CN103243132B - 一种玉米浆葡萄糖双流加发酵优化生产谷氨酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种玉米浆葡萄糖双流加发酵优化生产谷氨酸的方法，包括以下步骤：在谷氨酸的发酵培养时，发酵培养基中葡萄糖的初始添加量为1～10g/L，玉米浆的初始添加量为1～10g/L，发酵培养开始后，即开始同时流加玉米浆和葡萄糖，玉米浆按5～19g/L的添加量流加，在发酵开始后的5～10个小时内加完，玉米浆总用量为15～20g/L；流加葡萄糖浓溶液直至发酵结束，保持发酵培养基中残糖的量为0.05～10g/L；发酵全过程流加液氨控制pH值为6.8～7.3。本发明有效提高了菌体的生长速度，缩短了菌体发酵初期的适应期及菌体倍增时间，使发酵总体时间缩短，使谷氨酸总体生产成本降低。
Description
技术领域
本发明涉及发酵法生产氨基酸的技术领域，具体涉及一种通过碳源和有机氮源双流加发酵优化生产谷氨酸的方法。
背景技术
目前，我国的谷氨酸生产行业形势严峻：一方面，谷氨酸市场需求不断扩大，产量不能满足需求；另一方面，随着原辅料价格不断上涨，谷氨酸生产成本不断提高，生产谷氨酸的利润下滑。因此，寻求更优的工艺优化发酵条件，提高发酵质量和产量，节约能耗来降低生产成本是所有谷氨酸生产企业所面临的一个重要问题。
目前，谷氨酸发酵主要采用在发酵培养基中添加足量玉米浆和葡萄糖，在发酵过程中或后期流加葡萄糖，并维持发酵液中的糖含量在一定范围内进行发酵，这种发酵方式存在着底物浓度对菌体渗透压的影响，在一定程度上影响菌体的生长，延长了发酵时间，增加了发酵生产能耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种发酵时间明显缩短、相比现有技术水、电、气、风等生产能耗显著降低的玉米浆葡萄糖双流加发酵优化生产谷氨酸的方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种玉米浆葡萄糖双流加发酵优化生产谷氨酸的方法，包括以下步骤：在谷氨酸的发酵培养时，发酵培养基中的葡萄糖的初始添加量为1～10g/L，玉米浆的初始添加量为1～10g/L，初始发酵培养温度为30～32℃，发酵培养开始后，即开始同时流加玉米浆和葡萄糖，玉米浆按5～19g/L的添加量流加，在发酵开始后的5～10个小时内加完，玉米浆总用量（初始玉米浆量加上流加的玉米浆量）为15～20g/L；流加葡萄糖浓溶液直至发酵结束，保持发酵培养基中残糖的量为0.05～10g/L；发酵全过程流加液氨控制pH值，在发酵开始的0～14h，pH值为7.0～7.1，发酵第14～25h，pH值为7.2～7.3，25h至发酵结束pH值为6.8，产酸值增幅不大并有pH值上升时即为发酵终点。
作为一种改进，当发酵至相对生长△OD＝0.35～0.45时（发酵液稀释20倍浓度在620nm处的OD值），转换发酵温度到37℃，同时添加0.5～2.0g/L的甜菜碱；当相对生长△OD＝0.55～0.65时，再次提高温度到38℃，并继续流加葡糖糖和液氨发酵直至发酵结束。
优选的，所述甜菜碱为盐酸盐甜菜碱、无水甜菜碱、一水甜菜碱中的一种或几种。
优选的，所述发酵培养基中的葡萄糖的初始添加量为1～5g/L，玉米浆的初始添加量为1～5g/L。
作为进一步的优选，所述发酵培养基中的葡萄糖的初始添加量为4～5g/L，玉米浆的添加量为4～5g/L。
优选的，所述发酵培养基中残糖的量为0.1～5g/L。
作为进一步的优选，所述发酵培养基中残糖的量为0.1～3g/L。
优选的，所述流加的葡萄糖溶液为80wt%的葡萄糖浓溶液。
