气升式发酵产细菌纤维素的中试实验研究

许云华，马波，，张衡，梁光芸

（1.连云港师范高等专科学校生命科学系，江苏连云港222006；2.南京理工大学化学生物功能材料研究所，江苏南京210094）

气升式发酵产细菌纤维素的中试实验研究

许云华1，马波1，2，张衡2，梁光芸2

（1.连云港师范高等专科学校生命科学系，江苏连云港222006；2.南京理工大学化学生物功能材料研究所，江苏南京210094）

细菌纤维素的气升式发酵相对于机械搅拌式发酵具有低剪切力、运行成本低、周期短等优势，其中试深层发酵试验研究是其工业化生产的必经阶段，有着极为重要的研究价值和意义。利用实验室20L-100 L-1 000 L气升式发酵罐系统对细菌纤维素进行中试试验，测定了葡糖杆菌在100 L种子罐中的对数生长期曲线，研究恒定通风量和逐级增加通风量对1000L气升式发酵产细菌纤维素的影响，采用流加碳源葡萄糖的方法维持发酵中后期的碳源浓度、提高纤维素产量。在种子生长曲线对数期的后期（42 h）菌体浓度达到2×108CFU/mL，逐级增加通风量比恒定通风量时的发酵周期缩短了12h，菌体浓度增加了37%，细菌纤维素终产量提高到2.7g/L，流加碳源葡萄糖后的纤维素产量相对于未流加时提高了21.7%。

细菌纤维素；中试研究；气升式发酵；发酵周期

细菌纤维素（bacterial cellulose，BC）具有超细［1］、纯度高［2］、力学强度大［3］、生物相容性好［4-5］等特性，已成功应用于食品［6-7］、造纸［8-9］、组织工程［10］、医用敷料［11-12］等行业。近年来，细菌纤维素的瓶颈——规模化生产，受到了广泛关注［13］。目前，较成熟的BC生产方式为静态浅盘培养，如在我国海南省等地有较多相关静态发酵产业化案例，但该方式存在发酵周期长、占地面积大、产品应范围受限等缺点［13］；而采用生物反应器好氧深层发酵的动态方式发酵产细菌纤维素因供氧充足利于菌体生长、发酵周期短、生产效率高和产品更易加工处理等优点，受到广泛重视［13］。就较大规模的动态发酵而言，所用的生物反应器主要有两种形式：机械搅拌式和气升式发酵罐。用机械搅拌式发酵罐大规模生产细菌纤维素常常会遇到许多问题，如会自发出现Cel-突变株，使得纤维素产量下降［14］；涡流的存在会对纤维素的聚合及结晶产生不良影响，从而导致多糖的产量下降。

同机械搅拌式发酵罐相比，气升式发酵罐由于无机械搅拌而大幅降低了剪切力对菌体细胞和产物的影响［14］，对细胞产BC更为有利；其次，从发酵能耗方面比较，气升式发酵罐由于无需机械搅拌而节省生产成本20%以上，特别是规模化放大生产后，其综合效益将更优；从生产工艺上比较，气升式发酵产BC的工艺更简单，省去了摸索不同搅拌叶片形式和搅拌转速等试验周期；从设备方面比较，气升式发酵罐更易于加工和维护、避开了机械搅拌罐轴封常出现的密封不严实及导致的染菌等问题。

目前，国内有关细菌纤维素发酵研究主要包括：菌种优化、碳源和氮源、配方与工艺条件、小型机械搅拌和气升式发酵罐等方面。首先，获得高产而稳定的菌种是实现规模化工业化生产的首要任务，在产纤维素菌种方面，已报道的有葡糖醋酸菌属、醋酸杆菌属等十几个属［15-18］，其中木醋杆菌是目前研究最多且产纤维能力最强的菌种［19］。通过基因工程法改良菌种，也可大幅提高菌株产纤维素能力。如Setyawati等［20］将Vitreoscilla hemoglobin（VHb）在木醋杆菌中表达，可将静态发酵纤维素产量提高70%。在碳源、氮源及配方工艺条件方面，国内外的研究者进行了大量的实验研究［21-23］。近几年国内相关研究者更加关注采用腐烂水果、大豆糖蜜等廉价农副产品作为碳源、氮源等进行BC发酵研究［24-27］，尝试降低其生产成本。

