CN104212869B - 一种超低水份苏氨酸生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于苏氨酸生产技术领域，公开了一种超低水份苏氨酸生产方法，其包括如下步骤：制备苏氨酸发酵液，去除菌体蛋白和脱色，菌体蛋白处理，制备晶体以及干燥。本发明菌株配伍效果好，发酵产量高；并且苏氨酸结晶颗粒大，含水量低，能够满足市场的需求。
Description
技术领域
本发明属于苏氨酸生产技术领域，具体涉及一种超低水份苏氨酸生产方法。
背景技术
苏氨酸（Threonine，简写为Thr），学名2-氨基-3-羟基丁酸，属于脂肪族氨基酸，微甜，因结构与苏糖相似而得名，是构成人和动植物蛋白质的一种必需氨基酸，主要用于医药、化学试剂、营养强化剂，可以强化乳制品，具有恢复人体疲劳，促进生长发育的效果。近年来，随着经济的发展，市场对苏氨酸需求持续稳定增长，是需求增长最快的氨基酸品种之一，特别是在化学及生化、食品添加剂、饲料添加剂等方面的用量增长迅速，大有取代色氨酸而成为除赖氨酸、蛋氨酸以外的发展最迅速的第三大氨基酸。
按照国际标准，高纯度苏氨酸是含量98.5％以上苏氨酸，其干燥失重不大于1.0％，然而通过生产实践，满足上述水份含量的产品在市场流通过程极易吸潮结块，影响产品使用，给企业带来巨大损失。其结块原因主要为颗粒细小，比表面积过大，残留一些母液杂质，造成干燥脱水困难，使得苏氨酸极易吸潮结块，不易保存，提高了成本。
发明内容
为了解决苏氨酸产品水份含量过高以及发酵产率低等技术问题，本发明提出了一种超低水份苏氨酸生产方法。
本发明是通过如下技术方案来实现的：
一种超低水份苏氨酸生产方法，其包括如下步骤：
1）制备苏氨酸发酵液：将大肠杆菌工程菌K12△dapA和黄色短杆菌ATCC14067的混合菌液按照10％的接种量接入种子罐中进行培养，在温度为32℃，摇床转速为180r/min，培养16小时得到液体A；然后按照液体A∶发酵罐培养基为1∶10的体积比转入发酵罐中培养，温度32℃，培养5天，得到发酵液；
2）去除菌体蛋白和脱色：发酵液经微膜过滤，所述微膜孔径为0.04-0.06μm，3000r/min离心3-5分钟，收集除菌液和菌体蛋白；然后将除菌液泵入脱色罐进行脱色处理，脱色罐中添加占除菌液质量1.5%的活性炭，控制脱色罐内的温度为45-50℃，脱色30分后板框过滤去除活性炭得到液体B；
3）菌体蛋白处理：将菌体蛋白加入到搅拌反应器，并加入适量温水调匀，调整固含量8％，调整反应温度55℃，加少许硫酸调整pH6.5，然后加入溶菌酶3kg/m3和中性蛋白酶10kg/m3，酶解时间为8小时获得酶解液，然后采用碟片分离机离心去除细胞壁，收集上清液，浓缩成膏状物，最后干燥得到的菌体蛋白粉；
4）制备晶体：料液B经过蒸发器浓缩至原液体积的1/3，用间歇式单效浓缩结晶锅结晶，当锅内料液浓缩至波美度27-30时开始加晶种，结晶过程控制温度65℃左右，真空度0.08MPa左右；当锅内晶体大小在0.7-1.8mm间时，用离心机离心，离心机转速由400-500r/min以10r/s的速率升至900-980r/min，然后维持900-980r/min的转速离心150s左右，最后收集晶体；
5）干燥：分离出的晶体采用旋转闪蒸干燥机干燥，干燥温度为150℃，干燥好的苏氨酸用凉风冷却至30℃-40℃，即得。
优选地，
混合菌液由大肠杆菌工程菌液和黄色短杆菌液按照体积比为5∶1混合，两种菌液的浓度均为1×108个/mL；
种子罐培养基组分为（1L）：酵母膏4g，葡萄糖3g，硫酸铵0.5g，七水硫酸亚铁 0.01g，
MgSO4 0.02g，KH2PO4 0.1g，其余为水，pH值6.5；
所述发酵罐培养基组分为：葡萄糖80g/L，玉米浆10g/L，碳酸钙0.75g/L，KH2PO4 0.1g/L，硫酸铵2g/L，MgSO4 2g/L，NaCl 0.2g/L，pH值6.5。
本发明使用的菌株属于一般商品，可以从市售途径购买获得。
本发明取得的有益效果主要包括：
本发明在现有技术的基础上，通过大量试验发现，采用两种菌液按照一定比例混合，二者之间具备一定的协同作用，比常规的单一菌株发酵方法，能够大大提高苏氨酸的产量，采用最优比例5∶1混合，其他条件不变的前提下，产量较大肠杆菌单一菌株可提高20％以上。
本发明结晶出的苏氨酸颗粒大于传统苏氨酸结晶颗粒0.17-0.5mm的粒径；离心控制既可以使物料保持较高的分离因数，又可以保持较快的分离速度；本发明降低了苏氨酸颗粒的比表面积，减少母液的附着面积，母液分离彻底，分离速度快。
