CN103898170A - 一种适应大规模工业化的固定化细胞生产葡萄糖酸钠的方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种适应大规模工业化的固定化细胞生产葡萄糖酸钠的方法，把黑曲霉菌孢子包埋于海藻酸钙与蒙脱土中制成固定化小球，在培养基中培养，当菌体开始分生菌丝时，移入装有葡萄糖溶液的发酵罐开始发酵。发酵液残糖小于0.5%时结束发酵,发酵液经脱色结晶制成葡萄糖酸钠晶体，固定化菌体仍留在发酵罐内，填加葡萄糖溶液继续发酵，所述固定化菌体可反复使用6-8次。

Description

一种适应大规模工业化的固定化细胞生产葡萄糖酸钠的方法

 

技术领域

    本发明属于生物发酵法生产葡萄糖酸盐的技术领域，尤其涉及生物发酵法生产葡萄糖酸钠。

背景技术

    葡萄糖酸钠又称五羟基己酸钠，是一种白色或淡黄色结晶粉末，葡萄糖酸钠是一种用途极广的多羟基有机酸盐，由于其无毒，原料来源广泛的特性，热稳定性好,无潮解性，在化工、食品、医药、轻工等行业有广泛的用途。特别在水泥外加剂方面,葡萄糖酸钠作为减水剂和缓凝剂使用,取得了良好的效果，在食品工业可用作营养增补剂、固化剂、缓冲剂等。葡萄糖酸钠由于其优良的螯合性能而被广泛用于水质处理、电镀、金属与非金属的表面清洗及水泥生产等多种工业部门,葡萄糖酸钠也是制备葡萄糖酸内酯、葡萄糖酸盐(锌、铜、亚铁盐)等的基础原料。

    目前葡萄糖酸钠的工业生产主要是以下几种合成路线：生物发酵法，均相化学氧化法，电解氧化法，多相催化氧化法。其中均相化学氧化法需要严格控制催化剂在反应液中有效成分的含量,对温度、溶液pH值有依赖性,中间步骤多,副产物多,产物难于分离,且作为催化剂的盐难以再生,产率较低,反应时间较长,且对环境有较大污染，因此在应用上受到了限制；电解氧化法在工业生产中能耗大，不易控制，因此工业化生产中也很少采用；多相催化氧化法工艺简单，反应平稳，易于控制，反应条件温和；发酵法具有成本低,质量易控制等优点，所以以往工业生产葡萄糖酸钠主要采用生物发酵和多相催化氧化法。

多相催化氧化法也有其固有的缺点，如所用催化剂在循环使用一定次数后，催化效率下降，使葡萄糖转化率降低，反应时间延长甚至基本无催化活性，催化剂必须报废更新，相应提高了单位产品催化剂耗量，也使葡萄糖酸钠产品生产成本较高。

    传统的生物发酵法生产葡萄糖酸钠的工艺有发酵周期长，菌体生长和呼吸作用要消耗大量的葡萄糖，葡萄糖酸钠总收率低等缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术菌体生长和呼吸作用消耗大量葡萄糖及发酵周期长的不足，提供了一种用固定化菌体发酵生产葡萄糖酸盐的新方法，该方法不仅降低了生产成本，而且提高了设备利用率，达到了环保的目的。该方法所产产品质量高、安全可靠、完全符合国家标准(医药级标准)。

本发明所述的一种适应大规模工业化的固定化细胞生产葡萄糖酸钠的方法，包括固定化菌体的制作、固定化菌体的培养和发酵生产葡萄糖酸钠三步工艺 过程；所说的固定化菌体的制作过程，是将黑曲霉孢子加入蒙脱土、海藻酸钠混合液中，混合均匀，用液压喷散器滴入氯化钙溶液中，形成富有弹性的黑曲霉孢子固定化小球；所说的固定化菌体的培养过程，是将黑曲霉孢子固定化小球移入装有固定化菌体培养基的种子罐中培养，当菌体开始分生菌丝时，菌体培养完成；所说的发酵生产葡萄糖酸钠过程，是将完成培养的菌体移入装有葡萄糖溶液的发酵罐开始发酵，不断滴加氢氧化钠溶液以维持pH值，当发酵液残糖小于0.5%时结束发酵，发酵液经脱色、结晶制成葡萄糖酸钠晶体；固定化菌体仍留在发酵罐内继续重复使用，重新向发酵罐内添加葡萄糖溶液，继续发酵生产葡萄糖酸钠。

本发明所述的固定化细胞生产葡萄糖酸钠的方法的具体操作步骤和工艺条件如下：

1.固定化黑曲霉孢子的制作

1）配制含蒙脱土1%-3%、海藻酸钠0.8-3%混合液，消毒后备用；制备黑曲霉孢子浓度10⁹-10¹²/ml的无杂菌溶液，混匀备用；配制4-6%浓度的氯化钙溶液消毒后备用。

2)把配制好的黑曲霉孢子溶液，加入蒙脱土、海藻酸钠混合液中，混匀，使混合液最终浓度为：蒙脱土0.2-0.8%,海藻酸钠0.8-1.5%，孢子浓度10⁷-10⁸/ml。