优选的，所述发酵培养基包括葡萄糖 1～10g/L，玉米浆 1～10g/L，K2HPO4 6～8g/L，MgSO4·7H2O 1～2g/L，VB1 150～250μg/L，VH 500～700μg/L，FeSO4·7H2O、MnSO4·H2O各25～35mg/L，甜菜碱 2～4g/L，尿素 0.5～0.6g/L。121℃灭菌15min。
作为进一步的优选，所述发酵培养基包括葡萄糖 1～5g/L，玉米浆 1～5g/L，K2HPO4 6～8g/L，MgSO4·7H2O 1～2g/L，VB1 150～250μg/L，VH 500～700μg/L，FeSO4·7H2O、MnSO4·H2O各25～35mg/L，甜菜碱 2～4g/L，尿素 0.5～0.6g/L。
作为更进一步的优选，所述发酵培养基包括葡萄糖 4～5g/L，玉米浆 4～5g/L，K2HPO4 6～8g/L，MgSO4·7H2O 1～2g/L，VB1 150～250μg/L，VH 500～700μg/L，FeSO4·7H2O、MnSO4·H2O各25～35mg/L，甜菜碱 2～4g/L，尿素 0.5～0.6g/L。
优选的，所述谷氨酸发酵时采用的菌株为温度敏感型谷氨酸生产菌（谷氨酸黄色短杆菌或谷氨酸棒杆菌）。
本发明的种子培养基优选为：（/L）
葡萄糖 15g/L，玉米浆 20g/L，K2HPO4 3g，MgSO4·7H2O 1g/L，VB1 200μg/L，DL-蛋氨酸50μg/L，FeSO4·7H2O、MnSO4·H2O各2mg/L，尿素 0.55g/L，pH 7.0～7.2，121℃灭菌15min。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明将初始发酵培养基中的碳、氮浓度降到最低，然后在发酵初始便开始流加碳源和有机氮源，控制菌体生长的最佳碳氮比，将底物浓度对菌体渗透压的影响降到最低，使菌体一直处于半饥饿状态，来刺激菌体生长，因此有效提高了菌体的生长速度，缩短了菌体发酵初期的适应期及菌体倍增时间，可以在短时间内积累大量菌体，从而使发酵总体时间缩短。本发明比现有技术缩短发酵时间2小时以上，因此，显著降低了发酵中水、电、气、风等能源消耗，使谷氨酸总体生产成本降低。
本发明的谷氨酸发酵方法工艺操作简单，染菌和退化的概率相比现有技术大大减小。
具体实施方式
下面结合具体的实施例来进一步阐述本发明。
实施例1
采用的菌株为谷氨酸温度敏感型突变株（谷氨酸黄色短杆菌）；培养方法：将斜面菌种用10ml无菌水洗下，转接于装有1200mL种子培养基的5000mL种瓶中，培养温度32℃，160rpm，振荡培养16h至对数期，按12%的接种量将种子液全部接入含有发酵培养基（初始玉米浆和葡萄糖添加量均为5g/L）的15L全自动控制发酵罐中，控制初始培养温度为32℃，滴加液氨调pH值至7.0；分阶段供氧模式控制溶氧：0～10h为20%，10～放罐为5%；发酵开始时，玉米浆按15g/L的添加量流加，全程控制7个小时加完；全过程流加葡萄糖浓溶液至发酵结束，控制发酵液残糖的量在3g/L;当相对生长△OD＝0.4时（发酵液稀释20倍浓度在620nm处的OD值），转换温度到37℃，同时添加1.0g/L的盐酸盐甜菜碱；△OD＝0.6时，再次提高温度到38℃继续发酵。全过程流加液氨控制pH，在发酵开始的0～14h，pH值为7.0，发酵第14～25h，pH值为7.2，25h至发酵结束pH值为6.8，产酸值增幅不大并有pH值上升时即为发酵终点。至发酵终点发酵过程共持续28小时。发酵结束时L-谷氨酸的产量为213.6g/L,糖酸转化率为63.7%。
对比例1
对比例1跟实施例1的不同点在于:发酵始培养基中玉米浆和葡萄糖的初始添加量均为20g/L，发酵过程玉米浆不流加；控制发酵培养基中残糖的量在3g/L。至发酵终点时发酵过程共持续31小时。发酵结束时L-谷氨酸的产量为212.5g/L、糖酸转化率为63.6%。