目前，在国内外文献中有较多小型发酵罐（50 L及以下）产BC的研究报道［28-30］，如Song等［31］采用了一种小型的球形气升式生物反应器（10 L）进行BC发酵，该生物反应器具有低剪切力、高溶氧和促进代谢产物BC积累的作用，其BC最高产量超过5 g/L，远高于机械搅拌式发酵罐的BC产量。虽然在BC的小型气升式发酵罐方面取得了一定的研究进展，却少有BC的气升式发酵中试研究（100 L及以上）相关报道，而中试级别气升式生物反应器产BC的试验研究对商业化生产极其重要，必须进行相关中试试验研究，才能确定气升式发酵工艺是否适用于工业生产，同时对优化生产工艺、降低生产成本、提高BC产量具有重要的研究价值。本文采用实验室已有的20 L-100L-1000 L气升式发酵罐系统，对实验室选育的葡糖杆菌RZS01（Komagataeibacter nataicola RZS01）气升式深层发酵产纤维素进行了中试发酵研究，对推动我国细菌纤维素气升式工业发酵生产具有重要意义。

1材料与方法

1.1主要材料和仪器

菌种：由南京理工大学化学生物功能材料研究所筛选，经16S rDNA基因测序鉴定为葡糖醋杆菌RZS01（Komagataeibacter nataicola RZS01），并保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心（北京），保藏编号为CGMCC 10961。

斜面培养基［32］：葡萄糖20 g/L，蔗糖10 g/L，硫酸镁0.4 g/L，柠檬酸1.1 g/L，磷酸二氢钠2.5 g/L，蛋白胨10 g/L，琼脂18 g/L，酵母粉1 g/L，pH6.0；

种子培养基［32］：葡萄糖20 g/L，硫酸铵6 g/L，磷酸二氢钾1 g/L，硫酸镁0.4 g/L，蛋白胨3 g/L，酵母粉2.25 g/L，羧甲基纤维素钠0.4 g/L，自然pH；

发酵培养基［32］：葡萄糖22.5 g/L，硫酸铵1g/L，磷酸二氢钾5g/L，硫酸镁0.7g/L，蔗糖27.5 g/L，乳酸钙0.2 g/L，柠檬酸0.6g/L，蛋白胨10 g/L，醋酸1.5 mL/L，酵母粉7.5 g/L，羧甲基纤维素钠0.4 g/L，pH6.0。

上述原料中，在斜面及摇瓶实验中采用分析纯，在20 L、100 L及1 000 L种子或发酵罐中采用食品级原料。

FZ-D型20 L机械搅拌式发酵罐、100 L气升式种子罐、1000 L气升式发酵罐：江苏丰泽生物工程设备有限公司；QHZ-98A恒温振荡培养箱：太仓市华美生化仪器厂；Inpro3030 pH电极：METTLER TOLED0；Inpro6800溶氧电极：METTLER TOLED0；LWD300-38LT显微镜：上海测维光电技术有限公司；CELL-VUCBC DRM-700细胞计数板：南京裕安仪器有限公司；HH-4数显恒温水浴锅：江苏省金坛市荣华化器制造有限公司；DHG-9035A干燥箱：上海一恒科学仪器有限公司。

1.2方法

1.2.1试验方法

1.2.1.1中试发酵基本工艺流程

活化菌种→摇瓶种子培养（（30±1）℃，160 r/min）→20 L种子罐中种子培养（（30±1）℃）→100 L气升罐种子扩培（（30±1）℃）→1 000 L气升罐发酵（（30±1）℃→动态BC后处理→保存或进行实验研究。

在上述气升罐发酵工艺流程中，可依据试验工艺选择不同的通风量或工艺进行BC的动态深层发酵试验。

1.2.1.220L种子罐中种子培养与工艺试验

按种子培养基组成配制10 L种子液（先定容至8 L，实消时会产生约2 L的蒸汽冷凝水），调pH值至6.0，按0.03%比例加消泡剂（江苏赛欧），加至20 L种子罐中进行实消（121℃，20 min）。冷却至30℃后，火焰保护下，以8%接种量接种摇床中培养好的种子。采用20 L机械搅拌种子罐在种子培养时的试验工艺参数主要有：液气比为1 L：0.25 L/min（通气量为0.16 m3/h），转速为300 r/min，培养温度为30℃，罐压为0.08 MPa。在此条件下，进行了葡糖杆菌的种子培养。培养过程中测定的参数主要有：还原糖浓度、pH值、溶解氧浓度（DO）和菌体浓度。

