全 文 ：第 １４卷第 ４期
２０１６年 ７月
生　 物　 加　 工　 过　 程
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ􀆰 １４ Ｎｏ􀆰 ４
Ｊｕｌ． ２０１６
ｄｏｉ：１０􀆰 ３９６９ ／ ｊ􀆰 ｉｓｓｎ􀆰 １６７２－３６７８􀆰 ２０１６􀆰 ０４􀆰 ００３
收稿日期：２０１６－０１－０５
基金项目：海洋公益性行业科研专项项目（２０１３０５２２）；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助项目（Ｋ ＪＢＹＷＦ ２０１５ Ｇ１６、
Ｋ ＪＢＹＷＦ ２０１５ Ｔ１１）
作者简介：张晓青（１９８３—），女，福建浦城人，工程师，研究方向：海洋微生物和海水利用技术，Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｒａｄｉｃｌｅ＠ １６３．ｃｏｍ
响应面法优化红球菌产生物表面活性剂的发酵条件
张晓青，郝建安，司晓光，姜天翔，王　 静，张雨山
（国家海洋局 天津海水淡化与综合利用研究所，天津 ３００１９２）
摘　 要：为提高红球菌 ＳＹ０９５发酵产生物表面活性剂的产率，采用单因素实验、响应面法对其发酵条件进行优化。
分别考察不同水平的温度、转速、初始 ｐＨ及接种量对发酵液表面张力的影响，在此基础上，利用 Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｘｐｅｒｔ ８􀆰 ０６
软件设计 Ｂｏｘ⁃Ｂｅｈｎｋｅｎ实验对发酵温度、转速、初始 ｐＨ进行响应面优化并建立二次回归模型，最终确定发酵条件：
温度 ２９􀆰 ５ ℃，转速 １５８ ｒ ／ ｍｉｎ，初始 ｐＨ ７􀆰 ４２。 此优化条件下，发酵液的实际表面张力为 ２９􀆰 ８５４ ｍＮ ／ ｍ，表面活性剂
产量 ３􀆰 ３１ ｇ ／ Ｌ。 在 ７０ Ｌ发酵罐上放大培养，生物表面活性剂产量达 ９􀆰 ２８ ｇ ／ Ｌ，为摇瓶培养的 ２􀆰 ８倍。
关键词：生物表面活性剂；响应面法；发酵条件优化；Ｂｏｘ⁃Ｂｅｈｅｎｋｅｎ设计
中图分类号：Ｑ８１９　 　 　 　 文献标志码：Ａ　 　 　 　 文章编号：１６７２－３６７８（２０１６）０４－００１２－０５
Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｏｓｕｒｆａｃｔａｎｔ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｂｙ Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ ＳＹ０９５
ｗｉｔｈ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ
ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｏｑｉｎｇ，ＨＡＯ Ｊｉａｎａｎ，ＳＩ Ｘｉａｏｇｕａｎｇ，ＪＩＡＮＧ Ｔｉａｎｘｉａｎｇ，ＷＡＮＧ Ｊｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｙｕｓｈａｎ
（Ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｅａｗａｔｅｒ Ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉｐｕｒｐｏｓｅ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，Ｓｔａｔｅ Ｏｃｅａｎｉｃ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ （Ｔｉａｎｊｉｎ），Ｔｉａｎｊｉｎ ３００１９２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｂｉｏｓｕｒｆａｃｔａｎｔ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｂｙ Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ ＳＹ０９５，ｓｉｎｇｌｅ ｆａｃｔｏｒ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ
ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ ｗｅｒｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ． Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｒｏｔａｔｅ
ｓｐｅｅｄ，ｉｎｉｔｉａｌ ｐＨ ａｎｄ ｉｎｏｃｕｌｕｍ ａｍｏｕｎｔ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｂｏｘ⁃Ｂｅｈｎｋｅｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂｙ Ｅｘｐｅｒｔ
８􀆰 ０６．Ｔｈｅ ｑｕａｄｒａｔｉｃ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｗｉｔｈ ｖａｒｉａｂｌｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｒｏｔａｔｅ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｉｎｉｔｉａｌ ｐＨ ｗａｓ
ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ． Ｆｉｎａｌｌｙ， ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ： ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ２９􀆰 ５ ℃，ｒｏｔａｔｅ ｓｐｅｅｄ １５８ ｒ ／ ｍｉｎ，ｉｎｉｔｉａｌ ｐＨ ７􀆰 ４２． Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ
ｔｅｎｓｉｏｎ ｏｆ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ ｒｅａｃｈｅｄ ２９􀆰 ８５４ ｍＮ ／ ｍ，ａｎｄ ｔｈｅ ｂｉｏｓｕｒｆａｃｔａｎｔ ｙｉｅｌｄ ｗａｓ ３􀆰 ３１ ｇ ／ Ｌ．Ｉｎ ａ
７０⁃Ｌ ｆｅｒｍｅｎｔｏｒ，ｔｈｅ ｂｉｏｓｕｒｆａｃｔａｎｔ ｙｉｅｌｄ ｒｅａｃｈｅｄ ９􀆰 ２８ ｇ ／ Ｌ，２􀆰 ８ ｔｉｍｅｓ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｃｕｌｔｕｒｅｄ ｉｎ ｓｈａｋｉｎｇ
ｆｌａｓｋ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｉｏｓｕｒｆａｃｔａｎｔ； ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ； ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ； Ｂｏｘ⁃Ｂｅｈｅｎｋ ｄｅｓｉｇｎ