实施例1发酵时间跟对比例1（发酵时间31小时）相比，提前3小时。放罐时，L-谷氨酸的产量、糖酸转化率比对比例1略高。
实施例2
采用的菌株为谷氨酸温度敏感型突变株（谷氨酸棒杆菌）；培养方法：将斜面菌种用10ml无菌水洗下，转接于装有1200mL种子培养基的5000mL种瓶中，培养温度32℃，160rpm，振荡培养16h至对数期，按12%的接种量将种子液全部接入含有发酵培养基（初始玉米浆和葡萄糖添加量均为10g/L）的15L全自动控制发酵罐中，控制初始培养温度为31℃，滴加液氨调pH值至7.2；分阶段供氧模式控制溶氧：0～12h为20%，12～放罐为5%；发酵开始时，玉米浆按12g/L的添加量流加，全程控制8个小时加完；全过程流加80%的葡萄糖浓液至发酵结束，控制发酵液残糖的量在4g/L;当相对生长△OD＝0.35时（发酵液稀释20倍浓度在620nm处的OD值），转换温度到37℃，同时添加1.0g/L的无水甜菜碱；△OD＝0.55时，再次提高温度到38℃。全过程流加液氨控制pH，在发酵开始的0～14h，pH值为7.1，发酵第14～25h，pH值为7.3，25h至发酵结束pH值为6.8，产酸值增幅不大并有pH值上升时即为发酵终点。至发酵终点发酵过程共持续29小时。发酵结束时L-谷氨酸的产量为212.2g/L,糖酸转化率为62.3%。
对比例2
对比例2跟实施例2的不同点在于:发酵培养基中玉米浆和葡萄糖的初始添加量均为20g/L，发酵过程玉米浆不流加；控制发酵培养基中残糖的量在5g/L。至发酵终点时发酵过程共持续31小时。发酵结束时L-谷氨酸的产量为211.7g/L,糖酸转化率为61.8%。
实施例2发酵时间跟对比例2（发酵时间31小时）相比，提前2小时。放罐时，L-谷氨酸的产量、糖酸转化率比对比例2略高。
实施例3
采用的菌株为谷氨酸温度敏感型突变株（谷氨酸黄色短杆菌）；培养方法：将斜面菌种用10ml无菌水洗下，转接于装有1200mL种子培养基的5000mL种瓶中，培养温度32℃，160rpm，振荡培养15h至对数期，按12%的接种量将种子液全部接入含有发酵培养基（葡萄糖 5g/L，玉米浆 5g/L，K2HPO4 6g/L，MgSO4·7H2O2g/L，VB1 150μg/L，VH 700μg/L，FeSO4·7H2O、MnSO4·H2O各25mg/L，甜菜碱 2g/L，尿素 0.6g/L。121℃灭菌15min）的15L全自动控制发酵罐中，控制初始培养温度为32℃，滴加液氨调pH值至7.1；分阶段供氧模式控制溶氧：0～9h为20%，9小时～放罐为5%；发酵开始时，玉米浆按16g/L的添加量流加，全程控制6个小时加完；全过程流加80%的葡萄糖浓液至发酵结束，控制发酵液残糖的量在2g/L;当相对生长0.45时（发酵液稀释20倍浓度在620nm处的OD值），转换温度到37℃，同时添加1.0g/L的一水甜菜碱；△OD＝0.65，再次提高温度到38℃。全过程流加液氨控制pH，在发酵开始的0～14h，pH值为7.0，发酵第14～25h，pH值为7.2，25h至发酵结束pH值为6.8，产酸值增幅不大并有pH值上升时即为发酵终点。至发酵终点发酵过程共持续27.5小时。发酵结束时L-谷氨酸的产量为212.8g/L,糖酸转化率为63.4%。
对比例3
对比例3跟实施例3的不同点在于:发酵始培养基中玉米浆和葡萄糖的初始添加量均为20g/L，发酵过程玉米浆不流加；葡萄糖在温度转换至38℃时，添加1.0g/L的一水甜菜碱;控制发酵培养基中残糖的量在4g/L。至发酵终点时发酵过程共持续31小时。发酵结束时L-谷氨酸的产量为212.5g/L,糖酸转化率为63.1%。