主要研究常规工艺或条件下，20 L种子罐中还原糖、pH、DO和菌浓的变化，确定移种基本工艺条件或参数。

1.2.1.3100L种子罐中种子培养与工艺试验

按种子培养基组成配制70 L种子液，调pH值至6.0，按0.03%的比例加消泡剂，加至100 L气升式种子罐中实消，移种管道通蒸汽灭菌。冷却后，以8%接种量移种。主要培养条件为：液气比为1∶0.25（通气量为1.2 m3/h），培养温度为30℃，罐压为0.08 MPa。在此条件下进行种子扩培。过程中测定参数主要有：还原糖浓度、pH值、DO和菌体浓度。

1.2.1.41000 L气升罐发酵与通风量工艺试验

为模拟大试生产工艺，采用三级种子发酵中试试验。其中一级种子在恒温振荡培养箱中培养，培养条件为30℃、160 r/min；二级种子在20 L种子罐中培养，接种比例为8%；三级种子在100 L气升式种子罐中培养，移种比例为8%。

1 000 L气升式发酵罐的装液量为700 L，pH、DO、温度为在线监测控制。主要试验在通风量恒定（19 m3/h）和通风量逐级增大（14.4 m3/h～24.1 m3/h）的情况下对BC动态发酵的影响。同时，为保证各批次发酵罐发酵BC过程参数、工艺的一致性，设定了1 000 L气升式发酵罐的发酵条件：培养温度为30℃、罐压为0.08 MPa。其它主要测定的参数有：菌浓、还原糖、BC产量等。

1.2.1.51000 L气升式发酵过程中流加碳源对产BC的影响试验

在以1000 L气升式发酵罐进行中试试验过程中，随着发酵液中碳源葡萄糖的消耗，还原糖浓度逐渐降低至1.5%时，进行葡萄糖的流加，并保持还原糖浓度在（1.5±0.1）%左右。流加24 h后结束流加，至还原糖降至最低时停止发酵。实验过程中其它工艺参数为：培养温度为30℃、罐压为0.08 MPa。其它主要测定的参数有：pH值、菌浓、还原糖、DO、BC产量等。

1.2.2检测方法

还原糖测定［32］：采用工业测糖法进行测定。

pH值、DO测定：均采用在线实时检测，其中DO校准时，以大气中含氧量标定为100%，以实消过程中121℃、0.1 MPa条件下标定为0。

菌浓测定［32］：采用血球计数板在光学显微镜下进行细胞计数，计数前按需要将发酵液稀释一定的倍数。

BC产量测定［32］：依据试验需要按一定的发酵周期进行取样，在发酵罐取样口遵循无菌取样操作每次取100 mL发酵液。过滤除去培养液，收集絮状BC并分散在含0.3%NaOH和0.3%H2O2的水溶液中，于80℃水浴锅中处理2 h～4 h。用自来水冲洗至中性后，将BC放置于80℃的普通干燥箱中过夜（12 h），计算每升培养液中所含有的BC干重即为BC产率。

2结果与讨论

2.1100L种子罐相关工艺、参数研究

为研究葡糖醋杆菌种子在100 L种子罐中的生长对数期表现与还原糖、菌体浓度等参数变化，详细测定或监测了种子培养过程中还原糖、pH值、DO和葡糖醋杆菌细胞浓度（菌体浓度）的变化情况，结果见图1。

图1　100L种子罐培养过程中各参数的变化情况Fig.1Process parameters curves during the seed culture process in 100 L fermentor

如图1中所示，可以发现在100 L种子罐的种子液培养过程中，前12 h中葡糖醋杆菌细胞浓度（菌体浓度）变化不大，大约在1.5×107CFU/mL左右，为明显的细胞生长曲线延滞期；在12 h～42 h期间，菌体浓度迅速增加到接近2×108CFU/mL，为葡糖醋杆菌的对数生长期，在该阶段中种子液的还原糖、pH值和DO均大幅下降，其中还原糖浓度降低了0.55%、pH值降低了0.31、DO下降了约25%；依据本实验室前期研究结果［32］，在葡糖醋杆菌种子液的细胞浓度接近或达到2×108CFU/mL时较适宜移种。