　 　 生物表面活性剂是由微生物在一定培养条件
下代谢产生的、具有表面活性的生物大分子物
质［１］。 它既含有亲水基团又含有疏水基团，具有很
好的亲水、亲油性能［２］，其亲水部分为酸、肽阳离子
或阴离子、单糖、聚糖等，疏水部分多为不饱和或饱
和烃链脂肪酸、脂肪醇等［３－４］。 生物表面活性剂具
有高表面界面活性、低毒、生物相容性好、易制备、
耐酸、耐碱等优点［５］。 目前，已报道产生物表面活
性剂的菌株有假单胞菌属［６］、芽孢杆菌属［７］、沙雷
氏菌属［８］等。 生物表面活性剂最早应用于石油工
业领域，现已广泛应用于食品、化工、环境保护、医
药、化妆品等多个领域［９］。
降低生物表面活性剂成本是未来生物表面活
性剂走向市场的关键一步。 目前，降低生产成本主
要通过优化培养条件和提取工艺，控制过程成
本［１０－１１］。 影响生物表面活性剂产率的环境因素包
括 ｐＨ、温度、氧浓度等，这些条件可以通过影响菌体
的生长状况来影响生物表面活性剂的产量［１２］。
本文中，笔者以单因素试验结合响应面分析法对
产生物表面活性剂红球菌 ＳＹ０９５的发酵条件进行优
化，并进行 ７０ Ｌ发酵规模的放大实验研究，以期提高
生物表面活性剂产量，降低生产成本，为红球菌产生
物表面活性剂的规模化生产提供理论依据。
１　 材料与方法
１􀆰 １　 材料
菌种：红球菌 ＳＹ０９５ 保存于本实验室，分离自
天津市塘沽海河入海口污泥，经生理生化及
１６ＳｒＤＮＡ序列鉴定（ＧｅｎｅＢａｎｋ登录号为 ＧＵ１８４１２７）
为红球菌（Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ ｓｐ􀆰 ） ［１３］，能够代谢产糖脂类
表面活性剂。
种子培养基（ ｇ ／ Ｌ）：蛋白胨 １０，酵母粉 ５，ＮａＣｌ
１０；ｐＨ ７􀆰 ０。
发酵培养基： Ｋ２ ＨＰＯ４ １􀆰 ０ ｇ ／ Ｌ， ＫＨ２ ＰＯ４ １􀆰 ０
ｇ ／ Ｌ，ＭｇＳＯ４·７Ｈ２Ｏ ０􀆰 ５ ｇ ／ Ｌ，ＣＯ（ＮＨ２） ２２􀆰 ０ ｇ ／ Ｌ，大豆
油 ２％（体积分数），ｐＨ ７􀆰 ５。
１􀆰 ２　 实验方法
１􀆰 １􀆰 １　 菌种活化
保藏于－７０ ℃冰箱的菌株 ＳＹ０９５ 经斜面活化
后，转接于液体种子培养基中，３０ ℃、１６０ ｒ ／ ｍｉｎ 摇
床培养 ２４ ｈ，再以体积分数 ２％接种量接于发酵培
养基中培养。
１􀆰 １􀆰 ２　 单因素实验
以发酵液的表面张力为考核指标，固定其他影
响因素，每次单独研究摇床转速（１２０、１４０、１６０ 、１８０
和 ２００ ｒ ／ ｍｉｎ）、发酵温度（２０、２５、３０、３５ 和 ４０ ℃）、
培养基初始 ｐＨ（５、６、７、８ 和 ９）、接种量（１％、２％、
３％、４％和 ５％）对红球菌 ＳＹ０９５ 产生物表面活性剂
的影响，培养 ７２ ｈ 后测定发酵液的表面张力，每个
实验重复 ２次，结果取平均值。
１􀆰 １􀆰 ３　 响应面实验设计
根据单因素实验结果，采用 Ｂｏｘ⁃Ｂｅｈｎｋｅｎ 组合
设计实验，并对结果进行响应面分析。
１􀆰 １􀆰 ４　 ７０ Ｌ发酵罐放大实验
在响应面法优化发酵条件下，进行红球菌 ＳＹ０９５
７０ Ｌ发酵罐试验，发酵液体积 ４０ Ｌ，接种量 ５％。
１􀆰 １􀆰 ５　 测定方法
表面张力测定：采用科诺 Ａ１０１ 型表面张力仪
铂金板法测定发酵液的表面张力，每个样品测定 ３
次，取平均值。
生物表面活性剂提取：取发酵液的疏水层用浓
ＨＣｌ调节 ｐＨ至 ２􀆰 ０，４ ℃静置过夜，用同等体积的氯
仿和甲醇（体积比 ２ ∶ １）抽提 ２ ～ ３ 次，合并抽提液，
在 ６０ ℃条件下用旋转蒸发仪减压浓缩，终体积 ７ ～
