CN107099563A - 一种利用等电技术制备味精的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物发酵技术领域,公开了一种利用等电技术制备味精的方法,其包括如下步骤:步骤1)制备谷氨酸发酵液,步骤2)离心、超滤、浓缩,步骤3)等电,步骤4)中和、结晶。本发明方法简单可行,适合规模化生产,制备的味精产率和纯度较高。

Description

一种利用等电技术制备味精的方法
技术领域
本发明涉及生物发酵技术领域,具体提供了一种利用等电技术制备味精的方法。
背景技术
味精,学名谷氨酸钠,化学名α-氨基戊二酸一钠,是一种由钠离子与谷氨酸根离子形成的盐,其中谷氨酸是一种氨基酸,而钠是一种金属元素。生活中常用的调味料味精的主要成分就是谷氨酸钠。味精是日常生活中常用的调味剂,能够增加食物的鲜味,有利于提高人体对食物的消化率。此外,谷氨酸钠又有着十分重要的功能,被广泛应用于食品、医药、工业及农业等领域。
申请人之前的专利技术“一种浓缩等电工艺制备味精的环保工艺”,该工艺采用两种菌株复合发酵,并且通过浓缩等电技术来制备味精,其发酵效率高,环保无污染,但是存在菌株污染的风险增大,一旦其中一种菌株污染,就会造成发酵体系的瘫痪,而且两种菌株发酵的工艺参数不容易固定,需要不断地摸索和改变,导致操作难度增大。基于上述问题,我们开发了一种利用等电技术制备味精的新方法,以克服上述缺点。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供了一种利用等电技术制备味精的方法。
本发明是通过如下方案来实现的:
一种利用等电技术制备味精的方法,其包括如下步骤:步骤1)制备谷氨酸发酵液,步骤2)离心、超滤、浓缩,步骤3)等电,步骤4)中和、结晶。
进一步地,所述步骤1)制备谷氨酸发酵液,包括如下步骤:
制备将谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)ATCC 13761种子液以10%的接种量接种到发酵罐,发酵时间为60小时;0-58小时,控制温度为32℃,常压,其中,在第50小时,添加十六烷基三甲基溴化铵,在第55小时,添加氯化钠;第59-60小时,控制温度为39-40℃,压强为3-3.5个大气压;发酵过程中,通过自动流加氨水控制pH在4.5;并通过流加葡萄糖溶液将残糖控制在不低于1.0wt%,发酵至60h停止,得谷氨酸发酵液。
进一步地,所述步骤2)离心、超滤、浓缩,包括如下步骤:用高速碟片分离机对谷氨酸发酵液离心处理,收集上层谷氨酸料液;谷氨酸料液经过超滤膜超滤,收集滤过液,然后浓缩成原体积三分之一的浓缩液。
进一步地,所述步骤3)等电,包括如下步骤:往一级等电罐中流加浓缩液,同时加入浓硫酸调节使等电罐中溶液的pH为3.5,温度控制在22℃,经过一级等电点罐的液体再依次经过二级等电点罐,同时加入浓硫酸调pH值,其中,二级等电点罐pH控制3.3,温度10℃;经过二级等电点罐的液体再依次经过三级等电点罐,同时加入浓硫酸调pH值,其中,三级等电点罐pH控制3.2,温度5℃;离心获得谷氨酸晶体。
进一步地,所述步骤4)中和、结晶,包括如下步骤:往谷氨酸晶体中添加五倍重量的质量分数为10%的碳酸钠水溶液溶解中和,中和温度控制62℃,pH值控制在6.5,然后蒸发结晶,离心分离味精。
优选地,所述十六烷基三甲基溴化铵添加量为3-5μg/ml。
优选地,所述氯化钠的添加量为10-20μg/ml。
本发明取得的有益效果主要包括但是并不限于以下几个方面:
本发明通过提高发酵培养温度,可增加分子扩散的速度,提高了谷氨酸的分泌率;
增加压力对细胞的挤压作用增强, 辅助以适当浓度的盐溶液来改变菌体细胞的渗透压,细胞表面发生轻微变形,细胞膜的通透性增加;
培养过程后期加入CTAB,干扰细胞壁的合成,改善菌体细胞壁和细胞膜对催化反应中底物和产物的传质限制;
本发明通过添加CTAB以及氯化钠结合温度压强的改变,实现谷氨酸棒杆菌培养与透性化处理的耦合,可以在不需要对培养好的细胞进行后续透性化处理的情况下减小菌体细胞壁和细胞膜对底物和产物的传质限制,避免后续透性化处理细胞的步骤及相关设备运转的投入;
本发明发酵产率高,通过分离纯化工艺使得味精纯度和收率均达到90%以上,成品颜色感官好,结晶粒均匀;