2.21000 L气升式发酵罐通风量试验

图2是在保持1 000 L气升式发酵罐的通风量恒定时，菌体浓度、产量等参数的变化曲线。

图2　1000 L气升式发酵罐恒定通风量发酵培养过程中各参数的变化情况Fig.2BC fermentation experimental curves under constant ventilation in 1 000 L air lift fermentor

在发酵周期前25 h，发酵液的pH、DO和还原糖含量均较快幅度下降，而细胞菌体浓度和BC产量开始上升，表明葡糖醋杆菌细胞开始增殖并产生次级代谢产物细菌纤维素；发酵第25 h～33 h后还原糖含量略有反弹情况发生，而pH、DO则维持下降趋势，BC产量持续增加，其原因可能是发酵液pH降低后导致少量蔗糖发生水解反应；发酵33 h后发酵液的还原糖、pH和DO同时进入快速下降阶段，BC产量大幅提升至2 g/L左右，菌体浓度快速增加到1.25×108CFU/mL；在发酵进行至60 h时，pH、还原糖和DO降低不明显，产量和细胞菌体浓度增加较缓慢；在发酵周期达到72h～76 h时，发现细胞菌体浓度开始出现下降趋势，表明可能有部分细胞开始自溶。最终1 000 L气升式发酵罐的BC中试试验产量为2.3 g/L。在产物形态方面，同机械搅拌发酵罐相比，气升罐动态发酵得到的细菌纤维素更细，且有较多长丝状纤维生成，部分纤维丝带之间缠结形成小球状，表明不同发酵方式对产品纤维的形态产生了影响。

在BC气升式发酵罐的发酵过程中，通风量恒定情况下，发酵中后期的发酵液中溶解氧相对含量出现大幅下降，从而可能会导致葡糖醋杆菌增殖和次级代谢产物BC的生成速率下降。实验中，采取分段逐级增加通风量以克服代谢副产物增多导致的粘度过大、溶氧降低和传质效率下降的问题。

图3　1000 L气升式发酵罐逐级加大通风量发酵培养过程中各参数的变化情况Fig.3BC fermentation experimental curves under enhancive ventilation step by step in 1 000 L air lift fermentor

如图3所示，1 000 L气升式发酵罐的通风量从初始阶段（0～24 h）的14 m3/h，增加到发酵中期（24 h～48 h）的19 m3/h和发酵后期（48 h～64 h）的24 m3/h；其相应发酵液中的DO值随着发酵周期的延长而降低，但下降的幅度明显降低，试验中的DO值始终维持在35%以上。最终的发酵周期仅为64 h，菌体浓度达到1.72×108CFU/mL，BC终产量为2.7 g/L。相对于恒定通风量实验，逐级增加通风量实验的发酵周期缩短了12 h，菌体浓度增加了37%，而次级代谢产物BC终产量提高了17.4%，表明在气升式发酵罐中进行BC的中试发酵试验时根据发酵不同阶段逐级提高通风量是一种有效的策略，对缩短发酵周期、降低发酵成本、提高菌体浓度和代谢产物BC的产量均有明显的促进作用。2.31 000 L气升式发酵罐流加碳源试验

采用流加碳源、补酸或补碱等提高代谢产物产量的方法是一种发酵工程中较常用的策略。葡糖醋杆菌细胞合成细菌纤维素的底物为葡萄糖，在分批式发酵中，随着底物葡萄糖的耗尽，发酵达到终点。本试验中，对1 000 L气升式发酵罐进行流加葡萄糖的试验结果见图4。

图4　1000 L气升式发酵罐发酵培养过程中流加葡萄糖与各参数的变化情况Fig.4BC fed batch of glucose and fermentation experimental curves in 1 000 L air lift fermentor

流加葡萄糖的过程从发酵周期第40 h到72 h，葡萄糖浓度保持在1.5%左右。在流加碳源葡萄糖的过程中，发酵液DO从60%下降至20%，BC产量从0.8 g/L增加至2.2 g/L。同时，图4中明显出现一个值得探讨和研究的现象，流加过程中，发现发酵液的pH值由4.5逐渐升高至5.7左右，可能是由于发酵液中代谢产生的副产物葡萄糖酸等在降低。而流加葡萄糖结束后，发酵液pH值随着葡萄糖浓度的降低开始迅速下降。通过本次流加试验，经分离、提纯后的代谢产物BC终产量为2.8g/L。相对于未采用流加发酵（恒定通风量试验）的1 000 L气升罐发酵BC终产量提高约21.7%。