１０ ｍＬ，置于 ７０ ℃烘箱中，有机溶液完全挥发后得到
表面活性剂制品。
２　 结果与讨论
２􀆰 １　 单因素实验结果
在到达临界胶束浓度（ＣＭＣ）前，发酵液中表面
活性剂的表面张力大小与其浓度呈反比，因此可通
过测量发酵液表面张力来间接反映微生物产生表
面活性剂的产量［１４］。 考察不同的转速、温度、初始
ｐＨ和接种量对红球菌 ＳＹ０９５ 发酵液表面张力的影
响，结果见图 １。
从图 １（ａ）可以看出：随着摇床转速的升高，发酵
液表面张力降低，这是因为摇床转速的提高可以加快
发酵液中气液相传质过程，提高菌体生长速率和活性
物质合成［１５］；在转速大于 １６０ ｒ ／ ｍｉｎ 时，培养 ７２ ｈ 后
发酵液的表面张力相差不大。 但是过高的转速形成
的剪切力容易对菌体造成伤害，因此选择 １６０ ｒ ／ ｍｉｎ
为实验转速。 从图 １（ｂ）可知：发酵液的表面张力随
着培养温度的升高呈先降低再升高的趋势，在培养温
度为 ３０ ℃ 时，发酵液的表面张力最小 （ ３２􀆰 ０４５
ｍＮ ／ ｍ）。 温度对红球菌 ＳＹ０９５产生物表面活性影响
主要是通过改变微生物内部酶的活性，从而影响菌株
的生长代谢，适宜的温度能够促进菌株的生长，提高
生物新陈代谢过程。 从图 １（ｃ）可以看出：红球菌
ＳＹ０９５对酸性条件敏感，在 ｐＨ为 ５时，发酵液的表面
张力为 ５５􀆰 ２２８ ｍＮ ／ ｍ，与原培养基相比基本没有变
化；在中性和弱碱性条件下，菌株 ＳＹ０９５具有较高的
活性，发酵液的表面张力明显降低。 培养基中 ｐＨ变
化能影响菌体细胞膜通透性、膜结构稳定性等，进而
影响微生物的生长速率。 图 １（ｄ）结果表明：接种量
对发酵液的表面活性影响不大，不同的接种量下，发
酵液的表面张力在 ３２ ｍＮ ／ ｍ左右。
３１　 第 ４期 张晓青等：响应面法优化红球菌产生物表面活性剂的发酵条件
图 １　 不同条件对红球菌 ＳＹ０９５发酵液表面张力的影响
Ｆｉｇ􀆰 １　 Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ ＳＹ０９５ ｏｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｅｎｓｉｏｎ
２􀆰 ２　 中心组合设计实验及结果
在单因素实验基础上，采用 Ｂｏｘ⁃Ｂｅｈｎｋｅｎ 方法
对菌株 ＳＹ０９５ 的发酵温度，初始 ｐＨ 和转速进行中
心组合设计实验，以确定各影响因子的最佳值，获
得生物表面活性剂最大产量。 实验设计方案及结
果见表 １，共 １７组实验。
表 １　 中心组合实验方案及结果
Ｔａｂｌｅ １　 Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ Ｂｏｘ⁃Ｂｅｈｎｋｅｎｔｅｓｔ
序号 Ａ温度 ／℃
Ｂ转速 ／
（ ｒ·ｍｉｎ－１）
Ｃ
ｐＨ
表面张力 ／
（ｍＮ·ｍ－１）
１ １（３３） １（１８０） ０（７􀆰 ５） ３９􀆰 ５３４
２ ０（３０） １ －１（７􀆰 ０） ３２􀆰 ６０３
３ １ ０（１６０） １（８􀆰 ０） ３８􀆰 ３６０
４ １ －１（１４０） ０ ３５􀆰 ３７９
５ ０ ０ ０ ３０􀆰 ２０２
６ －１（２７） ０ －１ ３５􀆰 １０７
７ －１ ０ １ ３６􀆰 ３０１
８ ０ －１ －１ ３３􀆰 ２９１
９ －１ －１ ０ ３４􀆰 ０４１
１０ －１ １ ０ ３４􀆰 ５２３
１１ ０ ０ ０ ３０􀆰 ３２５
１２ ０ ０ ０ ２９􀆰 ８７２
１３ ０ ０ ０ ３０􀆰 ８３０
１４ ０ ０ ０ ２９􀆰 ３８７
１５ ０ １ １ ３５􀆰 ９３１
１６ ０ －１ １ ３５􀆰 ２７５
１７ １ ０ －１ ３８􀆰 ４４８
