CN104561141B - 一种醋酸发酵营养盐及其使用方法 - Google Patents

一种醋酸发酵营养盐及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种醋酸发酵营养盐及其使用方法，属于生物技术领域。所述营养盐由以下重量份数的组分组成：复合氨基酸7‑18份，复合维生素1‑4份，复合微量元素0.001‑0.005份，乙酸钠0‑22份，磷酸二氢钾10‑18份，蔗糖20‑36份，酵母抽提物15‑33份，甘草酸0‑3份。在以乙醇或酒醪为原料的醋酸发酵过程中，利用本发明公开的营养盐，能够显著促进菌体生长，提高菌体活性，从而提高发酵效率，缩短发酵时间，节约生产成本。此外该营养盐的使用方法是根据乙醇浓度计算出营养盐的添加量，而不是将营养盐固定在某一添加范围之内，对于以乙醇为底物的醋酸发酵不仅保证了其发酵效率而且提高了原料的利用率。

Description

一种醋酸发酵营养盐及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种醋酸发酵营养盐及其使用方法，属于生物技术领域。利用该营养盐以乙醇或酒醪为原料生产醋酸能提高菌体活性，缩短发酵周期，提高生产效率。
背景技术：
醋酸是一种常见的有机酸，在食品和医药领域具有广泛应用。在食品行业常采用液态深层发酵法进行醋酸的发酵生产。醋酸发酵是利用醋酸菌(Acetic Acid Bacteria)完成从乙醇到醋酸的氧化反应，醋酸菌中含有多种乙醇氧化酶，其中乙醇脱氢酶(AlcoholDehydrogenase，ADH)和乙醛脱氢酶(Aldehyde Dehydrogenase，ALDH)是醋酸发酵过程中起主要作用的酶。
醋酸发酵的底物乙醇和产物醋酸对醋酸菌的生长代谢有明显的抑制作用，高浓度的乙醇和醋酸通过改变细胞膜的结构、通透性、抑制酶活等，导致菌体生长缓慢，并影响醋酸发酵。醋酸的工业发酵生产中，常在发酵时添加营养盐，以保证菌体正常生长及代谢。氨基酸、维生素以及金属离子对醋酸菌的生长和催化酶的活性具有重要影响。
公布号为CN 103060237A的发明专利明涉及一种营养盐，由以下重量份数的原料组成：柠檬酸铵4-25份，无水乙酸钠8-32.5份，磷酸二氢钾4-25份，七水硫酸镁1-3份，硫酸锰0.4-2份，谷氨酸40-60份，精氨酸2-4份，组氨酸1-2份，苏氨酸0.8-3.25份，蛋氨酸1-3份，谷氨酰胺1-3份，吡哆醇0.004-0.008份，氯化胆碱0.4-1.2份。该发明氨基酸和维生素的添加可替代酵母膏、蛋白胨等营养丰富的成分，同时可以在一定时间内提高菌体浓度和菌体活力，改善最终饮品的口感和色泽。
公布号为CN 102443549A的发明专利涉及一种醋酸菌发酵营养盐，该营养盐包括26％-27％(重量)水解酵母粉，15％-16％(重量)柠檬酸铵，44％-45％(重量)葡萄糖，4％-5％(重量)磷酸氢二钾，3％-4％(重量)磷酸氢二钠，5％-6％(重量)硫酸镁，并且公布了该营养盐的使用方法，即将上述醋酸菌发酵营养盐以1‰-5‰(w/v)添加量，发酵前12小时溶解于水中，配制成醋酸菌发酵营养盐溶液。
现阶段报道的醋酸发酵营养盐主要以酵母粉、葡萄糖和部分无机离子组成，使用时按照一定添加量加入到醋酸发酵培养基中。本发明公开了适用于醋酸发酵营养盐中复合氨基酸、复合维生素、甘草酸等营养成份的组成和比例，该营养盐提高了菌体对乙醇和醋酸的耐受性，同时提高菌体催化活性，从而提高醋酸发酵效率。并且本发明营养盐的使用方法是根据乙醇浓度计算出营养盐的添加量，而不是将营养盐固定在某一添加范围之内(如公布号为CN102443549A的发明专利将营养盐按照1‰-5‰(w/v)的添加量配制醋酸菌发酵溶液)，从而避免了当乙醇浓度过低导致的营养盐浪费或者当乙醇浓度过高导致的营养盐不足的现象，不仅保证了醋酸发酵效率并且提高了原料的利用率。
发明内容：
本发明解决上述技术问题的方案之一是提供一种能够促进醋酸发酵的营养盐，以提高醋酸的发酵效率。
所述营养盐由以下重量份数的组分组成：复合氨基酸7-18份，复合维生素1-4份，复合微量元素0.001-0.005份，乙酸钠0-22份，磷酸二氢钾10-18份，蔗糖20-36份，酵母抽提物15-33份，甘草酸0-3份。
