CN106086099A - L‑缬氨酸发酵培养基及用其生产l‑缬氨酸的发酵方法 - Google Patents

L‑缬氨酸发酵培养基及用其生产l‑缬氨酸的发酵方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种工艺简单、生产成本低、提高L‑缬氨酸的产量和糖酸转化率的适合用于工业化生产的L‑缬氨酸发酵培养基及用其生产L‑缬氨酸的发酵方法，所述发酵培养基组成成分包括：甘蔗糖蜜、玉米浆、硫酸铵、氨水、磷酸二氢钾、硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸锰、维生素H和维生素B1。本发明中的发酵培养基以甘蔗糖蜜为碳源，以玉米浆、硫酸铵和氨水为氮源，结合补料工艺和分段控制溶氧的方式进行L‑缬氨酸发酵，得到L‑缬氨酸的发酵单位能达到93g/L，糖酸转化率40.35%，明显提高了L‑缬氨酸的产量和糖酸转化率。

Description

L-缬氨酸发酵培养基及用其生产L-缬氨酸的发酵方法
技术领域
本发明属于生物发酵工程技术领域，具体地涉及一种L-缬氨酸发酵培养基及用其生产L-缬氨酸的发酵方法。
背景技术
L-缬氨酸（L-valine）于1901年从酪朊蛋白中发现，化学名称L-α-氨基异戊酸，分子式为C5H11NO2，相对分子质量117.15，呈白色结晶或结晶性粉末，无臭，味苦。L-缬氨酸属于支链氨基酸，是人体八种必须氨基酸之一，具有多种生理功能，L-缬氨酸是构成蛋白质分子的基本单元，是动物营养必须的氨基酸之一，也是机体抗体、激素和酶等合成的基本原料，在人体内发挥着特殊的生理功能，作为转化成ATP的重要物质以维持生命特征。L-缬氨酸广泛应用于医药、食品及调味剂、动物饲料和化妆品的制造，尤其是在医学研究和治疗中的作用，日益受到重视。2014年统计数据显示缬氨酸产量已达到1000吨以上，其中日本是主要的生产国，国内还需要进口以满足国内需求。
目前，L-缬氨酸的生产方法主要有提取法、合成法和发酵法，其中利用微生物发酵法，具有原材料成本低，反应条件温和及易实现大规模生产等优点，是目前最广泛采用的生产方法。而以微生物发酵法生产L-缬氨酸，国内生产水平和糖酸转化率都比较低，远远不能满足国内市场的需求。例如专利申请号为201010527435的专利《一种高效生产L-缬氨酸的发酵工艺》中提到了一种发酵工艺，发酵60h，L-缬氨酸的产量为59g/L，糖酸转化率为27%。又如公开号为CN1019796226A的中国发明专利公开了一种提高L-缬氨酸发酵产酸率和糖酸转化率的方法，其根据调整细胞代谢流分配的原理，采用在培养基中添加柠檬酸或其盐的方法，使L-缬氨酸的产量达到61.2g/L，糖酸转化率达到28.3g/L。在菌株生产L-缬氨酸的过程中，糖酸转化率不是很高，因此转化率的提高，对于节约生产成本，意义重大。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、生产成本低、提高L-缬氨酸的产量和糖酸转化率的适合用于工业化生产的L-缬氨酸发酵培养基及用其生产L-缬氨酸的发酵方法。
本发明实现发明目的采用的技术方案为：L-缬氨酸发酵培养基，所述发酵培养基组成成分包括：甘蔗糖蜜、玉米浆、硫酸铵、氨水、磷酸二氢钾、硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸锰、维生素H和维生素B1。
进一步地，所述发酵培养基组成成分的浓度为：甘蔗糖蜜10~60 g/L、玉米浆20~50g/L、硫酸铵10~20 g/L、磷酸二氢钾1~5 g/L、硫酸镁0.5~2 g/L、硫酸亚铁0.01~0.05 g/L、硫酸锰0.01~0.05 g/L、维生素H 0.0002~0.001 g/L、维生素B1 0.0002-0.001 g/L，用氨水使发酵培养基pH 6.7~7.0。
进一步地，所述发酵培养基组成成分按重量份数比包括：甘蔗糖蜜30~40 g/L、玉米浆25~40 g/L、硫酸铵14~18 g/L、磷酸二氢钾2~3 g/L、硫酸镁1~1.5 g/L、硫酸亚铁0.02~0.03 g/L、硫酸锰0.02~0.03 g/L、维生素H 0.0005~0.0008 g/L、维生素B1 0.0005-0.0008g/L，用氨水使发酵培养基pH 6.7~7.0。
利用L-缬氨酸发酵培养基生产L-缬氨酸的发酵方法，包括如下步骤：
a、按照配比，将各组分称量好，配制成发酵培养基；
b、将发酵培养基灭菌，温度为115~125℃；
c、接入L-缬氨酸的产生菌-谷氨酸棒状杆菌种子培养物，控制培养基中溶氧量和残糖量；
