氣升式發(fā)酵產(chǎn)細(xì)菌纖維素的中試實驗研究

許云華，馬波，，張衡，梁光蕓

（1.連云港師范高等專科學(xué)校生命科學(xué)系，江蘇連云港222006；2.南京理工大學(xué)化學(xué)生物功能材料研究所，江蘇南京210094）

氣升式發(fā)酵產(chǎn)細(xì)菌纖維素的中試實驗研究

許云華1，馬波1，2，張衡2，梁光蕓2

（1.連云港師范高等?？茖W(xué)校生命科學(xué)系，江蘇連云港222006；2.南京理工大學(xué)化學(xué)生物功能材料研究所，江蘇南京210094）

細(xì)菌纖維素的氣升式發(fā)酵相對于機(jī)械攪拌式發(fā)酵具有低剪切力、運行成本低、周期短等優(yōu)勢，其中試深層發(fā)酵試驗研究是其工業(yè)化生產(chǎn)的必經(jīng)階段，有著極為重要的研究價值和意義。利用實驗室20L-100 L-1 000 L氣升式發(fā)酵罐系統(tǒng)對細(xì)菌纖維素進(jìn)行中試試驗，測定了葡糖桿菌在100 L種子罐中的對數(shù)生長期曲線，研究恒定通風(fēng)量和逐級增加通風(fēng)量對1000L氣升式發(fā)酵產(chǎn)細(xì)菌纖維素的影響，采用流加碳源葡萄糖的方法維持發(fā)酵中后期的碳源濃度、提高纖維素產(chǎn)量。在種子生長曲線對數(shù)期的后期（42 h）菌體濃度達(dá)到2×108CFU/mL，逐級增加通風(fēng)量比恒定通風(fēng)量時的發(fā)酵周期縮短了12h，菌體濃度增加了37%，細(xì)菌纖維素終產(chǎn)量提高到2.7g/L，流加碳源葡萄糖后的纖維素產(chǎn)量相對于未流加時提高了21.7%。

細(xì)菌纖維素；中試研究；氣升式發(fā)酵；發(fā)酵周期

細(xì)菌纖維素（bacterial cellulose，BC）具有超細(xì)［1］、純度高［2］、力學(xué)強(qiáng)度大［3］、生物相容性好［4-5］等特性，已成功應(yīng)用于食品［6-7］、造紙［8-9］、組織工程［10］、醫(yī)用敷料［11-12］等行業(yè)。近年來，細(xì)菌纖維素的瓶頸——規(guī)模化生產(chǎn)，受到了廣泛關(guān)注［13］。目前，較成熟的BC生產(chǎn)方式為靜態(tài)淺盤培養(yǎng)，如在我國海南省等地有較多相關(guān)靜態(tài)發(fā)酵產(chǎn)業(yè)化案例，但該方式存在發(fā)酵周期長、占地面積大、產(chǎn)品應(yīng)范圍受限等缺點［13］；而采用生物反應(yīng)器好氧深層發(fā)酵的動態(tài)方式發(fā)酵產(chǎn)細(xì)菌纖維素因供氧充足利于菌體生長、發(fā)酵周期短、生產(chǎn)效率高和產(chǎn)品更易加工處理等優(yōu)點，受到廣泛重視［13］。就較大規(guī)模的動態(tài)發(fā)酵而言，所用的生物反應(yīng)器主要有兩種形式：機(jī)械攪拌式和氣升式發(fā)酵罐。用機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐大規(guī)模生產(chǎn)細(xì)菌纖維素常常會遇到許多問題，如會自發(fā)出現(xiàn)Cel-突變株，使得纖維素產(chǎn)量下降［14］；渦流的存在會對纖維素的聚合及結(jié)晶產(chǎn)生不良影響，從而導(dǎo)致多糖的產(chǎn)量下降。

同機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐相比，氣升式發(fā)酵罐由于無機(jī)械攪拌而大幅降低了剪切力對菌體細(xì)胞和產(chǎn)物的影響［14］，對細(xì)胞產(chǎn)BC更為有利；其次，從發(fā)酵能耗方面比較，氣升式發(fā)酵罐由于無需機(jī)械攪拌而節(jié)省生產(chǎn)成本20%以上，特別是規(guī)?；糯笊a(chǎn)后，其綜合效益將更優(yōu)；從生產(chǎn)工藝上比較，氣升式發(fā)酵產(chǎn)BC的工藝更簡單，省去了摸索不同攪拌葉片形式和攪拌轉(zhuǎn)速等試驗周期；從設(shè)備方面比較，氣升式發(fā)酵罐更易于加工和維護(hù)、避開了機(jī)械攪拌罐軸封常出現(xiàn)的密封不嚴(yán)實及導(dǎo)致的染菌等問題。

