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摘 要

凝结芽孢杆菌是兼性厌氧菌，包括乳酸菌和芽孢杆菌的双重优良特性，可有效抑制有害菌生长，促进人体生理健康，因此有着良好的发展前景。本文旨在探讨凝结芽孢杆菌的发酵动力学。测定了凝结芽孢杆菌的生长曲线、对棉花黄萎真菌的抑菌效果以及凝结芽孢杆菌不同生长时间段发酵液中的残糖量。通过实验发现，当发酵时间为18 h时：菌体干重0.1665g，一定时间内基本保持不变；抑菌圈直径2.4862cm，抑菌效果最佳并保持稳定；葡萄糖消耗量基本达到最大值，残糖量0.432g。选择Logistic模型来描述凝结芽孢杆菌生长曲线；Leudeking-Piret方程可以反映产物合成动力学进程，可知发酵类型是部分生长偶联型；Leudeking-Piret-Like方程可以反映底物消耗的动力学规律。最终发现这3个动力学模型可以恰当地解释发酵情况。

关键词：发酵动力学；凝结芽孢杆菌；细胞干重；抑菌；残糖量；动力学模型

Fermentation Kinetics Research of Bacillus Coagulans

Abstract

Bacillus coagulans are facultative anaerobes,which have double good qualities of lactic acid bacteria and bacilli.They may commendably prevent the development of harmful bacteria,promote human physical health.Therefore,there is a bright future for bacillus coagulans.This thesis has a preliminary research on fermentation kinetics of bacillus coagulans.Determine the growth curve of bacillus coagulans,the effect of inhibiting cotton withering yellow funguses and the residual glucose contents in fermentation liquor at each fermentation period.Through the experiments we can discover that when the fermentation time is 18h:dry weight of cells is 0.1665g and remains invariable in a certain period of time;the diameter of antibacterial circle is 2.4862cm,the inhibitory effect of funguses reaches the optimum and stays stable;the consumption of glucose nearly reaches the maximum and the residual glucose contents is 0.432g.Logistic model is used to describe the growth curve of bacillus coagulans, Leudeking-Piret model can describe synthesis dynamics of products, which showed that the process was partial coupling type growth. Then Leudeking-Piret-Like model is employed to describe the consumption of substrate. It is proved that the three kinetics equations can explain the result well.

Keywords: Fermentation kinetics research; Bacillus coagulans; Dry weight of cells; Inhibition of funguses; Residual glucose contents;Kinetic models

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1凝结芽孢杆菌的来源和命名 1

1.2凝结芽孢杆菌的性状、生理功能和作用机理 1

1.2.1凝结芽孢杆菌的性状 1

1.2.2 凝结芽孢杆菌的生理功能 1

1.2.3 凝结芽孢杆菌的作用机理 2

1.3凝结芽孢杆菌发酵 2

1.4发酵动力学的分类 2

1.4.1根据细胞生长与产物形成是否偶联进行分类 3

1.4.2根据产物形成与基质消耗的关系分类 3

1.4.3根据反应形式分类 3

1.5发酵动力学研究的一般步骤和方法 3

1.6数学模型和动力学方程的建立 4

1.7研究发酵动力学的目的 4

第二章 材料与方法 6

2.1材料与仪器 6

2.1.1实验菌种 6

2.1.2实验试剂 6

2.1.3实验设备 6

2.1.4培养基 7

2.2实验方法 8

2.2.1 培养方法 9

2.2.2 凝结芽孢杆菌各个发酵阶段细胞干重及生长曲线的测定实验 9

2.2.3 凝结芽孢杆菌各个发酵阶段上清液的抑菌实验 10

2.2.4 凝结芽孢杆菌各个发酵时间发酵液的残糖量测定实验 10

第三章 结果与分析 13

3.1凝结芽孢杆菌各个发酵阶段细胞干重及生长曲线的测定实验 13

3.2凝结芽孢杆菌各个发酵阶段上清液的抑菌实验 14

3.3凝结芽孢杆菌各个发酵时间发酵液的残糖量测定实验 15

3.4模型拟合 17

3.4.1菌体生长动力学模型 17

3.4.2产物合成动力学模型 20

3.4.3底物消耗动力学模型 21

3.5小结与讨论 22

第四章 前景与展望 24

参考文献 25

致谢 27

第一章 文献综述

凝结芽孢杆菌（Bacillus coagulans）是一种革兰氏阳性菌。美国FDA已经通过了其作为乳酸菌的应用，因此人们认为是比较安全的；时间变化的同时，环境因素和微生物代谢产生的作用也会变化。抓住其规律是发酵动力学探讨的内容。之所以研究发酵动力学，是为了能够有效地控制发酵过程以满足人们的需要。

1. 1凝结芽孢杆菌的来源和命名

1915年，Hammer B.W.的一篇论文第一次记载了凝结芽孢杆菌的相关内容。1932年，L. M. Horowitz-Wlassowa和N. W. Nowotelnow发表的论文第一次使用孢子乳杆菌（Lactobacillus sporogenes）来称呼凝结芽孢杆菌。第8版的《伯杰氏鉴定细菌学手册》^[1]有相关记录。凝结芽孢杆菌可以产生孢子，亦能够产生乳酸。1980年，凝结芽孢杆菌的定名经过了学术界的一致肯定。

1.2凝结芽孢杆菌的性状、生理功能和作用机理

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