所述复合氨基酸由以下重量份数的组分组成：谷氨酸40份，酪氨酸15份，脯氨酸20份，天冬氨酸15份，赖氨酸10份。
所述复合维生素由以下重量份数的组分组成：维生素K1 5份，维生素K2 5份，维生素B1 10份，维生素B2 15份，维生素B5 25份，维生素B9 15份，维生素B12 15份。
所述复合微量元素由以下重量份数的组分组成：硫酸锰10份，亚硫酸铁70份，硫酸铜5份，硫酸锌5份，钼酸铵10份。
所述营养盐中添加甘草酸，能够明显促进菌体对乙醇和醋酸的耐受性，提高菌体催化活性。当使用甘草酸重量份数为3份的营养盐进行醋酸发酵时，与不含甘草酸的营养盐相比，生产强度提高18％左右。
本发明解决所技术问题的方案之二是提供一种醋酸发酵营养盐的使用方法，具体为：发酵前按培养基中的乙醇与营养盐质量比为10:0.5-10:2的比例添加至乙醇溶液或酒醪中配置发酵培养基，利用自吸式发酵罐进行醋酸液态深层发酵。
有益效果：
(1)在以乙醇或酒醪为原料的醋酸液态发酵生产过程中，利用本发明公开的营养盐及其使用方法，能够显著促进菌体生长，提高菌体活性，从而提高发酵效率，缩短发酵时间，节约生产成本。其中发酵周期缩短12-30h，发酵强度提高27-45％。
(2)利用本发明公开的营养盐及其使用方法，对于不同乙醇浓度的醋酸发酵都有显著促进作用，并且本发明营养盐的使用方法是根据乙醇浓度计算出营养盐的添加量，而不是将营养盐固定在某一添加范围之内，对于以乙醇为底物的醋酸发酵不仅保证了其发酵效率而且提高了原料的利用率。
(3)本发明所提供的营养盐中所添加的甘草酸成分，能提高菌体ALDH的活性，缩短发酵周期，生产强度提高18％左右。
附图说明：
图1醋酸发酵过程曲线
图2分割发酵过程曲线
图3米酒酒醪醋酸发酵过程曲线
图4甘草酸对醋酸发酵过程的影响
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
实施例1：营养盐在醋酸发酵中的应用
实验分为实验组和对照组：
(1)制备种子液：
发酵菌种：巴氏醋杆菌(Acetobacter pasteurianus)CGMCC No.3089(购自中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，邮编100101。)
从斜面取巴氏醋杆菌CGMCC 3089接种于种子培养基中，在30℃，180转/分钟条件下摇床培养24小时。按10％(v/v)的接种量转接入新鲜的种子培养基中进行放大培养。
种子培养基组成：葡萄糖20g/L，酵母膏15g/L，乙醇3.5％(v/v)。
(2)醋酸发酵
按10％(v/v)的接种量，将(1)中获得种子液接种至发酵罐中，进行醋酸发酵。发酵培养基组成为：葡萄糖20g/L，酵母膏15g/L，乙醇10％(v/v)。
发酵过程中控制发酵温度为：30℃；通风量：0.1(v/v)/min。
实验组发酵前将营养盐直接添加至10％(v/v)乙醇溶液中，配置发酵培养基。
营养盐组成为：复合氨基酸7份，复合维生素3份，复合微量元素0.001份的，乙酸钠10份，磷酸二氢钾10份，蔗糖35份，酵母粉32份，甘草酸3份。乙醇与营养盐的比例为10:2(质量比)，即添加营养盐至约15.8g/L。
所述复合氨基酸由以下重量份数的组分组成：谷氨酸40份，酪氨酸15份，脯氨酸20份，天冬氨酸15份，赖氨酸10份。
所述复合维生素由以下重量份数的组分组成：维生素K1 5份，维生素K2 5份，维生素B1 10份，维生素B2 15份，维生素B5 25份，维生素B9 15份，维生素B12 15份。
所述复合微量元素由以下重量份数的组分组成：硫酸锰10份，亚硫酸铁70份，硫酸铜5份，硫酸锌5份，钼酸铵10份。
对照组不添加营养盐，发酵培养基组成为：葡萄糖20g/L，酵母膏15g/L，乙醇10％(v/v)。
比较实验组和对照组发酵过程曲线如图1，对其各个指标进行分析如表1，可知，与对照组相比，添加营养盐进行醋酸发酵生产周期减少18小时，生产强度提高了33.6％，同时营养盐也可以显著提高酶活，促进菌体生长。
表1营养盐对醋酸发酵的影响
实施例2：营养盐在分割发酵法进行醋酸生产中的应用
实验分为实验组和对照组：
(1)制备种子液：