目前，國內(nèi)有關(guān)細(xì)菌纖維素發(fā)酵研究主要包括：菌種優(yōu)化、碳源和氮源、配方與工藝條件、小型機(jī)械攪拌和氣升式發(fā)酵罐等方面。首先，獲得高產(chǎn)而穩(wěn)定的菌種是實現(xiàn)規(guī)?；I(yè)化生產(chǎn)的首要任務(wù)，在產(chǎn)纖維素菌種方面，已報道的有葡糖醋酸菌屬、醋酸桿菌屬等十幾個屬［15-18］，其中木醋桿菌是目前研究最多且產(chǎn)纖維能力最強(qiáng)的菌種［19］。通過基因工程法改良菌種，也可大幅提高菌株產(chǎn)纖維素能力。如Setyawati等［20］將Vitreoscilla hemoglobin（VHb）在木醋桿菌中表達(dá)，可將靜態(tài)發(fā)酵纖維素產(chǎn)量提高70%。在碳源、氮源及配方工藝條件方面，國內(nèi)外的研究者進(jìn)行了大量的實驗研究［21-23］。近幾年國內(nèi)相關(guān)研究者更加關(guān)注采用腐爛水果、大豆糖蜜等廉價農(nóng)副產(chǎn)品作為碳源、氮源等進(jìn)行BC發(fā)酵研究［24-27］，嘗試降低其生產(chǎn)成本。

目前，在國內(nèi)外文獻(xiàn)中有較多小型發(fā)酵罐（50 L及以下）產(chǎn)BC的研究報道［28-30］，如Song等［31］采用了一種小型的球形氣升式生物反應(yīng)器（10 L）進(jìn)行BC發(fā)酵，該生物反應(yīng)器具有低剪切力、高溶氧和促進(jìn)代謝產(chǎn)物BC積累的作用，其BC最高產(chǎn)量超過5 g/L，遠(yuǎn)高于機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐的BC產(chǎn)量。雖然在BC的小型氣升式發(fā)酵罐方面取得了一定的研究進(jìn)展，卻少有BC的氣升式發(fā)酵中試研究（100 L及以上）相關(guān)報道，而中試級別氣升式生物反應(yīng)器產(chǎn)BC的試驗研究對商業(yè)化生產(chǎn)極其重要，必須進(jìn)行相關(guān)中試試驗研究，才能確定氣升式發(fā)酵工藝是否適用于工業(yè)生產(chǎn)，同時對優(yōu)化生產(chǎn)工藝、降低生產(chǎn)成本、提高BC產(chǎn)量具有重要的研究價值。本文采用實驗室已有的20 L-100L-1000 L氣升式發(fā)酵罐系統(tǒng)，對實驗室選育的葡糖桿菌RZS01（Komagataeibacter nataicola RZS01）氣升式深層發(fā)酵產(chǎn)纖維素進(jìn)行了中試發(fā)酵研究，對推動我國細(xì)菌纖維素氣升式工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)具有重要意義。

1材料與方法

1.1主要材料和儀器

菌種：由南京理工大學(xué)化學(xué)生物功能材料研究所篩選，經(jīng)16S rDNA基因測序鑒定為葡糖醋桿菌RZS01（Komagataeibacter nataicola RZS01），并保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心（北京），保藏編號為CGMCC 10961。

斜面培養(yǎng)基［32］：葡萄糖20 g/L，蔗糖10 g/L，硫酸鎂0.4 g/L，檸檬酸1.1 g/L，磷酸二氫鈉2.5 g/L，蛋白胨10 g/L，瓊脂18 g/L，酵母粉1 g/L，pH6.0；

種子培養(yǎng)基［32］：葡萄糖20 g/L，硫酸銨6 g/L，磷酸二氫鉀1 g/L，硫酸鎂0.4 g/L，蛋白胨3 g/L，酵母粉2.25 g/L，羧甲基纖維素鈉0.4 g/L，自然pH；

發(fā)酵培養(yǎng)基［32］：葡萄糖22.5 g/L，硫酸銨1g/L，磷酸二氫鉀5g/L，硫酸鎂0.7g/L，蔗糖27.5 g/L，乳酸鈣0.2 g/L，檸檬酸0.6g/L，蛋白胨10 g/L，醋酸1.5 mL/L，酵母粉7.5 g/L，羧甲基纖維素鈉0.4 g/L，pH6.0。