本发明一种超低水份苏氨酸生产方法，所用的工艺经过反复实验论证，最终的得出颗粒大小0.7-1.8mm，含水量小于0.1%的苏氨酸产品，产品各项指标均符合国标要求，能满足大部分顾客要求。
通过本发明制备的废弃菌体蛋白粉完全可替代市售酵母粉产品，从而大幅度降低苏氨酸发酵成本，给企业带来巨大经济效益。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请具体实施例，对本发明进行更加清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种超低水份苏氨酸生产方法，其包括如下步骤：
1）制备苏氨酸发酵液：选取大肠杆菌工程菌K12△dapA（可参见“大肠杆菌工程菌K12△dapA发酵产L-苏氨酸培养基的优化”，湖南农业科学）和黄色短杆菌ATCC14067（可参见CN1305009A以及CN1284560A等文献）作为发酵菌株；将混合菌液(大肠杆菌工程菌液和黄色短杆菌液按照体积比为5∶1混合，两种菌液的浓度均为1×108个/mL)按照10％(体积比)的接种量接入种子罐中进行培养，在温度为32℃，摇床转速为180r/min，培养16小时得到液体A，其中，种子罐的培养基组分为（1L）：酵母膏4g，葡萄糖3g，硫酸铵0.5g，七水硫酸亚铁 0.01g，
MgSO4 0.02g，KH2PO4 0.1g，其余为水，pH值6.5；然后按照液体A∶发酵罐培养基为1∶10的体积比转入发酵罐中培养，温度32℃，培养5天，所述发酵罐培养基组分为：葡萄糖80g/L，玉米浆10g/L，碳酸钙0.75g/L，KH2PO4
0.1g/L，硫酸铵2g/L，MgSO4 2g/L，NaCl 0.2g/L，pH值6.5；制得发酵液的基本参数为：pH值6.6，苏氨酸含量：12g/100ml，干物：14g/100ml；
2）去除菌体蛋白和脱色：发酵液经微膜过滤，所述微膜孔径为0.04μm，3000r/min离心3分钟，收集除菌液和菌体蛋白；然后将除菌液泵入脱色罐进行脱色处理，脱色罐中添加占除菌液质量1.5%的活性炭，控制脱色罐内的温度为45℃，脱色30分后用板框过滤去除活性炭得到液体B；
3）菌体蛋白处理：将菌体蛋白加入到搅拌反应器，并加入适量温水调匀，调整固含量（w/w）8％，调整酶解反应温度55℃，调整pH6.5，然后加入溶菌酶（30000U/g）3kg/m3和中性蛋白酶（50000U/g）10kg/m3，酶解时间为8小时获得酶解液，然后采用碟片分离机离心去除细胞壁，收集上清液，浓缩成膏状物，最后通过喷浆造粒流化床干燥，得到的菌体蛋白粉；
4）制备晶体：料液B经过蒸发器浓缩至原液体积的1/3，用间歇式单效浓缩结晶锅结晶，当锅内料液浓缩至波美度(ºBe)为27时开始加晶种，结晶过程控制温度65℃，真空度0.08MPa；当锅内晶体大小在1.0mm时，用离心机离心，离心机转速由400r/min以10r/s的速率升至900r/min，然后维持900r/min的转速离心150s，最后收集晶体；
5）干燥：分离出的晶体采用旋转闪蒸干燥机干燥，干燥温度为150℃，干燥好的苏氨酸用凉风冷却至30℃，即得。
实施例2
一种超低水份苏氨酸生产方法，其包括如下步骤：
1）制备苏氨酸发酵液：选取大肠杆菌工程菌K12△dapA和黄色短杆菌ATCC14067作为发酵菌株；将混合菌液(大肠杆菌工程菌液和黄色短杆菌液按照体积比为5∶1混合，两种菌液的浓度均为1×108个/mL)按照10％(体积比)的接种量接入种子罐中进行培养，在温度为32℃，摇床转速为180r/min，培养16小时得到液体A，其中，种子罐的培养基组分为（1L）：酵母膏4g，葡萄糖3g，硫酸铵0.5g，七水硫酸亚铁 0.01g，
MgSO4 0.02g，KH2PO4 0.1g，其余为水，pH值6.5；然后按照液体A∶发酵罐培养基为1∶10的体积比转入发酵罐中培养，温度32℃，培养5天，所述发酵罐培养基组分为：葡萄糖80g/L，玉米浆10g/L，碳酸钙0.75g/L，KH2PO4
0.1g/L，硫酸铵2g/L，MgSO4 2g/L，NaCl 0.2g/L，pH值6.5；制得发酵液的基本参数为：pH值6.6，苏氨酸含量：13g/100ml，干物： 15g/100ml；
2）去除菌体蛋白和脱色：发酵液经微膜过滤，所述微膜孔径为0.06μm，3000r/min离心5分钟，收集除菌液和菌体蛋白；然后将除菌液泵入脱色罐进行脱色处理，脱色罐中添加占除菌液质量1.5%的活性炭，控制脱色罐内的温度为50℃，脱色30分后用板框过滤去除活性炭得到液体B；
