件下，可获得100mg/ml以上的酶产率。3.饱和实验设计确定菌体与海藻酸钠溶液混合比例定为1∶1，海藻酸钠溶 液浓度定为2％。上述条件下固定化后酶活力仍保持原活力的84.5%，达851U/g。上述条件下固定化菌体酶的半衰期为273.5小时。4.固定化菌体酶生产FOS的原料配比为：蔗糖50%，MgSO4 0.05%，30℃条件下，加入4%的该固定化菌体酶反应，经反应48小时后，HPLC法测得FOS含量为43.5%。5.发酵罐生产FOS试验研究 （1）进行了小规模的30L发酵罐生产FOS试验研究，在温度30℃、pH=7.0、搅拌速率（200rpm）、通气量0～24hr时1：0.5v/v/min,24～48hr时1∶1v/v/min，48～72hr：1.2v/v/min的条件下，经固定化后酶活力可达942u/g，兼顾浓缩工艺、生产周期和较高的 博士学位论文 低聚果糖中间试验及其关键设备的设计2000年5月 东北农业大学 FOS％t．最后确定的蔗糖浓度为扣叽。酶添加量孤的反应周期为H小时、R石含量 达硼．％，高于嗯咖一级品要求。 （2）进行了1000L发酵罐的中试生产实验。进行了培养基配方的改进，采用正交实 验设计确定的较合适培养基配比为：蔗糖矾，麦芽汁0．％，蛋白陈0．拙。培养基固 含量在7．双左右，盼接种量，通气量为：G24llr时1：0．SV／v／Inin，Zwt hr时1： Iv／v／min，48 hrde终点1：1．Zv／v／min，该培养基产酶活力可达1000u／g，以上，比 原来培养基产酶活力（942［J／g）提高SWelCh。笆的温度为30oC，反应48 ’J＼时。 试验结果o含量达到50．叽。 6．Fds的检测 门)确定采用 LC—4A高效液相色谱仪，RID—6A示差检测器，C—R6A数据处理 机，折光检测器灵敏度为xs，柱：Bio－rad．丑＠趾PakL6．smmx3the流动相：乙睛： 水＝70：30，流速：IITlljIYllrl的条件下，高效液相色谱法检测y的时间只有20分钟 ／个样品，且结果精确。 （2）确定岛津 GC－7AG型气相色谱仪（附带 CEIB自动分析仪）。玻璃柱：0．4mm X 1．2m固定相：S山口刀出OV 17上海试剂厂：于350℃下30rll．－ra－－－－－－－－－－氮气下老化12小时。 柱温：120’C（0 Inn）－340’C（4 nun）；升温速度 10t／Inn；汽化室和检测器温度 350℃一ID H尿ml／——；N印mVInln；N历皿切1／mjn；灵敏度10：衰减1门6；纸速 2．SInln／ min。也可较准确地检测n石。同时对用化学法间接测定 o进行了研究。 7．比较了Lineweaver－－BUrk双倒数作图法，HaneS－Woif法，WooMpeolslze法 对 r和 Vin进行求解的结果，最后采用 milkinson数据处理方法求KIn和伽。Woi Awin－Holktee法与Wilkinson法的结果最为接近，Wilkinson法的结果最为可 信。Wilkinson法测的该黑曲霉的p－吱哺果糖若酶（E．C．3．2．126）的凡＝ 0 0607M460．7 fnM；Vin＝ 0．505 IIWelllin。 8该中试厂的年产量按100吨设计，规模较小，故以一个车间的形式对中试厂进行了 设计，绘制了车间即该中试厂的平面布置规划图。 9 对e产品的质量标准进行了规定，并对其生产工艺进行了设计，对相应物料平 衡及蒸汽量进行了计算，同时结合中试厂的规模，对相应的设备进行选型与配套。 10?