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user: 3. 结果分析 3.1. PB设计筛选主要因素 数据分析采用Mintab 17软件进行，响应值(Y)为有效活菌数。实验设计及结果如表2所示，各因素效应及评价表如表3所示。 由PB设计结果得出回归方程： Y = 17 . 625 − 1 . 675 × 1 + 0. 442 × 2 − 0. 325 × 3 + 0. 675 × 4 − 1 . 775 × 5 + 1 . 442 × 6 − 0. 158 × 7 + 0. 392 × 8 。(NH 4 ) 2 SO 4 、玉米粉、玉米浆和葡萄糖对有效活菌数的影响较大，其中(NH 4 ) 2 SO 4 和玉米粉为负效应，降低浓度可提高活菌数，玉米浆和葡萄糖为正效应，提高浓度可提高活菌数。 Table 1 PB design experimental design level and codin 因素 编码 水平(g/L) −1 1 玉米粉 x1 12 15 豆饼粉 x2 18 22.5 CaCO 3 x3 5 6.25 葡萄糖 x4 8 10 (NH 4 ) 2 SO 4 x5 1 1.25 玉米浆 x6 5 6.25 MgSO 4 x7 2 2.5 MnSO 4 x8 0.5 0.625 表1. PB设计实验设计水平及编码 Table 2 PB design experimental design and result 序号 x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 Y/(亿∙mL −1 ) 1 −1 1 −1 −1 −1 1 1 1 22.3 2 1 −1 1 1 −1 1 −1 −1 18.3 3 −1 1 1 −1 1 −1 −1 −1 14.3 4 1 −1 1 −1 −1 −1 1 1 15.3 5 1 1 1 −1 1 1 −1 1 16.6 6 1 −1 −1 −1 1 1 1 −1 13.6 7 1 1 −1 1 1 −1 1 −1 14.3 8 −1 −1 1 1 1 −1 1 1 16.0 9 −1 1 1 1 −1 1 1 −1 23.3 10 1 1 −1 1 −1 −1 −1 1 17.6 11 −1 −1 −1 −1 −1 −1 −1 −1 19.6 12 −1 −1 −1 1 1 1 −1 1 20.3 表2. PB设计实验设计及结果 Table 3 PB design experiment factors effect and evaluation tabl 项 效应 F值 显著性排序 x5 −3.550 21.20 1 x1 −3.350 18.88 2 x6 2.883 13.99 3 x4 1.350 3.07 4 x2 0.883 1.31 5 x8 0.783 1.03 6 x3 −0.650 0.71 7 x7 −0.317 0.17 8 表3. PB设计实验各因素效应及评价表 3.2. 正交试验优化培养基 根据PB试验的筛选结果，(NH 4 ) 2 SO 4 、玉米粉、玉米浆和葡萄糖4个因素对有效活菌数影响较大，采用L 9 (3 4 )正交表设计了四因素三水平正交试验，每个处理设3次重复。正交试验设计各因子和水平见表4，正交试验设计及结果见表5。 由表5可知，最优培养基组合为A1B2C2D2，即玉米粉8 g/L，葡萄糖12 g/L，(NH 4 ) 2 SO 4 0.8 g/L，玉米浆7 g/L，根据极差(R)大小分析可知，4因素对有效活菌数影响主次顺序为玉米粉 > (NH 4 ) 2 SO 4 > 玉米浆 > 葡萄糖。最优组合与实验2相同，无须再做验证实验，优化培养基有效活菌数为33.77亿/mL。 3.3. 发酵罐放大 在前期工作的基础上，确定了50 L发酵罐发酵条件：装料系数0.6，温度30℃，接种量1%，压力0.05 MPa，搅拌转速0~8小时200 r/min，8小时后250 r/min，通风量15~40 L/min，pH值自然，发酵周期30小时(图1)。 发酵8小时后，溶氧开始急速下降，表明菌体生长速度很快，此时调节搅拌转速和风量，提高溶氧，发酵16小时后，溶氧降至最低点，20小时后，溶氧开始回升，表明菌体繁殖速度减缓，27小时，溶氧上升速度减缓，芽孢大量形成，发酵30小时，芽孢率达到95%，发酵结束，平板计数30亿/mL (图2)。 从50 L发酵罐发酵情况看，发酵8小时后，溶氧下降速度非常快，说明菌体耗氧速度快，因此，在发酵罐放大过程中采用以体积溶氧系数为基准的放大法。试验罐与放大罐基本参数对照见表6，试验罐与放大罐放大工艺参数见表7。 根据小罐发酵情况，为避免泡沫过大，造成逃液，放大罐空截面空气线速度取90 cm/min，通风量 Q = π 4 × 32 2 × 9 0 = 2 . 54 × 1 0 5 ( mL / min ) ，约等于1.06 vvm。 计算得溶氧系数为2.83 × 10 −6 ，依据溶氧系数相等原则可计算出放大罐搅拌转速为159.2 r/min，取整数为160 r/min。由此确定了放大罐发酵工艺参数：温度30℃，搅拌转速0~8小时130 r/min，8小时后160 r/min，通风量9~15 m 3 /h。 在放大罐上做了发酵试验，每2小时测定发酵OD值，结果见图3。 从图3可以看出，发酵24小时OD值达到最大值，取样镜检，无芽孢，发酵30小时后，芽孢率达到95%，停止发酵。平板计数有效活菌数为25亿/mL，接近小罐水平。 Table 4 Orthogonal tests of various factors and level 水平 A：玉米粉(g/L) B：葡萄糖(g/L) C：(NH 4 ) 2 SO 4 (g/L) D：玉米浆(g/L) 1 8 10 0.6 6 2 10 12 0.8 7 3 12 14 1.0 8 表4. 正交试验各因素及水平表 Table 5 Orthogonal experimental design and result 序号 A：玉米粉 B：葡萄糖 C：(NH 4 ) 2 SO 4 D：玉米浆 有效活菌数：亿/mL 1 1 1 1 1 29.47 2 1 2 2 2 33.77 3 1 3 3 3 26.17 4 2 1 2 3 27.80 5 2 2 3 1 26.30 6 2 3 1 2 29.90 7 3 1 3 2 25.07 8 3 2 1 3 25.20 9 3 3 2 1 26.17 k1 29.80 27.45 28.19 27.31 k2 28.00 28.42 29.25 29.58 k3 25.48 27.41 25.85 26.39 R 4.32 1.01 3.40 3.19 表5. 正交实验设计及结果 图1. pH值随时间变化曲线 图2. 溶氧随时间变化曲线 图3. 发酵液OD值变化曲线 Table 6 Comparison of basic structural parameters between test tank and enlarged tan 对照项 内径T (m) 柱高H0 (m) 容积V (m 3 ) 有效容积V 有效 (m 3 ) 搅拌器直径D (m) 试验罐 0.32 0.64 0.058 0.03 0.105 放大罐 0.60 1.20 0.395 0.24 0.200 表6. 试验罐与放大罐基本结构参数对照表 Table 7 Comparison table for enlarging process parameters of test tank and enlarging tan 对照项 放大倍数 搅拌转速 通风量(vvm) Pg/V(kW/m 3 ) 溶氧系数([摩尔氧/(毫升∙分∙大气压)]) 试验罐 1 250 1.33 0.11 2.83 × 10 −6 放大罐 8 160 1.06 0.11 2.86 × 10 −6 表7. 试验罐与放大罐放大工艺参数对照表