CN101851614A - 一种提高酶制剂发酵转化率的工艺 - Google Patents

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郭鸿飞
周永治
肖光焰
黄荣强
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Abstract

本发明公开了一种提高酶制剂发酵转化率的工艺，包括对产酶菌株的菌种培养、好氧发酵培养和酶制剂的提取纯化步骤，在好氧发酵培养步骤的发酵罐培养过程中通入富氧无菌空气，或者在菌种培养步骤的种子罐培养过程和好氧发酵培养步骤的发酵罐培养过程中，通入富氧无菌空气。本发明在保障菌株需氧的同时，还可以提高发酵酶活力10％以上，在更小的通风比的条件下还可以缩短发酵周期20％左右，同时增加反应罐的装料系数，提高酶制剂产量50％左右，且在同等条件下吨产品耗电量可以比不采用富氧无菌空气节省40％左右，极大地提高了能源利用率。

Description

一种提高酶制剂发酵转化率的工艺
技术领域
本发明属于生物化学领域，具体涉及一种提高酶制剂发酵转化率的方法。
背景技术
酶制剂工业是生物工程的重要组成部分，其应用领域遍及轻工、食品、化工、医药卫生、农业以及能源、环境保护等，在国民经济发展中起到重要作用，产生了巨大的社会和经济效益。
由于菌株好氧发酵过程中需氧量大，因此酶制剂大规模生产过程需要大量的通风以给微生物供氧，从而提高发酵液中的溶氧水平。现有技术中通常采用提高搅拌速度或提高通风比的方法来增加溶氧水平，也有采用调整不同发酵阶段的通风量来满足菌种不同阶段的耗氧。但上述方法仍无法充分满足酶制剂的大规模生产需求。
发明内容
本发明的目的是在现有技术基础上，通过将压缩空气的含氧量提高后应用于酶制剂的生产，由于氧分压的提高，溶氧速率得以提高，即使在更小通风比的条件下，也能保障生产菌的需氧量，可使发酵酶活力提高10％以上，发酵周期缩短，同时装料系数增加。
本发明的目的可以通过以下措施达到：
一种提高酶制剂发酵转化率的工艺，包括对产酶菌株的菌种培养、好氧发酵培养和酶制剂的提取纯化步骤，在好氧发酵培养步骤的发酵罐培养过程中通入富氧无菌空气，或者在菌种培养步骤的种子罐培养过程和好氧发酵培养步骤的发酵罐培养过程中，通入富氧无菌空气。
其中富氧无菌空气的含氧量比压缩无菌空气高10％～30％，优选高15％～25％。正常压缩无菌空气中氧气含量在21％左右，故本发明的富氧无菌空气的含氧量在23.1～27.3％左右，优选24.15～26.25％左右。
酶制剂的大规模生产工艺一般包括将原料(如碳源等)配料制成种子培养基和发酵培养基，选择合适的产酶菌株，进行斜面菌种培养、摇瓶培养、种子罐培养和发酵罐培养，在种子罐培养和发酵罐培养的过程中进行通风。通入的风来自于经过空压机压缩并最终通过空气净化处理的高空采风。本发明在空压机压缩高空采风时，通过氧气发生器将氧气混入高空采风中，最后经过空气净化系统最终制成富氧无菌空气。发酵罐培养所得的发酵液经过絮凝罐絮凝，再经过板框压滤机压滤，最后经过超滤浓缩可以得到含酶浓缩液，该含酶浓缩液经过调配、过滤除菌后即可得到酶制剂成品；或者将含酶浓缩液直接喷雾干燥，再经过调配即可制得酶制剂成品。现有技术中针对不同的酶制剂均有不同的详细的制备方法，本发明与现有技术的区别即主要体现在富氧无菌空气方面。
本发明适用于各种可以通过好氧发酵制备的酶制剂，例如中性蛋白酶、α-淀粉酶、糖化酶或酸性纤维素酶等，可以采用的菌株例如枯草芽孢杆菌、米曲霉瓦尔、黑曲霉或里氏木霉等。
一般认为通过调节溶氧水平可以影响好氧发酵，发酵时若供氧不足，细胞处于缺氧状态，生长受到抑制；若供氧过饱和，菌体呼吸加快，菌体细胞代谢始终处于旺盛状态，亦不利于菌体生长，且容易造成菌体衰老。但现有溶氧的调节集中在调整搅拌速度、通风比和不同发酵阶段的通风量方面，本发明通过单纯增加压缩空气氧气分压即可在不调整其他条件的情况下达到保障生产菌的需氧量的目的。在保障需氧的同时，本发明还可以提高发酵酶活力10％以上，在更小的通风比的条件下还可以缩短发酵周期20％左右，同时增加反应罐的装料系数，提高酶制剂产量50％左右，且在同等条件下吨产品耗电量可以比不采用富氧无菌空气节省40％左右，极大地提高了能源利用率。
