CN102443610A - 基于柠檬酸代谢网络的体积溶氧传递系数分阶段控制方法 - Google Patents

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陈坚
堵国成
刘龙
李江华
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Abstract

本发明公开了基于柠檬酸代谢网络的体积溶氧传递系数分阶段控制方法，通过控制柠檬酸不同发酵阶段的溶解氧来控制代谢的流向从而提高柠檬酸的产量。在柠檬酸的整个发酵过程中，以8％的接种量将种子液接种到发酵罐中，维持温度为37℃，罐压0.05MPa，搅拌速度维持在84rpm/min，通气量控制为：发酵初期维持在40m3/min，发酵中期(发酵开始2～3h左右)维持在48m3/min左右，发酵后期维持在40m3/min。当发酵进行到58h左右时检测还原糖的含量，当还原糖下降到5％以下时发酵即可终止。通过优化不同发酵阶段的通气量实现溶氧传递系数的阶段性控制，实现了基于代谢网络的提高柠檬酸产量的提高，这一过程简便易操作，对设备要求低，能耗少，能广泛得应用于柠檬酸的生产。

Description

基于柠檬酸代谢网络的体积溶氧传递系数分阶段控制方法
技术领域
本发明涉及基于柠檬酸代谢网络的体积溶氧传递系数分阶段控制方法，属于发酵过程优化领域。
背景技术
柠檬酸是一种重要的有机酸，又名枸橼酸，无色晶体，常含一分子结晶水，无臭，有很强的酸味，易溶于水，有3个H+可以电离；加热可以分解成多种产物，与酸、碱、甘油等发生反应。其钙盐在冷水中比热水中易溶解，此性质常用来鉴定和分离柠檬酸。结晶时控制适宜的温度可获得无水柠檬酸。
因为柠檬酸有温和爽快的酸味，普遍用于各种饮料、汽水、葡萄酒、糖果、点心、饼干、罐头果汁、乳制品等食品的制造。柠檬酸在化学技术上可作化学分析用试剂，用作实验试剂、色谱分析试剂及生化试剂；用作络合剂，掩蔽剂；用以配制缓冲溶液。柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液用于烟气脱硫。柠檬酸属于果酸的一种，主要作用是加快角质更新，常用于乳液、乳霜、洗发精、美白用品、抗老化用品、青春痘用品等。柠檬酸也广泛应用于医药行业中，在凝血酶原激活物的形成及以后的凝血过程中，必须有钙离于参加。枸橼酸根离子与钙离子能形成一种难于解离的可溶性络合物，因而降低了血中钙离子浓度，使血液凝固受阻。本品在输血或化验室血样抗凝时，用作体外抗凝药。
柠檬酸的发酵因菌种、工艺、原料而异，但在发酵过程中还需要掌握一定的温度、通风量及pH值等条件。一般认为，黑曲霉适合在28～30℃时产酸。温度过高会导致菌体大量繁殖，糖被大量消耗以致产酸降低，同时还生成较多的草酸和葡萄糖酸；温度过低则发酵时间延长。微生物生成柠檬酸要求低pH，最适pH为2～4，这不仅有利于生成柠檬酸，减少草酸等杂酸的形成，同时可避免杂菌的污染。柠檬酸发酵要求较强的通风条件，有利于在发酵液中维持一定的溶解氧量。通风和搅拌是增加培养基内溶解氧的主要方法。随着菌体生成，发酵液中的溶解氧会逐渐降低，从而抑制了柠檬酸的合成。采用增加空气流速及搅拌速度的方法，使培养液中溶解氧达到60％饱和度对产酸有利。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种提高柠檬酸产量的方法，基于柠檬酸代谢网络的体积溶氧传递系数分阶段控制从而提高柠檬酸产量。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
将黑曲霉以8％的接种量接入发酵罐中，培养温度控制在37℃、罐压维持在0.05MPa、搅拌转速84rpm/min、通气量控制为发酵前期2～3h维持在40m3/min，发酵中期3～36h左右)维持在48m3/min左右，发酵后期36h～发酵结束维持在40m3/min。
所述生产菌株为黑曲霉(Aspergillus Niger)ATCC 1015。
所述发酵终点为当还原糖消耗至0.5％以下时，发酵结束。
所述原料为经过液化的玉米粉，具体液化过程为：291g玉米粉溶解于1L水中，加入石灰将pH调至6.0～6.4，然后加入淀粉酶，在100℃保温30分钟，然后降温至60℃加入糖化酶，保温直至碘试呈棕色或棕红色，此时pH约5.6左右。
所述淀粉酶来源于市面上常用淀粉酶，液化过程中添加量根据酶的酶学性质以及底物进行调节。