实施例3发酵时间跟对比例3（发酵时间31小时）相比，提前3.5小时。放罐时，L-谷氨酸的产量、糖酸转化率比对比例3略高。
实施例4
采用的菌株为谷氨酸温度敏感型突变株（谷氨酸黄色短杆菌）；培养方法：将斜面菌种用10ml无菌水洗下，转接于装有1200mL种子培养基的5000mL种瓶中，培养温度32℃，160rpm，振荡培养14～16h至对数期，按12%的接种量将种子液全部接入含有发酵培养基（葡萄糖 8g/L，玉米浆 8g/L，K2HP8g/L，MgSO4·7H2O 1g/L，VB1 250μg/L，VH 500μg/L，FeSO4·7H2O、MnSO4·H2O各35mg/L，甜菜碱 3g/L，尿素 0.6g/L。121℃灭菌15min）的15L全自动控制发酵罐中，控制初始培养温度为32℃，滴加液氨调pH值至7.0～7.2；分阶段供氧模式控制溶氧：0～10h为20%，10～放罐为5%；玉米浆按10g/L的添加量流加，全程控制10个小时加完；全过程流加80%的葡萄糖浓液至发酵结束，控制发酵液残糖的量在8g/L左右;当相对生长△OD＝0.4时（发酵液稀释20倍浓度在620nm处的OD值），转换温度到37℃，同时添加1.5g/L的盐酸盐甜菜碱；△OD＝0.6时，再次提高温度到38℃。全过程流加液氨控制pH，在发酵开始的0～14h，pH值为7.1，发酵第14～25h，pH值为7.3，25h至发酵结束pH值为6.8，产酸值增幅不大并有pH值上升时即为发酵终点。至发酵终点发酵过程共持续30.5小时。发酵结束时L-谷氨酸的产量为211.9g/L,糖酸转化率为62.1%。
对比例4
对比例4跟实施例4的不同点在于:发酵始培养基中玉米浆和葡萄糖的初始添加量均为20g/L，葡萄糖流加时控制发酵培养基中残糖的量在8g/L。至发酵终点时发酵过程共持续32.5小时。发酵结束时L-谷氨酸的产量为211.3g/L,糖酸转化率为61.2%。
实施例4发酵时间跟对比例4（发酵时间32.5小时）相比，提前2小时。放罐时，实施例4中L-谷氨酸的产量、糖酸转化率相比对比例4略好。
对比例5
对比例5跟实施例4的不同点在于:发酵始培养基中玉米浆和葡萄糖的初始添加量均为15g/L，发酵培养基中不含甜菜碱，发酵过程不添加甜菜碱，在发酵至第3小时开始流加玉米浆和葡萄糖，玉米浆按10g/L的添加量流加，葡萄糖流加时控制发酵培养基中残糖的量在8g/L。至发酵终点时发酵过程共持续32小时。发酵结束时L-谷氨酸的产量为191.7g/L,糖酸转化率为60.1%。
实施例4发酵时间跟对比例5（发酵时间32小时）相比，提前2.5小时。放罐时，L-谷氨酸的产量、糖酸转化率比对比例5高。
对比例6
控制发酵培养基中初始玉米浆添加量为15g/L，发酵开始时，玉米浆按5g/L的添加量流加，全程控制5个小时加完；全过程流加80%的葡萄糖浓溶液至发酵结束，控制发酵液残糖的量在15g/L;其他条件同实施例1。至发酵终点，发酵过程共持续30小时。发酵结束时L-谷氨酸的产量为211.9g/L,糖酸转化率为61.9%。
实施例1发酵时间跟对比例6（发酵时间30小时）相比，提前2小时。放罐时，实施例1中L-谷氨酸的产量、糖酸转化率比对比例1高。说明发酵过程发酵液中残糖量较高时，不利于菌体生长。
Claims (10)
1.一种玉米浆葡萄糖双流加发酵优化生产谷氨酸的方法，其特征在于包括以下步骤：在谷氨酸的发酵培养时，发酵培养基中葡萄糖的初始添加量为1～10g/L，玉米浆的初始添加量为1～10g/L，初始发酵培养温度为30～32℃，发酵培养开始后，即开始同时流加玉米浆和葡萄糖，玉米浆按5～19g/L的添加量流加，在发酵开始后的5～10个小时内加完，玉米浆总用量为15～20g/L，所述玉米浆总用量为初始玉米浆量加上流加的玉米浆量；流加葡萄糖溶液直至发酵结束，保持发酵培养基中残糖的量为0.05～10g/L；发酵全过程流加液氨控制pH值，在发酵开始的0～14h，pH值为7.0～7.1，发酵第14～25h，pH值为7.2～7.3，25h至发酵结束pH值为6.8。