3）把混合好的黑曲霉孢子、蒙脱土、海藻酸钠溶液用液压喷散器滴入氯化钙溶液中，浸泡30分钟，形成富有弹性的孢子固定化小球。

2.固定化菌体的培养

1）固定化菌体的培养基：玉米淀粉浆（总可溶性物质含量≥40%）1% ，硫酸镁0.3/%，尿素0.6%，硫酸钾0.1%，葡萄糖5%-10%，消毒后备用。（重量%）

2)配制初糖浓度为30%-35%的葡萄糖发酵液，消毒后备用。 

3)把孢子固定化小球冲洗干净后移入装有固定化菌体培养基的种子罐中培养20小时左右，当菌体开始分杈时，培养完成，移入装有葡萄糖溶液的发酵罐，开始发酵。

   3.葡萄糖酸钠的生产

    1）发酵过程中，不断滴加氢氧化钠溶液以维持pH值，当发酵液残糖小于0.5%时结束发酵。

    2）发酵结束后，固定化菌体仍存留在发酵罐内，分出发酵液，经脱色、结晶，制成葡萄糖酸钠晶体，干燥后包装。

    3）配制30-35%的葡萄糖溶液，消毒后冷却到40℃左右，加入存有固定化菌体的发酵罐中，继续发酵；可反复使葡萄糖溶液在留存有固定化菌体的发酵罐中发酵生成葡萄糖酸钠溶液，固定化菌体小球可连续反复使用6-8次，直到固定化菌体小球易于碾碎后过滤回收固定化菌体，晒干后粉碎作为有机肥料使用。

本发明的有益效果是：采用固定化黑曲霉菌体发酵生产葡萄糖酸钠克服了游离菌体发酵每批发酵菌体生长和呼吸都要消耗大量葡萄糖的缺点缩短了发酵周期、提高了产品得率、降低了生产成本、提高了生产效率，所得产品符合国家标准。

具体实施方式

实施例1：

1、配成5L最终浓度为蒙脱土0.2-0.8%,海藻酸钠0.8-1.5%，孢子浓度10⁷-10⁸/ml的混合液。

2、配成4L浓度为4-6%的氯化钙溶液消毒后备用。

3、把混合好的黑曲霉孢子、蒙脱土、海藻酸钠溶液用液压喷散器滴入氯化钙溶液中，浸泡30分钟，形成富有弹性的孢子固定化小球。

4、配成10L玉米淀浆（总可溶性物质含量≥40%）1% ，硫酸镁0.3/%，尿素0.6%，硫酸钾0.1%，葡萄糖5%-10%的固定化菌体培养基溶液，消毒后备用。

5、把孢子固定化小球冲洗干净后移入装有固定化菌体培养基的种子罐中培养20小时左右，当菌体开始分生菌丝时，移入装有60L 35%葡萄糖溶液的发酵罐开始发酵。发酵过程中不断滴加氢氧化钠溶液以维持pH在6.0左右值，当发酵液残糖小于0.5%时结束发酵。

6、发酵结束后固定化菌体仍留在发酵罐内，发酵液经脱色、结晶制成葡萄糖酸钠晶体，干燥后包装，可得到24.15kg纯度≥99.5的葡萄糖酸钠晶体。

7、配制30-35%的葡萄糖溶液消毒后冷却到40℃左右加入盛有固定化菌体的发酵罐中继续发酵。按照步骤5、6反复使葡萄糖溶液在发酵罐中发酵生成葡萄糖酸钠溶液，发酵周期平均23小时，所产葡萄糖酸钠与投入葡萄糖的质量比平均在1.168。

 

实施例2：

1、配成1500L最终浓度为蒙脱土0.2-0.8%,海藻酸钠0.8-1.5%，孢子浓度10⁷-10⁸/ml的混合液。

2、配成1500L浓度为4-6%的氯化钙溶液消毒后备用。

3、把混合好的黑曲霉孢子、海藻酸钠溶液用液压喷散器滴入氯化钙溶液中，浸泡30分钟，形成富有弹性的孢子固定化小球。

4、配成3000L玉米淀浆（总可溶性物质含量≥40%）3%-5% ，硫酸镁0.3/%，尿素0.6%，硫酸钾0.1%，葡萄糖5%-10%的固定化菌体培养基溶液，消毒后备用。

5、把孢子固定化小球冲洗干净后移入装有固定化菌体培养基的种子罐中培养20小时左右，当菌体开始分生菌丝时，移入装有15000L 30%葡萄糖溶液的发酵罐开始发酵。发酵过程中不断滴加氢氧化钠溶液以维持pH在6.0左右值，当发酵液残糖小于0.5%时结束发酵。

6、发酵结束后固定化菌体仍留在发酵罐内，发酵液经脱色结晶制成葡萄糖酸钠晶体，干燥后包装，可得到5.175t纯度≥99.5的葡萄糖酸钠晶体。

7、配制30-35%的葡萄糖溶液消毒后冷却到40℃左右加入盛有固定化菌体的发酵罐中继续发酵。按照步骤5、6反复使葡萄糖溶液在发酵罐中发酵生成葡萄糖酸钠溶液.