d、在罐压0.01~0.05Mpa、转速200rpm、pH6.7~7.0、温度25~38℃的条件下，发酵时间65~75h，即得L-缬氨酸。
进一步地，所述谷氨酸棒状杆菌种子培养物的接入量为培养基体积的10~18%。
进一步地，所述c步骤中控制培养基中溶氧量的方法为，采用分阶段控制溶氧：0-36h的溶氧量为20%，36-70h溶氧量为5%。
进一步地，所述c步骤中控制残糖量的方法为：向培养基中加浓度为80%的葡萄糖溶液，控制残糖含量的浓度为20~25g/L。
进一步地，所述d步骤中罐压为0.02Mpa、温度为32℃、发酵时间为70h。
本发明获得的有益效果为：本发明中的发酵培养基以甘蔗糖蜜为碳源，以玉米浆、硫酸铵和氨水为氮源，结合补料工艺和分段控制溶氧的方式进行L-缬氨酸发酵，得到L-缬氨酸的发酵单位能达到93g/L，糖酸转化率40.35%，明显提高了L-缬氨酸的产量和糖酸转化率。
本发酵方法与现有技术相比，不需要增加额外设备和人力投入，整个发酵过程工艺简单、生产成本低，适合于工业化大规模生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，但这些实施例仅仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1：
称取甘蔗糖蜜20g，玉米浆40g，硫酸铵20g，磷酸二氢钾2g，硫酸镁1.0g，硫酸亚铁0.02g，硫酸锰0.02g，维生素H 0.0004g，维生素B1 0.0004g，饮用水定容至2L，加入5L发酵罐中，115℃灭菌后，接入种子培养物，接种量为10%，罐压0.01MPa，转速200rpm，pH6.7，温度25℃。根据残糖量流加80%的葡萄糖溶液，控制残糖含量在20-25g/L。发酵过程中通过氨水控制pH6.7-7.0之间。分阶段控制溶氧：0-36h为20%，36-70h为5%。发酵70h放罐，检测到L-缬氨酸发酵单位为77g/L，糖酸转化率33.6%。
实施例2：
称取甘蔗糖蜜120g，玉米浆100g，硫酸铵40g，磷酸二氢钾10g，硫酸镁4g，硫酸亚铁0.1g，硫酸锰0.1g，维生素H 0.002g，维生素B1 0.002g，饮用水定容至2L，加入5L发酵罐中，125℃灭菌后，接入种子培养物，接种量为18%，罐压0.05MPa，转速200rpm，pH7.0，温度38℃。根据残糖量流加80%的葡萄糖溶液，控制残糖含量在20-25g/L。发酵过程中通过氨水控制pH6.7-7.0之间。分阶段控制溶氧：0-36h为20%，36-70h为5%。发酵70h放罐，检测到L-缬氨酸发酵单位为81g/L，糖酸转化率36.08%。
实施例3：
称取甘蔗糖蜜56g，玉米浆50g，硫酸铵24g，磷酸二氢钾6g，硫酸镁1.6g，硫酸亚铁0.08g，硫酸锰0.08g，维生素H 0.0014g，维生素B1 0.0014g，饮用水定容至2L，加入5L发酵罐中，121℃灭菌后，接入种子培养物，接种量为15%，罐压0.02MPa，转速200rpm，pH6.7，温度32℃。根据残糖量流加80%的葡萄糖溶液，控制残糖含量在20-25g/L。发酵过程中通过氨水控制pH6.7-7.0之间；分阶段控制溶氧：0-36h为20%，36-70h为5%；发酵70h放罐，检测到L-缬氨酸发酵单位为80g/L，糖酸转化率35.21%。
实施例4：
称取甘蔗糖蜜70g，玉米浆70g，硫酸铵30g，磷酸二氢钾7g，硫酸镁2g，硫酸亚铁0.07g，硫酸锰0.07g，维生素H 0.0008g，维生素B1 0.0008g，饮用水定容至2L，加入5L发酵罐中，121℃灭菌后，接入种子培养物，接种量为15%，罐压0.03MPa，转速200rpm，pH6.8，温度32℃。根据残糖量流加80%的葡萄糖溶液，控制残糖含量在20-25g/L。发酵过程中通过氨水控制pH6.7-7.0之间。分阶段控制溶氧：0-36h为20%，36-70h为5%。发酵70h放罐，检测到L-缬氨酸发酵单位为93g/L，糖酸转化率40.35%。
实施例5：
称取甘蔗糖蜜80g，玉米浆80g，硫酸铵32g，磷酸二氢钾7g，硫酸镁1.6g，硫酸亚铁0.08g，硫酸锰0.08g，维生素H 0.0014g，维生素B1 0.0014g，饮用水定容至2L，加入5L发酵罐中，121℃灭菌后，接入L-缬氨酸产生菌谷氨酸棒状杆菌的种子培养物，接种量为15%，罐压0.02MPa，转速200rpm，pH6.7-7.0，温度32℃。根据残糖量流加80%的葡萄糖溶液，控制残糖含量在20-25g/L。发酵过程中通过氨水控制pH6.7-7.0之间。分阶段控制溶氧：0-36h为20%，36-70h为5%。发酵70h放罐，检测到L-缬氨酸发酵单位为85g/L，糖酸转化率37.1%。