上述原料中，在斜面及搖瓶實驗中采用分析純，在20 L、100 L及1 000 L種子或發(fā)酵罐中采用食品級原料。

FZ-D型20 L機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐、100 L氣升式種子罐、1000 L氣升式發(fā)酵罐：江蘇豐澤生物工程設(shè)備有限公司；QHZ-98A恒溫振蕩培養(yǎng)箱：太倉市華美生化儀器廠；Inpro3030 pH電極：METTLER TOLED0；Inpro6800溶氧電極：METTLER TOLED0；LWD300-38LT顯微鏡：上海測維光電技術(shù)有限公司；CELL-VUCBC DRM-700細(xì)胞計數(shù)板：南京裕安儀器有限公司；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋：江蘇省金壇市榮華化器制造有限公司；DHG-9035A干燥箱：上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1.2方法

1.2.1試驗方法

1.2.1.1中試發(fā)酵基本工藝流程

活化菌種→搖瓶種子培養(yǎng)（（30±1）℃，160 r/min）→20 L種子罐中種子培養(yǎng)（（30±1）℃）→100 L氣升罐種子擴(kuò)培（（30±1）℃）→1 000 L氣升罐發(fā)酵（（30±1）℃→動態(tài)BC后處理→保存或進(jìn)行實驗研究。

在上述氣升罐發(fā)酵工藝流程中，可依據(jù)試驗工藝選擇不同的通風(fēng)量或工藝進(jìn)行BC的動態(tài)深層發(fā)酵試驗。

1.2.1.220L種子罐中種子培養(yǎng)與工藝試驗

按種子培養(yǎng)基組成配制10 L種子液（先定容至8 L，實消時會產(chǎn)生約2 L的蒸汽冷凝水），調(diào)pH值至6.0，按0.03%比例加消泡劑（江蘇賽歐），加至20 L種子罐中進(jìn)行實消（121℃，20 min）。冷卻至30℃后，火焰保護(hù)下，以8%接種量接種搖床中培養(yǎng)好的種子。采用20 L機(jī)械攪拌種子罐在種子培養(yǎng)時的試驗工藝參數(shù)主要有：液氣比為1 L：0.25 L/min（通氣量為0.16 m3/h），轉(zhuǎn)速為300 r/min，培養(yǎng)溫度為30℃，罐壓為0.08 MPa。在此條件下，進(jìn)行了葡糖桿菌的種子培養(yǎng)。培養(yǎng)過程中測定的參數(shù)主要有：還原糖濃度、pH值、溶解氧濃度（DO）和菌體濃度。

主要研究常規(guī)工藝或條件下，20 L種子罐中還原糖、pH、DO和菌濃的變化，確定移種基本工藝條件或參數(shù)。

1.2.1.3100L種子罐中種子培養(yǎng)與工藝試驗

按種子培養(yǎng)基組成配制70 L種子液，調(diào)pH值至6.0，按0.03%的比例加消泡劑，加至100 L氣升式種子罐中實消，移種管道通蒸汽滅菌。冷卻后，以8%接種量移種。主要培養(yǎng)條件為：液氣比為1∶0.25（通氣量為1.2 m3/h），培養(yǎng)溫度為30℃，罐壓為0.08 MPa。在此條件下進(jìn)行種子擴(kuò)培。過程中測定參數(shù)主要有：還原糖濃度、pH值、DO和菌體濃度。

1.2.1.41000 L氣升罐發(fā)酵與通風(fēng)量工藝試驗

為模擬大試生產(chǎn)工藝，采用三級種子發(fā)酵中試試驗。其中一級種子在恒溫振蕩培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，培養(yǎng)條件為30℃、160 r/min；二級種子在20 L種子罐中培養(yǎng)，接種比例為8%；三級種子在100 L氣升式種子罐中培養(yǎng)，移種比例為8%。

1 000 L氣升式發(fā)酵罐的裝液量為700 L，pH、DO、溫度為在線監(jiān)測控制。主要試驗在通風(fēng)量恒定（19 m3/h）和通風(fēng)量逐級增大（14.4 m3/h～24.1 m3/h）的情況下對BC動態(tài)發(fā)酵的影響。同時，為保證各批次發(fā)酵罐發(fā)酵BC過程參數(shù)、工藝的一致性，設(shè)定了1 000 L氣升式發(fā)酵罐的發(fā)酵條件：培養(yǎng)溫度為30℃、罐壓為0.08 MPa。其它主要測定的參數(shù)有：菌濃、還原糖、BC產(chǎn)量等。