所述糖化酶来源于市面上常用糖化酶，液化过程中添加量根据酶的酶学性质以及底物进行调节。
所述液化后的原料液经过板框压滤或离心后，得到过滤液。
所述培养条件如下：
固体培养：土豆培养基(PDA)
固体培养条件：35℃，8天
种子培养基：上述玉米粉液化得到的过滤液控制总糖在9.5％左右，13m3混液定容至26m3
种子培养条件：37℃，125rpm/min，培养24h，接种量为一个茄子瓶接26m3
发酵培养基：按照每39m3清夜加入1.6吨玉米粉，补充5m3水计算
发酵培养条件：接种量8％，将26m3的种子液接种到340m3发酵罐中，维持温度为37℃，搅拌速度为84rpm/min，罐压57kp，通气量控制为发酵前期2～3h维持在40m3/min，发酵中期3～36h左右)维持在48m3/min左右，发酵后期36h～发酵结束维持在40m3/min，当还原糖小于0.5％时发酵结束。
通过优化不同发酵阶段的通气量实现溶氧传递系数的阶段性控制，实现了基于代谢网络的提高柠檬酸产量的提高，这一过程简便易操作，对设备要求低，能耗少，能广泛得应用于柠檬酸的生产。
具体实施例：
实施例1：
柠檬酸含量测定方法：
流动相：0.5％H3PO4/KH2PO4缓冲液(PH＝2.81)；含0.025％乙腈流量：1.0ml/min
色谱柱：ODS反相柱
柱温：40℃
检测波长：206nm
进样量：5ul
具体实施例2：
291g玉米粉溶解于1L水中，加入石灰将pH调至6.0～6.4，然后加入淀粉酶，在100℃保温30分钟，然后降温至60℃加入糖化酶，保温直至碘试呈棕色或棕红色，此时pH约5.6左右。
所述淀粉酶来源于市面上常用淀粉酶，液化过程中添加量根据酶的酶学性质以及底物进行调节，来源于杰能科。
所述糖化酶来源于市面上常用糖化酶，液化过程中添加量根据酶的酶学性质以及底物进行调节，来源于诺维信。
所述液化后的原料液经过板框压滤或离心后，得到过滤液。
具体实施例3：
固体培养：土豆培养基(PDA)
固体培养条件：35℃，8天
种子培养基：上述玉米粉液化得到的过滤液控制总糖在9.5％左右，13m3混液定容至26m3
种子培养条件：37℃，125rpm/min，培养24h，接种量为一个茄子瓶接26m3
发酵培养基：按照每39m3清夜加入1.6吨玉米粉，补充5m3水计算
发酵培养条件：接种量8％，将26m3的种子液接种到340m3发酵罐中，维持温度为37℃，搅拌速度为84rpm/min，罐压57kp，通气量控制为发酵前期2～3h维持在40m3/min，发酵中期3～36h左右)维持在48m3/min左右，发酵后期36h～发酵结束维持在40m3/min，当还原糖小于0.5％时发酵结束。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种基于柠檬酸代谢网络的体积溶氧传递系数分阶段控制方法，其特征在于：通气量的分阶段控制，通气量控制为发酵前期2～3h维持在40m3/min，发酵中期3～36h左右)维持在48m3/min左右，发酵后期36h～发酵结束维持在40m3/min。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述生产菌株为黑曲霉ATCC 1015。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述接种量为8％。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述培养温度为37℃。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述罐压为0.05MPa。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述搅拌转速为84rpm/min。
7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：当还原糖消耗至0.5％以下时，发酵结束。
8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于用于生产柠檬酸的原料体液化过程为：291g玉米粉溶解于1L水中，加入石灰将pH调至6.0～6.4，然后加入淀粉酶，在100℃保温30分钟，然后降温至60℃加入糖化酶，保温直至碘试呈棕色或棕红色，此时pH约5.6左右。
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