Claims (8)

1.L-缬氨酸发酵培养基，其特征在于：所述发酵培养基组成成分包括：甘蔗糖蜜、玉米浆、硫酸铵、氨水、磷酸二氢钾、硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸锰、维生素H和维生素B1。
2.根据权利要求1所述L-缬氨酸发酵培养基其特征在于：所述发酵培养基组成成分的浓度为：甘蔗糖蜜10~60 g/L、玉米浆20~50 g/L、硫酸铵10~20 g/L、磷酸二氢钾1~5 g/L、硫酸镁0.5~2 g/L、硫酸亚铁0.01~0.05 g/L、硫酸锰0.01~0.05 g/L、维生素H 0.0002~0.001g/L、维生素B1 0.0002-0.001 g/L，用氨水使发酵培养基pH 6.7~7.0。
3.根据权利要求2所述L-缬氨酸发酵培养基其特征在于：所述发酵培养基组成成分按重量份数比包括：甘蔗糖蜜30~40 g/L、玉米浆25~40 g/L、硫酸铵14~18 g/L、磷酸二氢钾2~3 g/L、硫酸镁1~1.5 g/L、硫酸亚铁0.02~0.03 g/L、硫酸锰0.02~0.03 g/L、维生素H0.0005~0.0008 g/L、维生素B1 0.0005-0.0008 g/L，用氨水使发酵培养基pH 6.7~7.0。
4.利用权利要求1或2或3 L-缬氨酸发酵培养基生产L-缬氨酸的发酵方法，其特征在于：包括如下步骤：
a、按照配比，将各组分称量好，配制成发酵培养基；
b、将发酵培养基灭菌，温度为115~125℃；
c、接入L-缬氨酸的产生菌-谷氨酸棒状杆菌种子培养物，控制培养基中溶氧量和残糖量；
d、在罐压0.01~0.05Mpa、转速200rpm、pH6.7~7.0、温度25~38℃的条件下，发酵时间65~75h，即得L-缬氨酸。
5.根据权利要求4所述生产L-缬氨酸的发酵方法，其特征在于：所述谷氨酸棒状杆菌种子培养物的接入量为培养基体积的10~18%。
6.根据权利要求4所述生产L-缬氨酸的发酵方法，其特征在于：所述c步骤中控制培养基中溶氧量的方法为，采用分阶段控制溶氧：0-36h的溶氧量为20%，36-70h溶氧量为5%。
7.根据权利要求4所述生产L-缬氨酸的发酵方法，其特征在于：所述c步骤中控制残糖量的方法为：向培养基中加浓度为80%的葡萄糖溶液，控制残糖含量的浓度为20~25g/L。
8.根据权利要求4所述生产L-缬氨酸的发酵方法，其特征在于：所述d步骤中罐压为0.02Mpa、温度为32℃、发酵时间为70h。
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