1.2.1.51000 L氣升式發(fā)酵過程中流加碳源對產(chǎn)BC的影響試驗

在以1000 L氣升式發(fā)酵罐進(jìn)行中試試驗過程中，隨著發(fā)酵液中碳源葡萄糖的消耗，還原糖濃度逐漸降低至1.5%時，進(jìn)行葡萄糖的流加，并保持還原糖濃度在（1.5±0.1）%左右。流加24 h后結(jié)束流加，至還原糖降至最低時停止發(fā)酵。實驗過程中其它工藝參數(shù)為：培養(yǎng)溫度為30℃、罐壓為0.08 MPa。其它主要測定的參數(shù)有：pH值、菌濃、還原糖、DO、BC產(chǎn)量等。

1.2.2檢測方法

還原糖測定［32］：采用工業(yè)測糖法進(jìn)行測定。

pH值、DO測定：均采用在線實時檢測，其中DO校準(zhǔn)時，以大氣中含氧量標(biāo)定為100%，以實消過程中121℃、0.1 MPa條件下標(biāo)定為0。

菌濃測定［32］：采用血球計數(shù)板在光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行細(xì)胞計數(shù)，計數(shù)前按需要將發(fā)酵液稀釋一定的倍數(shù)。

BC產(chǎn)量測定［32］：依據(jù)試驗需要按一定的發(fā)酵周期進(jìn)行取樣，在發(fā)酵罐取樣口遵循無菌取樣操作每次取100 mL發(fā)酵液。過濾除去培養(yǎng)液，收集絮狀BC并分散在含0.3%NaOH和0.3%H2O2的水溶液中，于80℃水浴鍋中處理2 h～4 h。用自來水沖洗至中性后，將BC放置于80℃的普通干燥箱中過夜（12 h），計算每升培養(yǎng)液中所含有的BC干重即為BC產(chǎn)率。

2結(jié)果與討論

2.1100L種子罐相關(guān)工藝、參數(shù)研究

為研究葡糖醋桿菌種子在100 L種子罐中的生長對數(shù)期表現(xiàn)與還原糖、菌體濃度等參數(shù)變化，詳細(xì)測定或監(jiān)測了種子培養(yǎng)過程中還原糖、pH值、DO和葡糖醋桿菌細(xì)胞濃度（菌體濃度）的變化情況，結(jié)果見圖1。

圖1　100L種子罐培養(yǎng)過程中各參數(shù)的變化情況Fig.1Process parameters curves during the seed culture process in 100 L fermentor

如圖1中所示，可以發(fā)現(xiàn)在100 L種子罐的種子液培養(yǎng)過程中，前12 h中葡糖醋桿菌細(xì)胞濃度（菌體濃度）變化不大，大約在1.5×107CFU/mL左右，為明顯的細(xì)胞生長曲線延滯期；在12 h～42 h期間，菌體濃度迅速增加到接近2×108CFU/mL，為葡糖醋桿菌的對數(shù)生長期，在該階段中種子液的還原糖、pH值和DO均大幅下降，其中還原糖濃度降低了0.55%、pH值降低了0.31、DO下降了約25%；依據(jù)本實驗室前期研究結(jié)果［32］，在葡糖醋桿菌種子液的細(xì)胞濃度接近或達(dá)到2×108CFU/mL時較適宜移種。

2.21000 L氣升式發(fā)酵罐通風(fēng)量試驗

圖2是在保持1 000 L氣升式發(fā)酵罐的通風(fēng)量恒定時，菌體濃度、產(chǎn)量等參數(shù)的變化曲線。

圖2　1000 L氣升式發(fā)酵罐恒定通風(fēng)量發(fā)酵培養(yǎng)過程中各參數(shù)的變化情況Fig.2BC fermentation experimental curves under constant ventilation in 1 000 L air lift fermentor

