CN104404097A - 一种高产谷氨酰胺的发酵生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高产谷氨酰胺的发酵生产方法，包括以下步骤：步骤一、种子培养；步骤二、将步骤一得到的菌种接种到发酵培养基中进行培养；发酵过程中，控制发酵培养基的葡萄糖含量、温度、pH值、溶氧等条件；步骤三、发酵结束后，从发酵液中提取、精制谷氨酰胺。本发明提供的高产谷氨酰胺的发酵生产方法，该方法原料成本低、控制易于实现，发酵产酸高，平均产酸高达79.8g/L。
Description
技术领域
本发明属于微生物发酵生产领域，具体涉及一种高产谷氨酰胺的发酵生产方法。
背景技术
L-谷氨酰胺是人体条件必需性氨基酸，有提高人体免疫力，对脑机能和胃肠道功能的发挥有明显促进作用等特殊功效。目前在食品保健、饲料添加剂、医药卫生等领域有较广泛的应用和良好的发展前景。
谷氨酰胺主要采用工业微生物发酵的方法进行生产，目前我国真正实现工业化生产L-谷氨酰胺的企业很少，菌株产酸水平与国外先进水平相比有较大差距。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种高产谷氨酰胺的发酵生产方法，该方法原料成本低、控制易于实现，发酵产酸高，平均产酸高达79.8g/L。
本发明实现上述目的采用的技术方案是：一种高产谷氨酰胺的发酵生产方法，包括以下步骤：
步骤一、先采用生产谷氨酰胺的菌种进行种子培养，在培养过程的7-9h控制风量和转速使溶氧降低至15-20%，培养结束得到菌种，备用；
步骤二、按照10-15%的接种量将步骤一得到的菌种接种到发酵培养基中，发酵开始2-5h后，控制发酵培养基的葡萄糖含量为0.5-1.5%，在发酵过程的6-10h内流加培养基重量1-1.5%的(NH4)2SO4，10h后停止流加，发酵过程的前30h控制温度为33-35℃，30h后发酵罐内平均温度升高0.8-1.2℃，当发酵培养至OD值接近最高值时，调节pH值为5.6-6.0，降低溶氧至10-15%；
所述的发酵培养基中，除水外以下营养成分的按照质量百分数计含有分别为葡萄糖3-7%、玉米浆1-3%、NH4Cl2-4%、KH2PO40.2-0.4%、MgSO40.08-0.2%、和KCl0.1-0.2%，按照每升发酵培养基中还含有计，以下营养成分的添加量分别为酵母粉1-1.5g/L、FeSO410-20mg/L、CuSO42-10mg/L、和硫胺素1-10mg/L；所述的发酵培养基中还添加有质量百分数为0.1-0.2%的抑制剂，以及谷氨酰胺合成酶的激活剂；
步骤三、发酵结束后，从发酵液中提取、精制谷氨酰胺，即完成高产谷氨酰胺的发酵生产。
所述的抑制剂为柠檬酸。
所述的谷氨酰胺合成酶的激活剂由MnCl2和ZnSO4组成，添加量分别为MnCl250-150mg/L和ZnSO410-80mg/L。
本发明的有益效果
本发明提供的谷氨酰胺的发酵生产方法首次将EMP途径的代谢流与谷氨酰胺的代谢流统筹考虑，通过抑制EMP循环，减少丙氨酸、乙酸等杂酸产生，减少碳架损耗，同时增强HMP途径以提供足量的还原力，增强谷氨酰胺合成的代谢流，从而达到提高产酸、降低成本的目的，本发明提供的发酵方法可达到平均产酸79.8g/L。
本发明在谷氨酰胺的培养过程中，通过调节发酵液pH、增加酶的激活剂，来综合提高谷氨酰胺合成酶的活性，抑制谷氨酸脱氢酶和谷氨酸合成酶活性。底料中NH4Cl含量较低，形成氮饥饿，6-10h后再流加(NH4)2SO4提供充足铵根离子以便于谷氨酰胺合成，避免初始铵离子浓度过高抑制谷氨酰胺合成酶活性，同时提高氯离子含量能够增加谷氨酸泌出细胞外的难度。
具体实施方式
一种高产谷氨酰胺的发酵生产方法，包括以下步骤：