　 　 以发酵液表面张力为响应值，Ｄｅｓｉｇｎ⁃Ｅｘｐｅｒｔ ８􀆰 ０６
软件分析实验数据，结果如表 ２所示。 并对实验数据
进行模拟，得到发酵温度（Ａ）、转速（Ｂ）、初始 ｐＨ（Ｃ）
回归方程：Ｙ ＝ ３０􀆰 １２＋１􀆰 ４７Ａ＋０􀆰 ５８Ｂ＋０􀆰 ８０Ｃ＋０􀆰 ９２ＡＢ－
０􀆰 ３２ＡＣ＋０􀆰 ３４ＢＣ＋４􀆰 ２６Ａ２ ＋１􀆰 ４８Ｂ２ ＋２􀆰 ６７Ｃ２。 该方程
Ｒ２ ＝０􀆰 ９６１ ８，调整后 Ｒ２ａｄｊ ＝ ０􀆰 ９１２ ６，表明该回归方程
能够较准确反映温度、转速和初始 ｐＨ 对红球菌
ＳＹ０９５产生物表面活性剂产量的影响。
表 ２　 回归方差分析结果
Ｔａｂｌｅ ２　 Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｖａｒｉａｎｃｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ
ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎ
方差来源 平方和 自由度 均方 Ｆ值 Ｐ值Ｐｒ＞Ｆ
模型 １５５􀆰 ９１ ９ １７􀆰 ３２ １９􀆰 ５６ ０􀆰 ０００ ４
Ａ １７􀆰 ２５ １ １７􀆰 ２５ １９􀆰 ４８ ０􀆰 ００３ １
Ｂ ２􀆰 ６５ １ ２􀆰 ６５ ２􀆰 ９９ ０􀆰 １２７ ３
Ｃ ５􀆰 １５ １ ５􀆰 １５ ５􀆰 ８１ ０􀆰 ０４６ ７
ＡＢ ３􀆰 ３７ １ ３􀆰 ３７ ３􀆰 ８１ ０􀆰 ０９２ ０
ＡＣ ０􀆰 ４１ １ ０􀆰 ４１ ０􀆰 ４６ ０􀆰 ５１７ ７
ＢＣ ０􀆰 ４５ １ ０􀆰 ４５ ０􀆰 ５１ ０􀆰 ４９８ ３
ＡＡ ７６􀆰 ５０ １ ７６􀆰 ５０ ８６􀆰 ３７ ＜０􀆰 ０００ １
Ｂ２ ９􀆰 ２７ １ ９􀆰 ２７ １０􀆰 ４６ ０􀆰 ０１４ ４
Ｃ２ ２９􀆰 ９８ １ ２９􀆰 ９８ ３３􀆰 ８４ ０􀆰 ０００ ７
残差 ６􀆰 ２ ７ ０􀆰 ８９
失拟项 ５􀆰 ０５ ３ １􀆰 ６８ ５􀆰 ８５ ０􀆰 ０６０ ５
总误差 １６２􀆰 １１ １６
４１ 生　 物　 加　 工　 过　 程　 　 第 １４卷　
　 　 从表 ２ 可知，模型 Ｐ 值为 ０􀆰 ０００ ４（ ＜０􀆰 ０５），失
拟项 Ｐ值为 ０􀆰 ０６０ ５（＞０􀆰 ０５），说明该模型失拟不显
著，但回归显著。 由回归方程显著性检验可知，模
型一次项 Ａ、Ｃ 显著，Ｂ 不显著；二次项 Ａ２、Ｂ２、Ｃ２均
处于显著水平， 交互项 ＡＢ、ＡＣ、ＢＣ均不显著。 由于
回归方程一次项回归系数 Ａ＞Ｃ＞Ｂ，所以 ３ 个因素对
菌株 ＳＹ０９５ 产生物表面活性剂影响顺序从大到小
依次为温度、初始 ｐＨ、转速。
２􀆰 ３　 响应面分析
根据回归模型，利用 Ｄｅｓｉｇｎ⁃Ｅｘｐｅｒｔ ８􀆰 ０６ 软件绘
制出红球菌 ＳＹ０９５发酵温度、转速、初始 ｐＨ相互作
用响应面分析图，结果如图 ２～４所示。
图 ２　 温度、转速交互影响的三维曲面图
Ｆｉｇ􀆰 ２　 Ｍｕｔｕａｌ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｐｅｅｄ ｗｉｔｈ
ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｉａｇｒａｍ
图 ３　 温度、ｐＨ交互影响的三维曲面图
Ｆｉｇ􀆰 ３　 Ｍｕｔｕａｌ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｐＨ ｗｉｔｈ ｔｈｅ
ｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｉａｇｒａｍ
由图 ２～４可以看出培养温度、转速、ｐＨ 与发酵