3）菌体蛋白处理：将菌体蛋白加入到搅拌反应器，并加入适量温水调匀，调整固含量（w/w）8％，调整酶解反应温度55℃，加少许硫酸调整pH6.5，然后加入溶菌酶（30000U/g）3kg/m3和中性蛋白酶（50000U/g）10kg/m3，酶解时间为8小时获得酶解液，然后采用碟片分离机离心去除细胞壁，收集上清液，浓缩成膏状物，最后通过喷浆造粒流化床干燥，得到的菌体蛋白粉；
4）制备晶体：料液B经过蒸发器浓缩至原液的3倍，用间歇式单效浓缩结晶锅结晶，当锅内料液浓缩至波美度30时自然起晶，结晶过程控制温度65℃，真空度0.08MPa；当锅内晶体大小在1.5mm时，用离心机离心，离心机转速由500r/min以10r/s的速率升至980r/min，然后维持980r/min的转速离心150s，最后收集晶体；
5）干燥：分离出的晶体采用旋转闪蒸干燥机干燥，干燥温度为150℃，干燥好的苏氨酸用凉风冷却至40℃，即得。
实施例3
一、本发明实施例1和实施例2采用大肠杆菌工程菌液和黄色短杆菌按照一定比例混合，二者之间具备一定的协同作用，比常规的单一大肠杆菌工程菌株发酵方法，能够大大提高苏氨酸的产量，其他条件不变的前提下，发酵液中苏氨酸的含量可提高20％以上。
二、本发明将实施例1制备的菌体蛋白粉，替代市售标准YPD培养基中的酵母粉，其余成分不变，在相同条件下培养酿酒酵母和毕赤酵母，通过比较细胞的生长情况（OD600）评价产品的培养效果。具体见表1：
表1
| 组别 | 酿酒酵母培养10h | 酿酒酵母培养20h | 毕赤酵母培养10h | 毕赤酵母培养 |
| 实施例1 | 0.73 | 2.32 | 0.55 | 1.57 |
| 市售 | 0.65 | 1.94 | 0.59 | 1.54 |
结论：利用比浊法测定OD600表征细胞的生长情况，表明以本产品可以替代市售酵母粉产品，培养效果类似，实现了变废为宝，能产生较好的经济效益。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (2)
1. 一种超低水份苏氨酸生产方法，其特征在于，所述生产方法包括如下步骤：
1）制备苏氨酸发酵液：将混合菌液按照10％的接种量接入种子罐中进行培养，在温度为32℃，摇床转速为180r/min，培养16小时得到液体A；然后按照液体A∶发酵罐培养基为1∶10的体积比转入发酵罐中培养，温度32℃，培养5天，得到发酵液；
2）去除菌体蛋白和脱色：发酵液经微膜过滤，所述微膜孔径为0.04-0.06μm，3000r/min离心3-5分钟，收集除菌液和菌体蛋白；然后将除菌液泵入脱色罐进行脱色处理，脱色罐中添加占除菌液质量1.5%的活性炭，控制脱色罐内的温度为45-50℃，脱色30分后用板框过滤去除活性炭得到液体B；
3）菌体蛋白处理：将菌体蛋白加入到搅拌反应器，并加入适量温水调匀，调整固含量8％，调整反应温度为55℃，调整pH6.5，然后加入溶菌酶3kg/m3和中性蛋白酶10kg/m3，酶解时间为8小时，获得酶解液，然后离心收集上清液，浓缩成膏状物，最后干燥得到菌体蛋白粉；
4）制备晶体：液体B经过蒸发器浓缩至原液体积的1/3，用结晶锅结晶，当锅内液体浓缩至波美度27-30时开始加晶种，结晶过程控制温度65℃，真空度0.08MPa；当锅内晶体粒径在0.7-1.8mm间时，用离心机离心，离心机转速由400-500r/min以10r/s的速率升至900-980r/min，然后维持900-980r/min的转速离心150s，最后收集晶体；
5）干燥：分离出的晶采用干燥机干燥，干燥温度为150℃，干燥好的苏氨酸用凉风冷却至30℃-40℃，即得；
所述混合菌液由大肠杆菌工程菌液和黄色短杆菌液按照体积比5∶1混合制得，所述大肠杆菌工程菌液或黄色短杆菌液的浓度均为1×108个/mL；
所述种子罐中使用的培养基组分为：酵母膏4g，葡萄糖3g，硫酸铵0.5g，七水硫酸亚铁 0.01g，MgSO4
0.02g，KH2PO4 0.1g，其余为水，pH值6.5，配成1L；
所述发酵罐培养基的组分为：葡萄糖80g/L，玉米浆10g/L，碳酸钙0.75g/L，硫酸铵2g/L，MgSO4
2g/L，NaCl 0.2g/L，KH2PO4 0.1g/L，pH值6.5。
2.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，
所述大肠杆菌工程菌为大肠杆菌工程菌K12△dapA，所述黄色短杆菌为黄色短杆菌ATCC14067。
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