2.如权利要求1所述的玉米浆葡萄糖双流加发酵优化生产谷氨酸的方法，其特征在于：当发酵至相对生长△OD＝0.35～0.45时，转换发酵温度到37℃，同时添加0.5～2.0g/L的甜菜碱；当相对生长△OD＝0.55～0.65时，再次提高温度到38℃，并继续流加葡萄糖和液氨直至发酵结束；所述OD为发酵液稀释20倍浓度在620nm处的OD值。
3.如权利要求2所述的玉米浆葡萄糖双流加发酵优化生产谷氨酸的方法，其特征在于：所述甜菜碱为盐酸盐甜菜碱、无水甜菜碱、一水甜菜碱中的一种或几种。
4.如权利要求1或2所述的玉米浆葡萄糖双流加发酵优化生产谷氨酸的方法，其特征在于：所述发酵培养基中的葡萄糖的初始添加量为1～5g/L，玉米浆的初始添加量为1～5g/L。
5.如权利要求4所述的玉米浆葡萄糖双流加发酵优化生产谷氨酸的方法，其特征在于：所述发酵培养基中的葡萄糖的初始添加量为4～5g/L，玉米浆的初始添加量为4～5g/L。
6.如权利要求1或2所述的玉米浆葡萄糖双流加发酵优化生产谷氨酸的方法，其特征在于：所述发酵培养基中残糖的量为0.1～3g/L。
7.如权利要求1或2所述的玉米浆葡萄糖双流加发酵优化生产谷氨酸的方法，其特征在于：所述流加的葡萄糖溶液为80wt％的葡萄糖浓溶液。
8.如权利要求1或2所述的玉米浆葡萄糖双流加发酵优化生产谷氨酸的方法， 其特征在于：所述发酵培养基包括葡萄糖1～10g/L，玉米浆1～10g/L，K2HPO46～8g/L，MgSO4·7H2O1～2g/L，VB1 150～250μg/L，VH500～700μg/L，FeSO4·7H2O、MnSO4·H2O各25～35mg/L，甜菜碱2～4g/L，尿素0.5～0.6g/L。
9.如权利要求8所述的玉米浆葡萄糖双流加发酵优化生产谷氨酸的方法，其特征在于：所述发酵培养基包括葡萄糖1～5g/L，玉米浆1～5g/L，K2HPO46～8g/L，MgSO4·7H2O1～2g/L，VB1 150～250μg/L，VH500～700μg/L，FeSO4·7H2O、MnSO4·H2O各25～35mg/L，甜菜碱2～4g/L，尿素0.5～0.6g/L。
10.如权利要求1或2所述的玉米浆葡萄糖双流加发酵优化生产谷氨酸的方法，其特征在于：所述发酵培养基包括葡萄糖4～5g/L，玉米浆4～5g/L，K2HPO46～8g/L，MgSO4·7H2O1～2g/L，VB1 150～250μg/L，VH500～700μg/L，FeSO4·7H2O、MnSO4·H2O各25～35mg/L，甜菜碱2～4g/L，尿素0.5～0.6g/L。
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| 基于pH的反馈补料方法在谷氨酸发酵中的应用;邢宇等;《生物工程学报》;20111025;第27卷(第10期);1457-1463 * |
| 邢宇等.基于pH的反馈补料方法在谷氨酸发酵中的应用.《生物工程学报》.2011,第27卷(第10期),1457-1463. |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103243132A (zh) | 2013-08-14 |
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