液表面张力之间的相关性，其中温度对响应值的影
响最大，为椭圆形曲线。 利用 Ｄｅｓｉｇｎ⁃Ｅｘｐｅｒｔ８􀆰 ０６ 软
件进行岭脊分析，获得最优发酵条件：温度 ２９􀆰 ５ ℃，
转速 １５８ ｒ ／ ｍｉｎ，ｐＨ ７􀆰 ４２，在此条件下，发酵液表面
张力理论预测值为 ２９􀆰 ９０５ ｍＮ ／ ｍ。 为了进一步验
证预测值，利用优化后发酵培养条件对菌株 ＳＹ０９５
发酵产生物表面活性剂进行 ３ 次重复摇瓶验证实
图 ４　 转速、ｐＨ交互影响的三维曲面图
Ｆｉｇ􀆰 ４　 Ｍｕｔｕａｌ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｐＨ ｗｉｔｈ ｔｈｅ
ｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｉａｇｒａｍ
验，测得发酵液表面张力平均值为 ２９􀆰 ８５４ ｍＮ ／ ｍ，
与预测值接近，表明预测值和实际值能良好拟合，
回归模型可靠。 将发酵液酸沉淀、离心、萃取，获得
生物表面活性剂产量为 ３􀆰 ３１ ｇ ／ Ｌ。
２􀆰 ４　 ７０ Ｌ发酵罐放大实验
在单因素结合响应面法获得优化发酵条件下，
对红球菌 ＳＹ０９５进行 ７０ Ｌ发酵罐放大实验，发酵体
积 ４０ Ｌ，接种量 ５％，发酵温度为 ２９􀆰 ５ ℃，初始 ｐＨ
７􀆰 ４，初始搅拌速度 １５０ ｒ ／ ｍｉｎ，通气量为 ８ Ｌ ／ ｍｉｎ（保
持溶氧不低于 ３０％），菌株生物量和发酵液表面张
力关系见图 ５。 由图 ５可知：发酵 １０ ｈ时，菌株生长
缓慢，但发酵液的表面张力迅速降到 ３３􀆰 ０２３
ｍＮ ／ ｍ；发酵 ２８ ｈ时，菌体进入快速生长期，发酵液
表面张力继续降低；发酵 ３５ ｈ 时，发酵液表面张力
降到 ２８􀆰 ２１７ ｍＮ ／ ｍ，之后趋于平衡。 对发酵液中生
物表面活性剂进行抽提取，获得产量为 ９􀆰 ２８ ｇ ／ Ｌ，为
摇瓶培养的 ２􀆰 ８倍，同时还大大缩短了发酵时间。
图 ５　 红球菌 ＳＹ０９５放大发酵生物量和表面张力曲线
Ｆｉｇ􀆰 ５　 Ｂｉｏｍａｓｓ ａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｅｎｓｉｏｎ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ
Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ ＳＹ０９５
３　 结论
通过单因素实验结合响应面分析法，以发酵液
的表面张力为指标，优化红球菌 ＳＹ０９５ 产生物表面
５１　 第 ４期 张晓青等：响应面法优化红球菌产生物表面活性剂的发酵条件
活性剂的培养条件。 考察发酵温度、初始 ｐＨ、转速、
接种量对菌株 ＳＹ０９５ 发酵液排油活性的影响，确定
温度、初始 ｐＨ、转速为主要的影响因素。 利用
Ｄｅｓｉｇｎ⁃Ｅｘｐｅｒｔ ８􀆰 ０６软件设计中心组合实验，建立了
发酵液表面张力和温度、初始 ｐＨ、转速的二次回归
模型，获得最优发酵条件：温度 ２９􀆰 ５ ℃，转速 １５８
ｒ ／ ｍｉｎ，ｐＨ ７􀆰 ４２。 验证实验测得发酵液表面张力平
均值为 ２９􀆰 ８５４ ｍＮ ／ ｍ，与预测值接近，表明回归模
型可靠性。 利用优化后的培养条件将红球菌 ＳＹ０９５
在 ７０ Ｌ发酵罐上培养 ５３ ｈ，生物表面活性剂产量达
９􀆰 ２８ ｇ ／ Ｌ，为摇瓶培养的 ２􀆰 ８ 倍，同时还大大缩短发
酵时间。
参考文献：
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（责任编辑　 管珺）
６１ 生　 物　 加　 工　 过　 程　 　 第 １４卷