同机械搅拌发酵罐相比［33-36］，气升式发酵罐的优点在于无搅拌、运行费用较少，发酵周期有所缩短，产生的剪切力较小，对葡糖醋杆菌细胞的变异影响较小，BC产量达到或超过机械搅拌式发酵；主要的缺点是由于罐体高径比大，中试级别的气升式发酵罐的底部清洗较困难。目前，本试验中的气升式发酵罐通过一个内筒实现发酵液的内循环，其主要问题是发酵液量无法进行改变，发酵液内循环系统需进一步改进。此外，应对气升式发酵罐的发酵动力学进行深入的模拟和实验研究［37-38］，有助于指导细菌纤维素动态深层发酵的中试研究和工业化生产。

3结论

采用1 000 L气升式发酵罐研究了细菌纤维素的中试发酵工艺。气升式发酵代谢产物细菌纤维素更细、丝状纤维更长。在细菌纤维素动态深层发酵的不同时期逐级增大通风量可将BC产量提高到2.7 g/L，DO相对值保持在30%以上，发酵周期缩短至64 h，节省了运行成本。采用流加碳源葡萄糖发酵相对于未流加发酵的BC产量提高了21.7%。

［1］Tonouchi N，Tsuchida T，Yoshinaga F，et al.Characterization of the biosynthetic pathway of cellulose from glucose and fructose in Acetobacterxylinum［J］.BioscienceBiotechnologyandBiochemistry，1996，60（8）：1377-1379

［2］余晓斌，卞玉荣，全文海.细菌纤维素的商业化用途［J］.纤维素科学与技术，1999，7（3）：42-46

［3］Gindl W，Keckes J.Tensile properties of cellulose acetate butyrate compositesreinforcedwithbacterialcellulose［J］.Composites Science and Technology，2004，64（15）：2407-2413

［4］Tajima K，Fujiwara M，Takai M，et al.Synthesis of Acetobacter xylinum bacterial cellulose composite and its mechanical strength and biodegradability［J］.Mokuzai Gakkaishi，1995，41（8）：749-757

［5］王先秀.新型的微生物合成材料——醋酸菌纤维素［J］.中国酿造，1999，18（1）：1-2

［6］Sara M S，José M C，Ester Q，et al.Characterization of purified bacterial cellulose focused on its use on paper restoration［J］.Carbohydr Polym，2015，116（2）：173-181

［7］Yousefi H，Faezipour M，Hedjazi S，et al.Comparative study of paper and nanopaper properties prepared from bacterial cellulose nanofibers and fibers/ground cellulose nanofibers of canola straw［J］. Ind Crop Prod，2013，43（1）：732-737

［8］Xiao L，Mai Y，He F.Bio-based green composites with high performance from poly（lactic acid）and surfacemodified microcrystalline cellulose［J］.Journal of Materials Chemistry，2012，22（31）：15732-15739

［9］Nasehi B，Javaheri S.Application of high hydrostatic pressure in modifying functional properties of starches：A Review［J］.Mid-East J Sci Res，2012，11（7）：856-861

［10］Wu J，Zheng Y，Song W，et al.In situ synthesis of silver-nanoparticles/bacterial cellulose composites for slow-released antimicrobial wound dressing［J］.Carbohydr Polym，2014，102（4）：762-771

［11］Silva N H C S，Drumond I，Almeida A F，et al.Topical caffeine delivery using biocellulose membranes：A potential innovative system for cllulite treatment［J］.Cellulose，2014，21（1）：665

［12］Lacin，Nelisa T.Development of biodegradable antibacterial cellulose based hydrogel membranes for wound healing［J］.Int J Biol Macromol，2014，67（6）：22-27

［13］范兆乾.细菌纤维素的生产研究进展［J］.化学工业与工程技术，2013，34（1）：51-54

［14］杨雪霞，董超，陈琳，等.剪切力对木葡糖醋杆菌及细菌纤维素合成的影响［J］.纤维素科学与技术，2013，21（2）：9-14

［15］刘四新，李从发，李枚秋，等.纳塔产生菌的分离鉴定和发酵特性研究［J］.食品与发酵工业，1999，25（6）：37-41

［16］余晓斌，卞玉荣，全文海，等.细菌纤维素高产菌的选育［J］.纤维素科学与技术，1999，7（4）：63-66

［17］赵琼，杨谦.细菌纤维素高产菌株的紫外诱变育种研究［J］.食品与发酵工业，2007，33（7）：26-28

［18］马霞.发酵生产细菌纤维素及其作为医学材料的应用研究［D］.天津：天津科技大学，2003：5-7

［19］Toyosaki H，Naritomi T，Seto A，et al.Screening of bacterial cellulose-producing Acetobacter strains suitable for agitated culture. Bioscience Biotechnology and Biochemistry，1995，59（8）：1498-1502