在發(fā)酵周期前25 h，發(fā)酵液的pH、DO和還原糖含量均較快幅度下降，而細(xì)胞菌體濃度和BC產(chǎn)量開始上升，表明葡糖醋桿菌細(xì)胞開始增殖并產(chǎn)生次級代謝產(chǎn)物細(xì)菌纖維素；發(fā)酵第25 h～33 h后還原糖含量略有反彈情況發(fā)生，而pH、DO則維持下降趨勢，BC產(chǎn)量持續(xù)增加，其原因可能是發(fā)酵液pH降低后導(dǎo)致少量蔗糖發(fā)生水解反應(yīng)；發(fā)酵33 h后發(fā)酵液的還原糖、pH和DO同時進(jìn)入快速下降階段，BC產(chǎn)量大幅提升至2 g/L左右，菌體濃度快速增加到1.25×108CFU/mL；在發(fā)酵進(jìn)行至60 h時，pH、還原糖和DO降低不明顯，產(chǎn)量和細(xì)胞菌體濃度增加較緩慢；在發(fā)酵周期達(dá)到72h～76 h時，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞菌體濃度開始出現(xiàn)下降趨勢，表明可能有部分細(xì)胞開始自溶。最終1 000 L氣升式發(fā)酵罐的BC中試試驗產(chǎn)量為2.3 g/L。在產(chǎn)物形態(tài)方面，同機(jī)械攪拌發(fā)酵罐相比，氣升罐動態(tài)發(fā)酵得到的細(xì)菌纖維素更細(xì)，且有較多長絲狀纖維生成，部分纖維絲帶之間纏結(jié)形成小球狀，表明不同發(fā)酵方式對產(chǎn)品纖維的形態(tài)產(chǎn)生了影響。

在BC氣升式發(fā)酵罐的發(fā)酵過程中，通風(fēng)量恒定情況下，發(fā)酵中后期的發(fā)酵液中溶解氧相對含量出現(xiàn)大幅下降，從而可能會導(dǎo)致葡糖醋桿菌增殖和次級代謝產(chǎn)物BC的生成速率下降。實驗中，采取分段逐級增加通風(fēng)量以克服代謝副產(chǎn)物增多導(dǎo)致的粘度過大、溶氧降低和傳質(zhì)效率下降的問題。

圖3　1000 L氣升式發(fā)酵罐逐級加大通風(fēng)量發(fā)酵培養(yǎng)過程中各參數(shù)的變化情況Fig.3BC fermentation experimental curves under enhancive ventilation step by step in 1 000 L air lift fermentor

如圖3所示，1 000 L氣升式發(fā)酵罐的通風(fēng)量從初始階段（0～24 h）的14 m3/h，增加到發(fā)酵中期（24 h～48 h）的19 m3/h和發(fā)酵后期（48 h～64 h）的24 m3/h；其相應(yīng)發(fā)酵液中的DO值隨著發(fā)酵周期的延長而降低，但下降的幅度明顯降低，試驗中的DO值始終維持在35%以上。最終的發(fā)酵周期僅為64 h，菌體濃度達(dá)到1.72×108CFU/mL，BC終產(chǎn)量為2.7 g/L。相對于恒定通風(fēng)量實驗，逐級增加通風(fēng)量實驗的發(fā)酵周期縮短了12 h，菌體濃度增加了37%，而次級代謝產(chǎn)物BC終產(chǎn)量提高了17.4%，表明在氣升式發(fā)酵罐中進(jìn)行BC的中試發(fā)酵試驗時根據(jù)發(fā)酵不同階段逐級提高通風(fēng)量是一種有效的策略，對縮短發(fā)酵周期、降低發(fā)酵成本、提高菌體濃度和代謝產(chǎn)物BC的產(chǎn)量均有明顯的促進(jìn)作用。2.31 000 L氣升式發(fā)酵罐流加碳源試驗

采用流加碳源、補(bǔ)酸或補(bǔ)堿等提高代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的方法是一種發(fā)酵工程中較常用的策略。葡糖醋桿菌細(xì)胞合成細(xì)菌纖維素的底物為葡萄糖，在分批式發(fā)酵中，隨著底物葡萄糖的耗盡，發(fā)酵達(dá)到終點。本試驗中，對1 000 L氣升式發(fā)酵罐進(jìn)行流加葡萄糖的試驗結(jié)果見圖4。

圖4　1000 L氣升式發(fā)酵罐發(fā)酵培養(yǎng)過程中流加葡萄糖與各參數(shù)的變化情況Fig.4BC fed batch of glucose and fermentation experimental curves in 1 000 L air lift fermentor