实施例3：

1、配成15m³最终浓度为蒙脱土0.2-0.8%,海藻酸钠0.8-1.5%，孢子浓度10⁷-10⁸/ml的混合液。

2、配成15m³浓度为4-6%的氯化钙溶液消毒后备用。

3、把混合好的黑曲霉孢子、海藻酸钠溶液用液压喷散器滴入氯化钙溶液中，浸泡30分钟，形成富有弹性的孢子固定化小球。

4、配成30m³L玉米淀浆（总可溶性物质含量≥40%）3%-5% ，硫酸镁0.3/%，尿素0.6%，硫酸钾0.1%，葡萄糖5%-10%的固定化菌体培养基溶液，消毒后备用。

5、把孢子固定化小球冲洗干净后移入装有固定化菌体培养基的种子罐中培养20小时左右，当菌体开始分生菌丝时，移入装有150m³L 30%葡萄糖溶液的发酵罐开始发酵。发酵过程中不断滴加氢氧化钠溶液以维持pH在6.0左右值，当发酵液残糖小于0.5%时结束发酵。

6、发酵结束后固定化菌体仍留在发酵罐内，发酵液经脱色结晶制成葡萄糖酸钠晶体，干燥后包装，可得到51.75t纯度≥99.5的葡萄糖酸钠晶体。

7、配制30-35%的葡萄糖溶液消毒后冷却到40℃左右加入盛有固定化菌体的发酵罐中继续发酵。按照步骤5、6反复使葡萄糖溶液在发酵罐中发酵生成葡萄糖酸钠溶液。

Claims (3)

1.一种适应大规模工业化的固定化细胞生产葡萄糖酸钠的方法，其特征在于包括黑曲霉孢子固定化菌体的制作、固定化菌体的培养和利用黑曲霉孢子固定化菌体发酵生产葡萄糖酸钠过程。

2.如权利要求1所述的生产葡萄糖酸钠的方法，其特征在于：

所说的固定化菌体的制作过程，是将黑曲霉孢子加入蒙脱土、海藻酸钠混合液中，混合均匀，用液压喷散器滴入氯化钙溶液中，形成富有弹性的黑曲霉孢子固定化小球；所说的固定化菌体的培养过程，是将黑曲霉孢子固定化小球移入装有固定化菌体培养基的种子罐中培养，当菌体开始分生菌丝时，菌体培养完成；所说的发酵生产葡萄糖酸钠过程，是将完成培养的菌体移入装有葡萄糖溶液的发酵罐开始发酵，不断滴加氢氧化钠溶液以维持pH值，当发酵液残糖小于0.5%时结束发酵，发酵液经脱色、结晶制成葡萄糖酸钠晶体；固定化菌体仍留在发酵罐内继续重复使用，重新向发酵罐内添加葡萄糖溶液，继续发酵生产葡萄糖酸钠。

3.如权利要求1所述的生产葡萄糖酸钠的方法，其特征在于的具体操作步骤和工艺条件如下：

    （一）固定化黑曲霉孢子的制作

1）配制含蒙脱土1%-3%、海藻酸钠0.8-3%混合液，消毒后备用；制备黑曲霉孢子浓度10⁹-10¹²/ml的无杂菌溶液，混匀备用；配制4-6%浓度的氯化钙溶液消毒后备用，

2)把配制好的黑曲霉孢子溶液，加入蒙脱土、海藻酸钠混合液中，混匀，使混合液最终浓度为：蒙脱土0.2-0.8%,海藻酸钠0.8-1.5%，孢子浓度10⁷-10⁸/ml，

3）把混合好的黑曲霉孢子、蒙脱土、海藻酸钠溶液用液压喷散器滴入氯化钙溶液中，浸泡30分钟，形成富有弹性的孢子固定化小球；

（二）固定化菌体的培养

1）固定化菌体的培养基：玉米淀粉浆（总可溶性物质含量≥40%）1% ，硫酸镁0.3/%，尿素0.6%，硫酸钾0.1%，葡萄糖5%-10%，消毒后备用（重量%），

2)配制初糖浓度为30%-35%的葡萄糖发酵液，消毒后备用， 

3)把孢子固定化小球冲洗干净后移入装有固定化菌体培养基的种子罐中培养20小时左右，当菌体开始分生菌丝时，培养完成，移入装有葡萄糖溶液的发酵罐，开始发酵；

   （三）葡萄糖酸钠的生产

    1）发酵过程中，不断滴加氢氧化钠溶液以维持pH值，当发酵液残糖小于0.5%时结束发酵，

    2）发酵结束后，固定化菌体仍存留在发酵罐内，分出发酵液，经脱色、结晶，制成葡萄糖酸钠晶体，干燥后包装，

    3）配制30-35%的葡萄糖溶液，消毒后冷却到40℃左右，加入存有固定化菌体的发酵罐中，继续发酵；可反复使葡萄糖溶液在留存有固定化菌体的发酵罐中发酵生成葡萄糖酸钠溶液，固定化菌体小球可连续反复使用6-8次，直到固定化菌体小球易于碾碎后过滤回收固定化菌体，晒干后粉碎作为有机肥料使用。