［20］SetyawatiMI，ChienLJ，LeeCK.ExpressingVitreoscilla hemoglobin in statically cultured Acetobacter xylinum with reduced O2tension maximizes bacterialcellulosepellicleproduction.Journalof Biotechnology，2007，132：38-43

［21］薛璐，杨谦.醋杆菌产纤维素发酵培养基的优化［J］.食品科学，2004，25（11）：213-215

［22］Park J K，Jung J Y，Park Y H.Cellulose production by Gluconacetobacter hansenii in a medium containing ethanol［J］.Biotechnology Letters，2003，25（24）：2055-2059

［23］欧竑宇，贾士儒，马霞.细菌纤维素发酵培养基的优化［J］.食品与发酵工业，2002，29（1）：18-22

［24］杨光，王彩霞.以腐烂水果为营养源高效制备细菌纤维素［J］.纤维素科学与技术，2015，23（4）：67-70

［25］李斌，钟春燕，王锡彬，等.椰子水与菠萝汁生产细菌纤维素的对比研究［J］.中国酿造，2014，33（6）：27-30

［26］谢健健，洪枫.细菌纤维素发酵原料的研究进展［J］.纤维素科学与技术，2011，19（3）：68-77

［27］吕鸿皓，黄莉，党苗苗，等.利用大豆糖蜜制备细菌纤维素［J］.食品研究与开发，2015，36（20）：165-168

［28］Kouda T，Yano H，Yoshinaga F.Effect of agitator configuration on bacterial cellulose productivity in aerated and agitated culture［J］. Journal of Fermentation and Bioengineering，1997，83（4）：371-376

［29］Chao Y，Ishida T，Sugano Y，et al.Bacterial cellulose production by Acetobacter xylinum in a 50-l internal-loop airlift reactor［J］. Biotechnology and Bioengineering，2000，68（3）：345-352

［30］Cheng H P，Wang P M，Chen J W，et al.Cultivation of Acetobacter xylinum for bacterial cellulose production in a modified airlift reactor［J］.Biotechnology and Applied Biochemistry，2002，35（2）：125-132

［31］Song H J，Li H，Seo J H，et al.Pilot-scale production of bacterial cellulose by a spherical type bubble column bioreactor using saccharifiedfoodwastes［J］.KoreanJChemEng，2009，26（1）：141-146

［32］周伶俐.细菌纤维素生产菌的筛选、发酵及应用的研究［D］.南京：南京理工大学，2008：76-77

［33］兰水.不同碳源机械搅拌发酵制备细菌纤维素的研究［D］.上海：东华大学，2014：35-37

［34］Park J K，Hyun S H，Jung J Y.Conversion of G.hansenii PJK into non-cellulose-producing mutants according to the culture condition［J］．Biotechnology and Bioprocess Engineering，2004，9（5）：383-388

［35］Jung J Y，Park J K，Chang H N.Bacterial cellulose production by Gluconacetobacter hansenii in an agitated culture without living non-cellulose producing cells［J］.Enzyme and Microbial Technology，2005，37（3）：347-354.

［36］Cheng K C，Catchmark J M，Demirci A.Enhanced production of bacterial cellulose by using a biofilm reactor and its material property analysis［J］.Journal of Biological Engineering，2009，3（1）：1-10

［37］马霞，王瑞明，察可文，等.气升罐发酵生产细菌纤维素的动力学模型的确定［J］.食品研究与开发，2006，27（7）：64-67

［38］周莲，陈莉，卢红梅，等.木醋杆菌发酵产细菌纤维素的动力学研究［J］.中国调味品，2016，41（3）：21-25

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

国家自然科学基金（51572124）；江苏省高校自然科学研究面上项目（16KJB180034）；江苏省高等职业院校国内高级访问学者计划资助项目（2015FX032）

许云华（1968—），女（汉），副教授，硕士，研究方向：微生物学。