CN106434780A - 一种以pH调控结合有机氮源补料提高ε‑聚赖氨酸产量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高ε‑聚赖氨酸(ε‑PL)产量的方法,所述方法为:在5L发酵罐中按接种量10%接完发酵液后,等初始pH6.8自然下降到一定pH值,自动流加12.5%的氨水使得pH维持一段时间不变,然后使其pH自然下降到产物合成最佳的pH3.8,并自动流加氨水维持在这一pH,在此基础上,利用800g/L的葡萄糖、80g/L的(NH4)2SO4并结合一定浓度的有机氮源进行间歇补料,使发酵液中NH4 +‑N浓度维持在0.5g/L左右,葡萄糖浓度维持在10g/L左右,大大提高了ε‑PL的产量,在本发明的pH调控方式下,发酵前期就能积累一定的菌体量,能够促进ε‑PL的合成;利用混合有机氮源补料,弥补了单一有机氮源在产物合成或菌体生长方面的不足;能够有效缩短ε‑PL的发酵周期,在较短的时间获得ε‑PL较高的产量,提高ε‑PL的得率,具有良好的经济效益。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种提高ε-聚赖氨酸产量的方法。
(二)背景技术
1977年,日本科学家Shima.S和Sakai.H无意中从土壤中筛选得到一株能够产生生物碱类物质的白色链霉菌(Streptomyces albulus)346,通过研究发现,这是一种赖氨酸聚合物,是由25~35个L-赖氨酸残基通过α-COOH和ε-NH2脱水缩合形成的,分子量约为3500~4500,由于其肽键不同于一般蛋白质的α肽键,所以将这种物质称为ε-聚赖氨酸(ε-PL)。
ε-PL在生物学性质上是一种多肽,具有抑菌作用,能够作为食品防腐剂使用,在人体内,它能够被分解成L-赖氨酸,而赖氨酸是人体必须的8种氨基酸之一,因此ε-PL是一种营养型抑菌剂。ε-PL的安全性很高,其很难被机体吸收且急性口服剂量高达5g/kg。ε-PL还具有较广的抑菌范围,它除了对霉菌、革兰氏阳性菌(G+)、革兰氏阴性菌(G-)、酵母菌有一定的抑菌效果之外,其还带有一定的抗噬菌体能力。ε-PL作为一种新型的微生物防腐剂,已被美国FAD认证并被广泛应用在美国、韩国、日本和欧盟等地,在2014年,中国也已经批准其作为食品添加剂使用。
ε-PL的抑菌作用主要通过两种方式:第一,破坏细胞膜的完整性。ε-PL容易被微生物通过吸附作用结合到细胞膜上,并利用物化作用来破坏膜结构的完整性,从而改变细胞膜的通透性,中断细胞的物质、能量和信息传递并引发胞内溶酶体膜破裂,使微生物产生自溶作用,最终使细胞死亡。第二,破坏蛋白合成系统。由于ε-PL呈高聚合多价阳离子态,易结合在核糖体上,能够有效抑制多种酶及蛋白质的合成,从而使微生物因缺乏相关酶而不能够正常进行能量转化、物质代谢等过程,导致微生物生长抑制或死亡。
目前,ε-PL主要与其它防腐剂复配使用,复配产物在市场上售价约为1500元/kg左右。在2001年,日本窒素公司发酵水平已经达到了48.3g/L,形成了年产千吨级ε-PL的工业化生产规模,市场份额达到了数十亿日元。而国内的研究还处于实验室及中试规模的阶段,但中国的人口是日本的数十倍,潜在的市场价值十分可观。因此在我国进行ε-PL发酵工艺的研究开发以提高发酵水平,对实现ε-PL的工业化生产具有重要意义。
(三)发明内容
本发明目的是提供一种提高ε-PL产量的方法,能够获得最高的ε-PL产量为34.19g/L,并大大缩短了发酵周期。
本发明采用的技术方案是:
本发明提供一种提高ε-PL产量的方法,所述方法为:在5L发酵罐中按接种量10%接完发酵液后,等初始pH 6.8自然下降到一定pH值,自动流加12.5%的氨水使得pH维持一段时间不变,然后使其pH自然下降到产物合成最佳的pH 3.8,并自动流加氨水维持在这一pH,获得一种对产物合成最有效的pH调控方式。