步骤一、先采用生产谷氨酰胺的菌种进行种子培养，在培养过程的7-9h控制风量和转速使溶氧降低至15-20%，培养结束得到菌种，备用；
步骤二、按照10-15%的接种量将步骤一得到的菌种接种到发酵培养基中，发酵开始2-5h后，控制发酵培养基的葡萄糖含量为0.5-1.5%，在发酵过程的6-10h内流加培养基重量1-1.5%的(NH4)2SO4，10h后停止流加，发酵过程的前30h控制温度为33-35℃，30h后发酵罐内平均温度升高0.8-1.2℃，当发酵培养至OD值接近最高值时，调节pH值为5.6-6.0，降低溶氧至10-15%；
所述的发酵培养基中，除水外以下营养成分的按照质量百分数计含有分别为葡萄糖3-7%、玉米浆1-3%、NH4Cl2-4%、KH2PO40.2-0.4%、MgSO40.08-0.2%、和KCl0.1-0.2%，按照每升发酵培养基中还含有计，以下营养成分的添加量分别为酵母粉1-1.5g/L、FeSO410-20mg/L、CuSO42-10mg/L、和硫胺素1-10mg/L；所述的发酵培养基中还添加有质量百分数为0.1-0.2%的抑制剂，以及谷氨酰胺合成酶的激活剂；
步骤三、发酵结束后，从发酵液中提取、精制谷氨酰胺，即完成高产谷氨酰胺的发酵生产。
所述的抑制剂为柠檬酸。
所述的谷氨酰胺合成酶的激活剂由MnCl2和ZnSO4组成，添加量分别为MnCl250-150mg/L和ZnSO410-80mg/L。
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明：
实施例1：
一种高产谷氨酰胺的发酵生产方法，包括以下步骤：
步骤一、先采用谷氨酸棒杆菌YG-3131进行种子培养，在培养过程的7-9h控制风量和转速使溶氧降低至15-20%，培养结束得到菌种，备用；
步骤二、按照10%的接种量将步骤一得到的菌种接种到发酵培养基中，所述的发酵培养基中，除水外，按照质量百分数计含有葡萄糖7%、玉米浆1%、NH4Cl2%、KH2PO40.2%、MgSO40.08%、KCl0.1%，按照每升计，每升发酵培养基中还含有酵母粉1g/L、FeSO420mg/L、CuSO42mg/L和硫胺素1mg/L；所述的发酵培养基中还添加有质量百分数为0.1%的抑制剂柠檬酸，以及谷氨酰胺合成酶的激活剂，谷氨酰胺合成酶的激活剂由MnCl2和ZnSO4组成，添加量分别为MnCl250mg/L和ZnSO480mg/L；
发酵开始2-5h后，控制发酵培养基的葡萄糖含量为0.5-1.5%，在发酵过程的6-10h内流加培养基重量1-1.5%的(NH4)2SO4，10h后停止流加，发酵过程的前30h控制温度为33℃，30h后发酵罐内平均温度升高1.2℃，当发酵培养至OD值接近最高值时，调节pH值为5.6-6.0，降低溶氧至10-15%；
步骤三、发酵结束后，从发酵液中提取、精制谷氨酰胺，即完成高产谷氨酰胺的发酵生产。
本实施例最终产酸量为80.0g/L。
实施例2：
一种高产谷氨酰胺的发酵生产方法，包括以下步骤：
步骤一、先采用谷氨酸棒杆菌YG-3131进行种子培养，在培养过程的7-9h控制风量和转速使溶氧降低至15-20%，培养结束得到菌种，备用；
步骤二、按照15%的接种量将步骤一得到的菌种接种到发酵培养基中，所述的发酵培养基中，按照质量百分数计含有葡萄糖3%、玉米浆1%、NH4Cl2%、KH2PO40.2%、MgSO40.2%、KCl0.2%，按照每升计，每升发酵培养基中还含有酵母粉1.5g/L、FeSO410mg/L、CuSO410mg/L和硫胺素10mg/L；所述的发酵培养基中还添加有质量百分数为0.2%的抑制剂柠檬酸，以及谷氨酰胺合成酶的激活剂，谷氨酰胺合成酶的激活剂由MnCl2和ZnSO4组成，添加量分别为MnCl2150mg/L和ZnSO410mg/L；
