醋酸菌培養條件的優化及醋酸分批發酵

1.7檢測方法
　　總酸度的測定:滴定法[2]。
　　乙酸乙酯測定:氣相色譜測定法[3]。
　　乙醇轉酸率計算公式[4]:
　　
　　還原糖測定:3,5-二硝基水楊酸法[5]。
　　氨基氮測定:甲醛滴定法[6]。
　　1.8醋酸菌SM12-87的分批發酵試驗[7]
　　利用優化培養條件配製發酵培養基,用全自動5 L發酵罐進行醋酸分批發酵。2結果與討論
　　
　　2.1培養條件
　　根據單因子試驗,影響醋酸產量的主要因素有:葡萄糖+酵母膏,乙醇含量,pH,溶氧,培養時間。采用L27(313)正交表進行培養條件優化試驗。實驗結果見表2、表3。
　　表2 以醋酸產量為檢測指標的正交試驗直觀分析表
　　
　　由極差分析的R值可以看出,影響產酸的各因素主次順序為D > E > A> C >B;最佳工藝條件為A2 B1C2 D3 E3。
　　表3以醋酸產量為檢測指標的正交試驗方差分析表
　　
　　**表示影響高度顯著;*表示影響顯著
　　F1-0.1(2, 12)=2.81,F1-0.05(2, 12)=3.89,
　　F1-0.01(2, 12)=6.93
　　F1-0.1(4, 12)=2.48,F1-0.05(4, 12)=3.26,
F1-0.01(4, 12)=5.41
　　由方差分析表可見,D對醋酸菌的產酸影響高度顯著,A、E對醋酸菌的產酸影響顯著, A與B、A與C的交互作用對產酸有一定影響,A與D的交互作用對產酸影響不顯著。從方差分析可知,溶氧條件D3對產酸影響非常顯著。由此可見,醋酸菌雖然是好氧菌,但過高的溶氧對醋酸菌的生長和產酸都是不利的。
　　由直觀分析表和方差分析表可知最佳工藝條件為:葡萄糖10 g/L,酵母膏10 g/L,乙醇10%(v/v),初始pH值5.5,相對裝量50 mL/500 mL,靜置培養5 d。
　　2.2接種量、培養溫度及乙醇含量對醋酸產量的影響
　　醋酸菌SM12-87在優化條件下,以不同接種量、培養溫度及乙醇含量靜置培養5 d,測定醋酸產量。不同條件對醋酸產量的影響,10%的接種量產酸最高,達89.23 g/L。接種量低會延長延滯期,靜置培養5 d產酸值達不到最高;接種量過高會導致菌體過早衰老、自溶,產酸值也減少。

溫度/℃
　　　　30 ℃下培養產酸最高,達91.3 g/L。由此表明30 ℃為醋酸菌SM12-87的最適培養溫度。

在10%的乙醇含量下,醋酸產量最高。說明醋酸菌SM12-87雖然具有很強的耐乙醇能力,但高於10%(v/v)的乙醇含量會抑製該菌生長和產酸,乙醇轉化率也會顯著降低;當乙醇含量低於10%時,生長速率、產酸速率和酒精轉化率都較高,但總酸度相對較低。
　　2.3優化培養條件的驗證
　　優化前後的培養條件下醋酸和乙酸乙酯產量,正交試驗確定的培養條件是可行的。
　　　　2.4醋酸菌SM12-87的分批發酵試驗
2.4.1醋酸液態深層發酵將高產突變醋酸菌株SM12-87擴大培養至對數期後期,以10 %的接種量接入發酵罐中,乙醇含量10 %(v/v),調節生長階段溫度為30 ℃~33 ℃,產酸階段溫度為30 ℃,通氣量前期和後期為1∶0.1(v/v)/min、中期為1∶0.12(v/v)/min。連續2次測定酸度未上升或下降,發酵結束。
　　2.4.2分批發酵實驗與發酵動力學參數
　　發酵過程主要參數變化。從菌體生長曲線可知,菌體在0~5 h為延滯期,5~15 h為對數期,15~58 h為穩定期,58~67 h進入衰亡期。在對數期,醋酸的增加隨菌體的增加而增加;在穩定期,醋酸菌菌體數量不再增加,但醋酸產量繼續增加;進入衰亡期產酸逐漸停止。由此可見該菌株合成醋酸是部分生長關聯型。此次分批發酵,總酸度達92.8 g/L,乙醇轉酸率為90.08%,至發酵結束,平均產酸速率為1.389 g·L-1·h-1。
　　 3討論
　　 驗證實驗的結果可以看出,通過正交試驗確定的優化培養條件是合理可靠的,滿足了該菌株的生理學要求。巴氏醋杆菌是一種耐酒精能力強、醋酸產量高的醋酸菌株,它在10%(v/v)酒精度下生長旺盛,靜置培養5 d,總酸度可達91.67g/L。在乙醇含量為10%(v/v)的發酵培養基中液態分批發酵67 h,得到總酸度為92.8 g/L的液態醋。由於產酸速率加快,發酵時間縮短,乙醇揮發減少,酒精轉化率達到90.08%,同時也減少了電耗,減輕了勞動量,降低了成本,顯示了液態發酵在製醋上的優勢。
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