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木糖醇作为功能性糖醇备受人们的关注。D-阿拉伯糖醇和D-木酮糖作为发酵法生产木糖醇的重要中间产物,实现其高产对木糖醇的生产具有重要意义。本课题的核心是通过优化发酵条件实现D-阿拉伯糖醇和D-木酮糖的高产,对发酵法生产木糖醇的工业化具有重要的作用和意义。主要研究内容包括:以德巴利汉逊酵母(Debaryomyces hansenii)为出发菌株,在摇瓶下研究发酵的主要因素对合成D-阿拉伯糖的影响,结果表明:菌体生长和产物生成的最适温度不同,而变温实验对D-阿拉伯糖醇的生成有促进作用;通过添加盐类来改变发酵体系的渗透压,不利于D-阿拉伯糖醇的生成;pH的影响表现为过低时会影响菌体的生长,最终影响产物D-阿拉伯糖醇的生成,以碳酸钙维持pH对D-阿拉伯糖醇的生成有促进作用;氧载体的添加对D-阿拉伯糖醇的生成有促进作用,而表面活性剂的效果因种类不同而相差较大。对上述具有明显促进作用的因素进行了响应面实验,通过对模型方程及响应面的分析,优化得到D-阿拉伯糖醇发酵的最适条件为曲拉通X-100 12.97 g/L,碳酸钙2.14 g/L,过氧化氢1.90 mmol/L,预测在此条件下D-阿拉伯糖醇的产量为80.11 g/L,实验后D-阿拉伯糖醇的产量为87.71 g/L,与模型预测值相符。验证了发酵条件以及添加剂在德巴利汉逊酵母发酵产D-阿拉伯糖醇过程中的作用。从四株弱氧化醋杆菌(Acetobacter suboxydans)中挑选出一株能将D-阿拉伯糖醇高效转化成D-木酮糖的菌株作为出发菌株。研究了葡萄糖对D-木酮糖发酵的影响,随着葡萄糖浓度的增加,D-木酮糖的产量和转化率均较低。通过添加碳酸钙以维持发酵体系的pH,1 g/L葡萄糖添加0.33 g/L碳酸钙时,可实现D-木酮糖的高产,产率达到90%。在摇瓶发酵的基础上,进行放大实验。分别进行了D-阿拉伯糖醇分批发酵、补料分批发酵和D-木酮糖发酵放大实验。结果表明,分批发酵条件下,D-阿拉伯糖醇的产量最高达到了90.27 g/L,单位时间产率最高达到0.43 g/(L·h);补料分批发酵,D-阿拉伯糖醇的产量最高达到了121 g/L,单位时间产率最高为0.66 g/(L·h),补料分批发酵与分批发酵相比D-阿拉伯糖醇的产量和单位时间产率均得到了提高。变温补料分批发酵对D-阿拉伯糖醇的生成有促进作用,与未变温的补料分批发酵相比,在产量相当的情况下,缩短了发酵时间,提高了单位时间产率。在D-阿拉伯糖醇放大实验的基础上进行D-木酮糖放大实验,转化率达到93.54%,在15 L发酵罐上实现了D-阿拉伯糖醇和D-木酮糖的高产,对发酵法生产木糖醇的工业化具有重要的意义。