发酵开始2-5h后，控制发酵培养基的葡萄糖含量为0.5-1.5%，在发酵过程的6-10h内流加培养基重量1-1.5%的(NH4)2SO4，10h后停止流加，发酵过程的前30h控制温度为35℃，30h后发酵罐内平均温度升高0.8℃，当发酵培养至OD值接近最高值时，调节pH值为5.6-6.0，降低溶氧至10-15%；
步骤三、发酵结束后，从发酵液中提取、精制谷氨酰胺，即完成高产谷氨酰胺的发酵生产。
本实施例最终产酸量为79.0g/L。
实施例3：
一种高产谷氨酰胺的发酵生产方法，包括以下步骤：
步骤一、先采用谷氨酸棒杆菌YG-3131进行种子培养，在培养过程的7-9h控制风量和转速使溶氧降低至15-20%，培养结束得到菌种，备用；
步骤二、按照13%的接种量将步骤一得到的菌种接种到发酵培养基中，所述的发酵培养基中，按照质量百分数计含有葡萄糖5%、玉米浆2%、NH4Cl3%、KH2PO40.3%、MgSO40.1%、KCl0.15%，按照每升计，每升发酵培养基中还含有酵母粉1.2g/L、FeSO415mg/L、CuSO46mg/L和硫胺素6mg/L；所述的发酵培养基中还添加有质量百分数为0.15%的抑制剂柠檬酸，以及谷氨酰胺合成酶的激活剂，谷氨酰胺合成酶的激活剂由MnCl2和ZnSO4组成，添加量分别为MnCl2100mg/L和ZnSO445mg/L；
发酵开始2-5h后，控制发酵培养基的葡萄糖含量为0.5-1.5%，在发酵过程的6-10h内流加培养基重量1-1.5%的(NH4)2SO4，10h后停止流加，发酵过程的前30h控制温度为34℃，30h后发酵罐内平均温度升高1℃，当发酵培养至OD值接近最高值时，调节pH值为5.6-6.0，降低溶氧至10-15%；
步骤三、发酵结束后，从发酵液中提取、精制谷氨酰胺，即完成高产谷氨酰胺的发酵生产。
本实施例最终产酸量为80.4g/L。
Claims (3)
1.一种高产谷氨酰胺的发酵生产方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、先采用生产谷氨酰胺的菌种进行种子培养，在培养过程的7-9h控制风量和转速使溶氧降低至15-20%，培养结束得到菌种，备用；
步骤二、按照10-15%的接种量将步骤一得到的菌种接种到发酵培养基中，发酵开始2-5h后，控制发酵培养基的葡萄糖含量为0.5-1.5%，在发酵过程的6-10h内流加培养基重量1-1.5%的(NH4)2SO4，10h后停止流加，发酵过程的前30h控制温度为33-35℃，30h后发酵罐内平均温度升高0.8-1.2℃，当发酵培养至OD值接近最高值时，调节pH值为5.6-6.0，降低溶氧至10-15%；
所述的发酵培养基中，按照质量百分数计含有葡萄糖3-7%、玉米浆1-3%、NH4Cl2-4%、KH2PO40.2-0.4%、MgSO40.08-0.2%和KCl0.1-0.2%，每升发酵培养基中还含有酵母粉1-1.5g/L、FeSO410-20mg/L、CuSO42-10mg/L和硫胺素1-10mg/L；所述的发酵培养基中还添加有质量百分数为0.1-0.2%的抑制剂，以及谷氨酰胺合成酶的激活剂；
步骤三、发酵结束后，从发酵液中提取、精制谷氨酰胺，即完成高产谷氨酰胺的发酵生产。
2.如权利要求1所述的一种高产谷氨酰胺的发酵生产方法，其特征在于：所述的抑制剂为柠檬酸。
3.如权利要求1所述的一种高产谷氨酰胺的发酵生产方法，其特征在于：所述的谷氨酰胺合成酶的激活剂由MnCl2和ZnSO4组成，添加量分别为MnCl250-150mg/L和ZnSO410-80mg/L。
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