进一步,所述下降到的pH值范围为6.5~5.0。
进一步,所述pH维持时间为6h~18h。
进一步,所述最有效的pH调控方式下,利用800g/L的葡萄糖、80g/L的(NH4)2SO4并结合一定浓度的有机氮源进行间歇补料,使发酵液中NH4 +-N浓度维持在0.5g/L左右,葡萄糖浓度维持在10g/L左右,获得一种提高ε-PL产量的补料方式;所述有机氮源为酵母粉、玉米浆、鱼粉、牛肉膏、混合有机氮源(玉米浆与鱼粉的浓度之比为1∶2,即C玉米浆∶C鱼粉=1∶2)。
进一步,所述有机氮源的总浓度为200g/L。
本发明的有益效果主要体现在:采用本发明方法,在此pH调控方式下,发酵前期就能积累一定的菌体量,能够促进ε-PL的合成;利用混合有机氮源补料,弥补了单一有机氮源在产物合成或菌体生长方面的不足;能够有效缩短ε-PL的发酵周期,在较短的时间获得较高的ε-PL产量,提高ε-PL的得率。
(四)附图说明
图1 5L发酵罐中ε-PL的发酵过程动力学参数曲线图
图2实施例11基于pH调控间歇补混合有机氮源发酵产ε-PL的动力学参数曲线图
(五)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述,但本发明的保护范围并不仅限于此:
实施例1:
在5L发酵罐中按10%接种量接完发酵液后,等初始pH 6.8自然下降到6.5,自动流加12.5%的氨水使得pH维持12h,然后使其pH自然下降到产物合成最佳的pH 3.8,并自动流加氨水维持在这一pH,最终菌体量为12.25g/L,ε-PL产量为1.65g/L。
实施例2:
在5L发酵罐中按10%接种量接完发酵液后,等初始pH 6.8自然下降到6.0,自动流加12.5%的氨水使得pH维持12h,然后使其pH自然下降到产物合成最佳的pH 3.8,并自动流加氨水维持在这一pH,最终菌体量为15.00g/L,ε-PL产量为1.91g/L。
实施例3:
在5L发酵罐中按10%接种量接完发酵液后,等初始pH 6.8自然下降到5.5,自动流加12.5%的氨水使得pH维持12h,然后使其pH自然下降到产物合成最佳的pH 3.8,并自动流加氨水维持在这一pH,最终菌体量为15.81g/L,ε-PL产量为2.44g/L。
实施例4:
在5L发酵罐中按10%接种量接完发酵液后,等初始pH 6.8自然下降到5.0,自动流加12.5%的氨水使得pH维持12h,然后使其pH自然下降到产物合成最佳的pH 3.8,并自动流加氨水维持在这一pH,最终菌体量为16.96g/L,ε-PL产量为2.81g/L。
实施例5:
在5L发酵罐中按10%接种量接完发酵液后,等初始pH 6.8自然下降到5.0,自动流加12.5%的氨水使得pH维持6h,然后使其pH自然下降到产物合成最佳的pH 3.8,并自动流加氨水维持在这一pH,最终菌体量为14.40g/L,ε-PL产量为2.17g/L。
实施例6:
在5L发酵罐中按10%接种量接完发酵液后,等初始pH 6.8自然下降到5.0,自动流加12.5%的氨水使得pH维持18h,然后使其pH自然下降到产物合成最佳的pH 3.8,并自动流加氨水维持在这一pH,最终菌体量为19.20g/L,ε-PL产量为0.97g/L。
实施例7:
在5L发酵罐中按10%接种量接完发酵液后,等初始pH 6.8自然下降到5.0,自动流加12.5%的氨水使得pH维持12h,然后使其pH自然下降到产物合成最佳的pH 3.8,并自动流加氨水维持在这一pH,利用800g/L的葡萄糖、80g/L的(NH4)2SO4并结合200g/L的酵母粉进行间歇补料,使发酵液中NH4 +-N的浓度维持在0.5g/L左右,葡萄糖的浓度维持在10g/L左右,最终菌体量为45.98g/L,ε-PL产量为26.66g/L,得率为3.68g/(L·d)。
实施例8:
在5L发酵罐中按10%接种量接完发酵液后,等初始pH 6.8自然下降到5.0,自动流加12.5%的氨水使得pH维持12h,然后使其pH自然下降到产物合成最佳的pH 3.8,并自动流加氨水维持在这一pH,利用800g/L的葡萄糖、80g/L的(NH4)2SO4并结合200g/L的鱼粉进行间歇补料,使发酵液中NH4 +-N的浓度维持在0.5g/L左右,葡萄糖的浓度维持在10g/L左右,最终菌体量为40.48g/L,ε-PL产量为29.30g/L,得率为4.04g/(L·d)。
实施例9:
在5L发酵罐中按10%接种量接完发酵液后,等初始pH 6.8自然下降到5.0,自动流加12.5%的氨水使得pH维持12h,然后使其pH自然下降到产物合成最佳的pH 3.8,并自动流加氨水维持在这一pH,利用800g/L的葡萄糖、80g/L的(NH4)2SO4并结合200g/L的玉米浆进行间歇补料,使发酵液中NH4 +-N的浓度维持在0.5g/L左右,葡萄糖的浓度维持在10g/L左右,最终菌体量为52.78g/L,ε-PL产量为21.60g/L,得率为2.98g/(L·d)。
实施例10:
在5L发酵罐中按10%接种量接完发酵液后,等初始pH 6.8自然下降到5.0,自动流加12.5%的氨水使得pH维持12h,然后使其pH自然下降到产物合成最佳的pH 3.8,并自动流加氨水维持在这一pH,利用800g/L的葡萄糖、80g/L的(NH4)2SO4并结合200g/L的牛肉膏进行间歇补料,使发酵液中NH4 +-N的浓度维持在0.5g/L左右,葡萄糖的浓度维持在10g/L左右,最终菌体量为48.14g/L,ε-PL产量为23.74g/L,得率为3.27g/(L·d)。
实施例11:
在5L发酵罐中按10%接种量接完发酵液后,等初始pH 6.8自然下降到5.0,自动流加12.5%的氨水使得pH维持12h,然后使其pH自然下降到产物合成最佳的pH 3.8,并自动流加氨水维持在这一pH,利用800g/L的葡萄糖、80g/L的(NH4)2SO4并结合67g/L的玉米浆及133g/L的鱼粉(C玉米浆∶C鱼粉=1∶2)进行间歇补料,使发酵液中NH4 +-N的浓度维持在0.5g/L左右,葡萄糖的浓度维持在10g/L左右,最终菌体量为46.44g/L,ε-PL产量为34.19g/L,得率为4.72g/(L·d)。
Claims (5)
1.一种提高ε-聚赖氨酸产量的方法,其特征在于所述方法为:在5L发酵罐中按接种量10%接完发酵液后,等初始pH 6.8自然下降到一定pH值,自动流加12.5%的氨水使得pH维持一段时间不变,然后使其pH自然下降到产物合成最佳的pH3.8,并自动流加氨水维持在这一pH,获得一种对产物合成最有效的pH调控方式。
2.如权利要求1所述提高ε-聚赖氨酸产量的方法,其特征在于所述下降到的pH值范围为6.5~5.0。
3.如权利要求1所述提高ε-聚赖氨酸产量的方法,其特征在于所述pH维持时间为6h~18h。
4.如权利要求1所述提高ε-聚赖氨酸产量的方法,其特征在于所述最有效的pH调控方式下,利用800g/L的葡萄糖、80g/L的(NH4)2SO4并结合一定浓度的有机氮源进行间歇补料,使发酵液中NH4 +-N浓度维持在0.5g/L左右,葡萄糖浓度维持在10g/L左右,获得一种提高ε-PL产量的补料方式;所述有机氮源为酵母粉、玉米浆、鱼粉、牛肉膏、混合有机氮源(玉米浆与鱼粉的浓度之比为1∶2,即C玉米浆∶C鱼粉=1∶2)。
5.如权利要求4所述提高ε-聚赖氨酸产量的方法,其特征在于所述有机氮源的总浓度为200g/L。
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CN103074393A (zh) * | 2012-12-05 | 2013-05-01 | 广东省微生物研究所 | 一种增强细胞生长及生物过程效率的ε-聚赖氨酸补料分批发酵方法 |
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