发酵菌种：巴氏醋杆菌(Acetobacter pasteurianus)CICC 7015(购自中国工业微生物菌种保藏管理中心，地址：北京市朝阳区酒仙桥中路24号院6号楼；邮政编码：100015。)
从斜面取巴氏醋杆菌CICC 7015接种于种子培养基中，在30℃，180转/分钟条件下摇床培养24小时。按10％(v/v)的接种量转接入新鲜的种子培养基中进行放大培养。
种子培养基组成：葡萄糖20g/L，酵母膏15g/L，乙醇3.5％(v/v)。
(2)起始醋酸发酵：
按10％(v/v)的接种量，将步骤1中获得种子液接种至发酵罐中，在30℃条件下进行发酵。发酵培养基组成为：葡萄糖20g/L，酵母膏15g/L，乙醇10％(v/v)。
实验组发酵前将营养盐直接添加至10％(v/v)乙醇溶液中，配制发酵培养基。
所述营养盐组成为：复合氨基酸15份，复合维生素3份，复合微量元素0.005份，乙酸钠22份，磷酸二氢钾15份，蔗糖20份，酵母粉18份，甘草酸2份。乙醇与营养盐的比例为10:1(质量比)，即添加营养盐至约7.9g/L。
所述复合氨基酸由以下重量份数的组分组成：谷氨酸40份，酪氨酸15份，脯氨酸20份，天冬氨酸15份，赖氨酸10份。
所述复合维生素由以下重量份数的组分组成：维生素K1 5份，维生素K2 5份，维生素B1 10份，维生素B2 15份，维生素B5 25份，维生素B9 15份，维生素B12 15份。
所述复合微量元素由以下重量份数的组分组成：硫酸锰10份，亚硫酸铁70份，硫酸铜5份，硫酸锌5份，钼酸铵10份。
对照组不添加营养盐，发酵培养基组成为：葡萄糖20g/L，酵母膏15g/L，乙醇10％(v/v)。
(3)分割发酵：步骤(2)中发酵至乙醇浓度5g/L以下后取出30％(体积比)的发酵液，补充同体积的新鲜发酵培养基，进行分割发酵。
补充的培养基组成为：葡萄糖20g/L，酵母膏15g/L，乙醇10％(v/v)。
发酵过程控制发酵温度为：32℃；通风量：0.13(v/v)/min。
实验组将营养盐直接添加至10％(v/v)乙醇溶液中，配制补充的发酵培养基。
营养盐组成为：复合氨基酸15份，复合维生素4份，复合微量元素0.001份，乙酸钠15份，磷酸二氢钾10份，蔗糖36份，酵母粉33份，甘草酸1份。乙醇与营养盐的比例为10:1(质量比)，即添加营养盐约7.9g/L。
对照组不添加营养盐，补充的发酵培养基组成为：葡萄糖20g/L，酵母膏15g/L，乙醇10％(v/v)。
4)重复步骤3进行下一次分割发酵，重复3次。
比较实验组与对照组的分割发酵过程曲线如图2，对其各个指标进行分析如表2，可知添加营养盐后醋酸发酵平均分割发酵周期减少10.5小时，生产强度提高了45.2％。
表2营养盐对分割发酵的影响
实施例3：营养盐在米醋发酵中的应用
实验分为实验组和对照组：
(1)制备种子液：
发酵菌种：巴氏醋杆菌(Acetobacter pasteurianus)CICC 21876(购自中国工业微生物菌种保藏管理中心，地址：北京市朝阳区酒仙桥中路24号院6号楼；邮政编码：100015。)
从斜面取巴氏醋杆菌CICC 21876接种于种子培养基中，在30℃，180转/分钟条件下摇床培养24小时。按10％(v/v)的接种量转接入新鲜的种子培养基中进行放大培养。
种子培养基组成：葡萄糖20g/L，酵母膏15g/L，乙醇3.5％(v/v)。
(2)醋酸发酵
按10％(v/v)的接种量，将(1)中获得种子液接种至装有米酒酒醪的发酵罐中进行醋酸发酵，发酵过程中控制发酵温度为：28℃；通风量：前期0.08(v/v)/min，米酒酒醪中乙醇含量为8％(v/v)。
实验组发酵前将营养盐直接添加至米酒酒醪中。
营养盐组成为：复合氨基酸15份，复合维生素2份，复合微量元素0.001份，乙酸钠22份，磷酸二氢钾10份，蔗糖30份，酵母粉30份，甘草酸2份。乙醇与营养盐的比例为10:0.7(质量比)，即添加营养盐至约4.4g/L。
所述复合氨基酸由以下重量份数的组分组成：谷氨酸40份，酪氨酸15份，脯氨酸20份，天冬氨酸15份，赖氨酸10份。
所述复合维生素由以下重量份数的组分组成：维生素K1 5份，维生素K2 5份，维生素B1 10份，维生素B2 15份，维生素B5 25份，维生素B9 15份，维生素B12 15份。