本发明采用浓缩等电技术,硫酸的消耗最低,大大降低了成本,提高了工业附加值;常规菌株在发酵生产谷氨酸过程中,需流加氨水控制7左右,而发酵结束时,需向发酵液中投入大量浓硫酸调节3左右,本发明采用低PH值的谷氨酸进行发酵,可减少氨水和硫酸的消耗,降低了成本。
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,对本申请的技术方案进行清楚、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
一种利用等电技术制备味精的方法,其包括如下步骤:
将谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)ATCC13761种子液(浓度为1×109CFU/mL)以10%(V/V)接种量接种到发酵罐,发酵时间为60小时;0-58小时,控制温度为32℃,常压,其中,在第50小时,添加十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),添加量为3μg/ml,其中,在第55小时,添加氯化钠,添加量为10μg/ml;第59-60小时,控制温度为39℃,压强为3个大气压;发酵过程中,通过自动流加氨水控制pH在4.5;并通过流加浓度为200g/L的葡萄糖溶液将残糖控制在不低于1.0wt%,发酵至60h停止,得发酵液;
其中,发酵培养基为(质量百分比):葡萄糖6%,糖蜜3%,玉米浆5%,尿素0.5%,硫酸亚铁0.02%,硫酸镁0.02%,磷酸二氢钾0.01%,磷酸氢二钾0.01%,pH 4-4.5;
利用高速碟片分离机将谷氨酸料液和菌体蛋白分离;高速碟片机的转速为4000rpm,时间为3min;谷氨酸料液经过超滤膜超滤(超滤膜截留分子量为300Da,超滤温度为35℃),收集滤过液,然后浓缩成原体积三分之一的浓缩液;往一级等电罐中流加上述浓缩液,同时加入浓硫酸调节使等电罐中溶液的pH为3.5,温度控制在22℃,经过一级等电点罐的液体再依次经过二级等电点罐,同时加入浓硫酸调pH值,其中,二级等电点罐pH控制3.3,温度10℃;经过二级等电点罐的液体再依次经过三级等电点罐,同时加入浓硫酸调pH值,其中,三级等电点罐pH控制3.2,温度5℃;离心获得谷氨酸晶体;
往谷氨酸晶体中添加五倍重量的质量分数为10%的碳酸钠水溶液溶解中和,中和温度控制62℃,pH值控制在6.5,然后蒸发结晶,离心分离味精。
实施例2
一种利用等电技术制备味精的方法,其包括如下步骤:
将谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)ATCC13761种子液(浓度为1×109CFU/mL)以10%(V/V)接种量接种到发酵罐,发酵时间为60小时;0-58小时,控制温度为32℃,常压,其中,在第50小时,添加十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),添加量为5μg/ml;第59-60小时,控制温度为40℃,压强为3.5个大气压,其中,在第55小时,添加氯化钠,添加量为20μg/ml;发酵过程中,通过自动流加氨水控制pH在4.5;并通过流加浓度为200g/L的葡萄糖溶液将残糖控制在不低于1.0wt%,发酵至60h停止,得发酵液;
其中,发酵培养基为(质量百分比):葡萄糖6%,糖蜜3%,玉米浆5%,尿素0.5%,硫酸亚铁0.02%,硫酸镁0.02%,磷酸二氢钾0.01%,磷酸氢二钾0.01%,pH 4-4.5;
利用高速碟片分离机将谷氨酸料液和菌体蛋白分离;高速碟片机的转速为4000rpm,时间为3min;谷氨酸料液经过超滤膜超滤,收集滤过液,然后浓缩成原体积三分之一的浓缩液;往一级等电罐中流加上述浓缩液,同时加入浓硫酸调节使等电罐中溶液的pH为3.5,温度控制在22℃,经过一级等电点罐的液体再依次经过二级等电点罐,同时加入浓硫酸调pH值,其中,二级等电点罐pH控制3.3,温度10℃;经过二级等电点罐的液体再依次经过三级等电点罐,同时加入浓硫酸调pH值,其中,三级等电点罐pH控制3.2,温度5℃;离心获得谷氨酸晶体;
往谷氨酸晶体中添加五倍重量的质量分数为10%的碳酸钠水溶液溶解中和,中和温度控制62℃,pH值控制在6.5,然后蒸发结晶,离心分离味精。
实施例3