附图说明
图1是酶制剂生产工艺流程示意图。
具体实施方式
以下以采用黑曲霉生产糖化酶为例对本发明进行进一步说明。
斜面培养基：蔗糖30g，NaNO3 2g，K2HPO4 1g，KCl 0.5g，七水硫酸镁0.5g，七水硫酸亚铁0.01g，琼脂20g，蒸馏水1000ml，自然pH。
摇瓶培养基：葡萄糖100g，豆饼粉30g，玉米浆30g，蒸馏水1000ml，自然pH。
种子培养基：玉米淀粉180g，豆饼粉30g，玉米浆30g，蒸馏水1000ml，自然pH。
发酵培养基：玉米淀粉30％，豆饼粉4％，玉米浆4％，(NH4)2SO40.5％，自然pH。
先将菌株于斜面培养基的斜面上33℃培养96h后，接入含有摇瓶培养基的摇瓶内于30℃培养48h，再接入含种子培养基的种子培养罐中于32℃、240rpm培养48h。按10％的接种量接入含发酵培养基的发酵培养罐中于34℃、180rpm下培养120h。发酵时向发酵罐中通风，按通入常规压缩无菌空气与通入富氧无菌空气(氧气含量比常规压缩无菌空气高20％，通过氧气发生器产生的氧气加入压缩空气并无菌化处理)的不同分为常规组和富氧组。
常规组和富氧组的发酵液分别通过絮凝罐絮凝，再经过板框压滤机压滤，最后经过超滤浓缩得到含酶浓缩液，再调配为液体糖化酶成品，如果浓缩液直接喷雾干燥，得到固体糖化酶制剂成品。
常规组和富氧组的发酵条件、产品收率、产生污染物情况以及耗电量详见下表。
  项目   常规组   富氧组
  装料系数   0.8   0.9
  发酵液体积(m3)   16   18
  发酵周期(小时)   120   100
  放罐酶活力(u/ml)   38000   45000
  项目   常规组   富氧组
  提取收率(％)   0.8   0.9
  成品产量(m3)   4.864   7.29
  浓酶产量(m3)   4.053   6.075
  浓缩废水量(m3)   11.95   11.925
  废水平均COD(mg/l)   20000   20000
  COD总量(kg)   238.9   238.5
  吨产品COD量(kg)   49.122807   32.71604938
  富氧量   常规   提高10％-30％
  通风量(m3/h)   1000   1000
  通风功率(kw)   50   50
  搅拌功率(kw)   37   37
  制氧功率(kw)   0   10
  小计(kw)   80   90
  发酵电耗(度)   9600   9000
  超滤浓缩时间(小时)   16   10
  超滤浓缩功率(kw)   30   30
  提取电耗(度)   480   300
  电耗合计(度)   10080   9300
  吨产品电耗(度)   2072   1275
从结果可以明显看出，本发明还可以提高发酵酶活力、缩短发酵周期、增加反应罐的装料系数、提高酶制剂产量、降低吨产品耗电量、提高能源利用率。
其他能够通过好氧发酵生产的酶制剂(如α-淀粉酶、蛋白酶、酸性纤维素酶等)也可以在现有技术的基础上采用本发明的方法达到同等类似的效果。

Claims (4)

1.一种提高酶制剂发酵转化率的工艺，包括对产酶菌株的菌种培养、好氧发酵培养和酶制剂的提取纯化步骤，其特征在于在好氧发酵培养步骤的发酵罐培养过程中通入富氧无菌空气，或者在菌种培养步骤的种子罐培养过程和好氧发酵培养步骤的发酵罐培养过程中，通入富氧无菌空气。
2.根据权利要求1所述的提高酶制剂发酵转化率的工艺，其特征在于所述富氧无菌空气的含氧量比压缩无菌空气高10％～30％。
3.根据权利要求2所述的提高酶制剂发酵转化率的工艺，其特征在于所述富氧无菌空气的含氧量比压缩无菌空气高15％～25％。
4.根据权利要求1所述的提高酶制剂发酵转化率的工艺，其特征在于所述酶制剂为中性蛋白酶、α-淀粉酶、糖化酶或酸性纤维素酶，所述产酶菌株为枯草芽孢杆菌、米曲霉瓦尔、黑曲霉或里氏木霉。
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