所述复合微量元素由以下重量份数的组分组成：硫酸锰10份，亚硫酸铁70份，硫酸铜5份，硫酸锌5份，钼酸铵10份。
对照组发酵过程不添加营养盐，直接以乙醇含量为8％的米酒酒醪为原料进行醋酸发酵。
比较实验组与对照组的醋酸发酵过程曲线如图3，对其各个指标进行分析如表3，可知添加营养盐的米醋较未加营养盐的米醋发酵周期减少12小时，生产强度提高了27.4％。
表3营养盐对米醋发酵效率的影响
实施例4：营养盐中甘草酸对醋酸发酵的影响
实验分为实验组和对照组：
(1)制备种子液：
发酵菌种：巴氏醋杆菌(Acetobacter pasteurianus)CGMCC No.3089(购自中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，邮编100101。)
从斜面取巴氏醋杆菌CGMCC 3089接种于种子培养基中，在30℃，180转/分钟条件下摇床培养24小时。按10％(v/v)的接种量转接入新鲜的种子培养基中进行放大培养。
种子培养基组成：葡萄糖20g/L，酵母膏15g/L，乙醇3.5％(v/v)。
(2)醋酸发酵
按10％(v/v)的接种量，将(1)中获得种子液接种至发酵罐中进行醋酸发酵。发酵培养基组成为：葡萄糖20g/L，酵母膏15g/L，乙醇8％(v/v)。
发酵过程中控制发酵温度为：30℃；通风量：0.1(v/v)/min。
实验组发酵前将营养盐直接添加至8％(v/v)乙醇溶液中，配置发酵培养基。
营养盐组成为：复合氨基酸10份，复合维生素4份，复合微量元素0.001份的，乙酸钠10份，磷酸二氢钾10份，蔗糖35份，酵母粉32份，甘草酸3份。乙醇与营养盐的比例为10:1.2(质量比)，即添加营养盐至约9.5g/L。
对照组发酵前将营养盐直接添加至8％(v/v)乙醇溶液中，配置发酵培养基。
营养盐组成为复合氨基酸10份，复合维生素4份，复合微量元素0.001份的，乙酸钠10份，磷酸二氢钾10份，蔗糖35份，酵母粉32份。乙醇浓度与营养盐的比例为10:1.2(质量比)，即添加营养盐至约9.5g/L。
比较实验组和对照组发酵过程菌体生长如图4，对其各个指标进行分析如表4，说明甘草酸可以促进菌体生长，缩短发酵周期，提高生产效率。
表4营养盐中甘草酸浓度对醋酸发酵的影响
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种醋酸发酵营养盐，其特征在于，由以下重量份数的组分组成：复合氨基酸7-18份，复合维生素1-4份，复合微量元素0.001-0.005份，乙酸钠0-22份，磷酸二氢钾10-18份，蔗糖20-36份，酵母抽提物15-33份，甘草酸2-3份。
2.如权利要求1所述的一种醋酸发酵营养盐，其特征在于，所述复合氨基酸由以下重量份数的组分组成：谷氨酸40份，酪氨酸15份，脯氨酸20份，天冬氨酸15份，赖氨酸10份。
3.如权利要求1所述的一种醋酸发酵营养盐，其特征在于，所述复合维生素由以下重量份数的组分组成：维生素K1 5份，维生素K2 5份，维生素B1 10份，维生素B2 15份，维生素B525份，维生素B9 15份，维生素B12 15份。
4.如权利要求1所述的一种醋酸发酵营养盐，其特征在于，所述复合微量元素由以下重量份数的组分组成：硫酸锰10份，亚硫酸铁70份，硫酸铜5份，硫酸锌5份，钼酸铵10份。
5.如权利要求1所述的一种醋酸发酵营养盐，其特征在于，由以下重量份数的组分组成：复合氨基酸7份，复合维生素3份，复合微量元素0.001份，乙酸钠10份，磷酸二氢钾10份，蔗糖35份，酵母抽提物32份，甘草酸3份。
6.如权利要求1-5任意一项所述醋酸发酵营养盐的使用方法，其特征在于，具体为：发酵前按培养基或酒醪中的乙醇与营养盐质量比为10:0.5-10:2的比例添加至乙醇溶液或酒醪中，配制发酵培养基。
7.如权利要求1-5任意一项所述醋酸发酵营养盐在醋酸发酵中的应用。
8.如权利要求6所述的醋酸发酵营养盐的使用方法，其特征在于，发酵前按培养基或酒醪中的乙醇与营养盐质量比为10:1.2的比例添加至乙醇溶液或酒醪中，配制发酵培养基。
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