各因素对谷氨酸发酵产量的影响:
设置对照组,其中,对照组1:不改变温度和压强,维持温度为32℃和常压条件下,其余同实施例1;对照组2:不添加CTAB和氯化钠,其余同实施例1;试验组为实施例1。各组别发酵液中谷氨酸产量见表1:
表1
组别 对照组1 对照组2 试验组
谷氨酸产量(g/L) 90.5 98.3 124.6
实施例4
一、压强梯度试验:针对发酵第59-60小时,选择1-6大气压进行测试,其余实验流程同实施例1,具体发酵结果见表2:
表2
大气压强度 1 2 3 4 5 6
谷氨酸产量(g/L) 103.6 115.7 124.6 115.9 104.8 97.9
温度梯度试验:针对发酵第59-60小时,选择33-43℃进行测试,其余实验流程同实施例1,具体发酵结果见表3:
表3
温度℃ 33 35 37 39 41 43
谷氨酸产量(g/L) 99.1 105.8 117.4 124.6 116.2 104.5
结论:适当强度的压强可以提高谷氨酸产量,压强过大时,可能会导致菌株活力降低或者死亡,从而导致产酸量下降;适当提高温度可以增加细胞壁的透过性,从而提高谷氨酸产量,温度过高时,可能会导致菌株活力降低或者死亡,从而导致产酸量下降。
实施例5
CTAB对谷氨酸产量的影响:
设置浓度梯度试验,以实施例1为例,检测了CTAB浓度对产酸量的影响,具体见表4:
表4
浓度μg/ml 1 3 5 7 9
酸产量(g/L) 117.4 124.6 126.3 116.8 105.6
结论:合适浓度的CTAB可以促进谷氨酸的产率,随着浓度增大,谷氨酸产率下降,可能与CTAB产生的细胞毒作用有关。
以上列举的仅是本发明的最佳具体实施例。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 (7)

1.一种利用等电技术制备味精的方法,其包括如下步骤:步骤1)制备谷氨酸发酵液,步骤2)离心、超滤、浓缩,步骤3)等电,步骤4)中和、结晶。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤1)制备谷氨酸发酵液,包括如下步骤:
制备将谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)ATCC 13761种子液以10%的接种量接种到发酵罐,发酵时间为60h;0-58小时,控制温度为32℃,常压,其中,在第50小时,添加十六烷基三甲基溴化铵,在第55小时,添加氯化钠;第59-60小时,控制温度为39-40℃,压强为3-3.5个大气压;发酵过程中,通过自动流加氨水控制pH在4.5;并通过流加葡萄糖溶液将残糖控制在不低于1.0wt%,发酵至60h停止,得谷氨酸发酵液。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述步骤2)离心、超滤、浓缩,包括如下步骤:用高速碟片分离机对谷氨酸发酵液离心处理,收集上层谷氨酸料液;谷氨酸料液经过超滤膜超滤,收集滤过液,然后浓缩成原体积三分之一的浓缩液。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述步骤3)等电,包括如下步骤:往一级等电罐中流加浓缩液,同时加入浓硫酸调节使等电罐中溶液的pH为3.5,温度控制在22℃,经过一级等电点罐的液体再依次经过二级等电点罐,同时加入浓硫酸调pH值,其中,二级等电点罐pH控制3.3,温度10℃;经过二级等电点罐的液体再依次经过三级等电点罐,同时加入浓硫酸调pH值,其中,三级等电点罐pH控制3.2,温度5℃;离心获得谷氨酸晶体。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述步骤4)中和、结晶,包括如下步骤:往谷氨酸晶体中添加五倍重量的质量分数为10%的碳酸钠水溶液溶解中和,中和温度控制62℃,pH值控制在6.5,然后蒸发结晶,离心分离味精。
6.根据权利要求2-5所述的方法,其特征在于,所述十六烷基三甲基溴化铵的添加量为3-5μg/ml。
7.根据权利要求2-5所述的方法,其特征在于,所述氯化钠的添加量为10-20μg/ml。
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