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當以蔗糖做為唯一碳源時,酒精生產菌Zymomonas mobilis ATCC 10988的 醱酵效率, 決定於培養基中蔗糖的濃度和蔗糖的水解產物葡萄糖的累積濃 度。本文利用外加的固定化轉化■與菌體本身的競爭反應來適當控制醱酵 液中蔗糖和單糖的濃度, 發現可以有效的提高此酒精生產菌的醱酵效率。 本研究中所使用的固定化擔體為天然的無機矽氧化物--河沙和有機合成高 分子--甲基丙烯醯胺-N,N'亞甲基雙丙烯醯胺共聚合物。結果發現合成共 聚合物經乙二胺修飾和戊二醛活化後為最佳之固定化擔體, 於蔗糖濃度 0.8M,pH5與30℃之下每克固定化轉化■的活性為6900U。除此之外實驗結 果也顯示轉化■經固定化後對熱有較高的穩定性。 Z. mobilis批次醱酵 的結果顯示, 隨著培養基中蔗糖濃度的增加, 副產物果聚糖和山梨醣醇的 累基量將會上升, 同時造成酒精的收率急速下降。當起始蔗糖濃度為200 g/l時, 酒精的收率只有理論值的百分之五十七左右。在Z. mobilis-固定 化轉化■的批次聯合反應系統中,培養基起始的蔗糖濃度固定為200g/l, 實驗結果顯示, 當固定化轉化■添加量較多時可快速降低蔗糖濃度所以只 有微量果聚糖產生, 但此時系統中所累積的高濃度葡萄糖和果糖會使山梨 醣醇的濃度增加。當固定化轉化■添加量較少時,蔗糖濃度的減低速率較 為緩慢, 果聚糖的產生量稍為增加, 但山梨醣醇的濃度則明顯下降。批次 聯合反應的最佳結果為添加0.2g固定化轉化■, 酒精收率從0.29g/g提高 到0.40g/g(理論值的80%)。這個收率值也比Z. mo- bilis以混糖(等量葡 萄糖和果糖)醱酵的酒精收率高,顯示此聯合反應系統也比蔗糖水解加酒精 醱酵兩階段操作還要有效率。在連續操作的聯合反應系統中, 本實驗所穫 得的最佳結果為稀釋率等於0.2(1/h), 此時酒精的生產率為10.5g/l/h,而 收率則和批次聯合反應相似。實驗結果也顯示, 固定化酵素的加入, 醱酵 液中蔗糖濃度低, 菌體所催化的蔗糖水解與果聚糖生成速率都明顯降低, 表示酵素蔗糖-6-果糖基轉移■為蔗糖誘導性蛋白質本研究最後也推導Z. mobilis醱酵的動力學以及蔗糖為基質的Z. mobilis / 固定轉化■聯合反 應系統之動力學等模式。模式中的參數值也由實驗結果與模式的配合求得 。
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