流加葡萄糖的過程從發(fā)酵周期第40 h到72 h，葡萄糖濃度保持在1.5%左右。在流加碳源葡萄糖的過程中，發(fā)酵液DO從60%下降至20%，BC產(chǎn)量從0.8 g/L增加至2.2 g/L。同時，圖4中明顯出現(xiàn)一個值得探討和研究的現(xiàn)象，流加過程中，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵液的pH值由4.5逐漸升高至5.7左右，可能是由于發(fā)酵液中代謝產(chǎn)生的副產(chǎn)物葡萄糖酸等在降低。而流加葡萄糖結(jié)束后，發(fā)酵液pH值隨著葡萄糖濃度的降低開始迅速下降。通過本次流加試驗，經(jīng)分離、提純后的代謝產(chǎn)物BC終產(chǎn)量為2.8g/L。相對于未采用流加發(fā)酵（恒定通風(fēng)量試驗）的1 000 L氣升罐發(fā)酵BC終產(chǎn)量提高約21.7%。

同機(jī)械攪拌發(fā)酵罐相比［33-36］，氣升式發(fā)酵罐的優(yōu)點在于無攪拌、運行費用較少，發(fā)酵周期有所縮短，產(chǎn)生的剪切力較小，對葡糖醋桿菌細(xì)胞的變異影響較小，BC產(chǎn)量達(dá)到或超過機(jī)械攪拌式發(fā)酵；主要的缺點是由于罐體高徑比大，中試級別的氣升式發(fā)酵罐的底部清洗較困難。目前，本試驗中的氣升式發(fā)酵罐通過一個內(nèi)筒實現(xiàn)發(fā)酵液的內(nèi)循環(huán)，其主要問題是發(fā)酵液量無法進(jìn)行改變，發(fā)酵液內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)需進(jìn)一步改進(jìn)。此外，應(yīng)對氣升式發(fā)酵罐的發(fā)酵動力學(xué)進(jìn)行深入的模擬和實驗研究［37-38］，有助于指導(dǎo)細(xì)菌纖維素動態(tài)深層發(fā)酵的中試研究和工業(yè)化生產(chǎn)。

3結(jié)論

采用1 000 L氣升式發(fā)酵罐研究了細(xì)菌纖維素的中試發(fā)酵工藝。氣升式發(fā)酵代謝產(chǎn)物細(xì)菌纖維素更細(xì)、絲狀纖維更長。在細(xì)菌纖維素動態(tài)深層發(fā)酵的不同時期逐級增大通風(fēng)量可將BC產(chǎn)量提高到2.7 g/L，DO相對值保持在30%以上，發(fā)酵周期縮短至64 h，節(jié)省了運行成本。采用流加碳源葡萄糖發(fā)酵相對于未流加發(fā)酵的BC產(chǎn)量提高了21.7%。

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Airlift Fermentation Pilot Study of Bacterial Cellulose

XU Yun-hua1，MA Bo1，2，ZHANG Heng2，LIANG Guang-yun2
（1.Department of Life Sciences，Lianyungang Normal College，Lianyungang，222006，Jiangsu，China；2.Chemicobiology and Functional Materials Institute of Nanjing University of Science and Technology，Nanjing，210094，Jiangsu，China）

Compared with mechanical stirring fermentation，airlift fermentation method of bacterial cellulose possess low shear，low operation cost and short fermentation period.The pilot fermentation experiment of bacterial cellulose（BC）is a necessary stage for its industrial production.It has a very important value and significance.The pilot fermentation experiment were systematically researched using 20 L-100 L-1 000 L laboratory airlift fermentation system.The logarithmic growth phase curve of Komagataeibacter nataicola seeds at 100 L fermentor were determined.The effects of constant and enhanced ventilation step by step on 1 000 L airlift fermentation tank were studied.To maintain the level of carbon source，flowing carbon source glucose method were used during fermentation and cellulose production.The results showed that the bacteria concentration in the fermentation tank was more than 2×108CFU/mL in the late stage of logarithmic phase（42 h）.Compared with the constant ventilation in the airlift fermentation，the fermentation period was reduced by 12 h using the step by step increase ventilation.Also，the bacterial concentration was increased by 37%，and the final yield of bacterial cellulose was increased to 2.7 g/L.After adding carbon source glucose，the cellulose increased by 21.7% compared with current overtime.

bacterialcellulose；pilotstudy；airliftfermentation；fermentationperiod

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.19.018

2016-07-21

國家自然科學(xué)基金（51572124）；江蘇省高校自然科學(xué)研究面上項目（16KJB180034）；江蘇省高等職業(yè)院校國內(nèi)高級訪問學(xué)者計劃資助項目（2015FX032）

許云華（1968—），女（漢），副教授，碩士，研究方向：微生物學(xué)。