CN107227324A - 一种谷氨酸发酵工艺 - Google Patents

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马倩
张成林
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范晓光
谢希贤
杨梦晨
蔡萌萌
刘子强
刘镇瑜
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Abstract

本发明提供了一种谷氨酸生物素亚适量发酵工艺,利用发酵罐和膜偶联技术在发酵过程进行过滤透析,将发酵液中的谷氨酸及时分离,解除了发酵液中高浓度谷氨酸产生反馈调节;通过采用特定的透析发酵培养基配方进行再次发酵,提高菌体利用效率和糖酸转化率;另外,在发酵一定阶段后进行过滤透析可及时分离发酵液中的有毒害副产物,减小了对菌体产酸抑制;本发明所述发酵工艺通过透析发酵实现了菌体的再发酵技术,延长了谷氨酸发酵产酸周期,提高了菌体利用率,提高了糖酸转化率。

Description

一种谷氨酸发酵工艺
技术领域
本发明涉及谷氨酸生产领域,尤其是一种谷氨酸发酵工艺。
背景技术
L-谷氨酸,化学名称是α-氨基戊二酸,分子式是C5H9NO4,因分子内含有两个羧基,故是酸性氨基酸。在自然界中,L-谷氨酸广泛存在于谷类植物蛋白和动物大脑中。L-谷氨酸等电点pI=3.22,为无色颗粒状、片状或针状晶体,有鲜味,微溶于水。L-谷氨酸下游产品L-谷氨酸-钠盐,也就是日常所说的味精,因为具有鲜味而广泛应用于食品烹饪中。
L-谷氨酸的生产有近150年的生产历史,1866年,首先由德国人H.Riffhausen博士利用硫酸水解法水解面筋制得。1957年,木下首次利用L-谷氨酸棒状杆菌以淀粉、糖蜜为原料进行发酵法生产L-谷氨酸,开创了L-谷氨酸发酵法生产的先河。1957年,国内组织有关高校、科研院所和企事业单位,开始对L-谷氨酸生产菌的选育工作,并在1965年上海天厨味精厂进行了实验,顺利完成发酵法生产味精。
20世纪70、80年代,由甜菜糖蜜发酵生产L-谷氨酸投入生产,产酸率约7%,转化率达50%以上。随着生产工艺和装备的改进,L-谷氨酸发酵技术水平也在提高,如今国内发酵法生产味精的工艺水平也越来越高,有力推动中国味精行业发展。其中利用“亚适量”和“温敏”法发酵的L-谷氨酸产量已分别达到国际领先水平。
2016年中国味精产量达到270万吨,稳居世界第一,并保持每年约10%的增长。另外,L-谷氨酸不仅仅是味精的前体物质,也是很多化工产品的中间体,未来市场空间很大,预计到2020年全球的L-谷氨酸产量可以达到320万吨。
微生物发酵法生产谷氨酸的过程中,为了提高谷氨酸的产量,主要采用优化培养基及添加培养物的方式。然而,采用添加培养物及优化培养基的方式来提高谷氨酸的产量,并不能大幅度提谷氨酸产量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种谷氨酸发酵工艺。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案是:
一种谷氨酸发酵工艺,具体步骤如下:
(1)当发酵罐中谷氨酸的产量达到或超过100g/L时,利用孔径30-50nm的陶瓷膜进行透析过滤,分离后的发酵清液中的谷氨酸采取浓缩连续等电结晶工艺进行提取;
(2)透析后的浓缩菌液打入发酵罐,补加透析发酵培养基后继续发酵;
(3)重复步骤(1)和(2)进行再次发酵,直到菌体产酸速率小于4g/(L·h)时停止发酵。
优选的,上述谷氨酸的发酵工艺,所述步骤(1)中谷氨酸在发酵罐中初始发酵所用的谷氨酸发酵培养基为葡萄糖1.0%,十二水和磷酸氢二钠0.283%,氯化钾0.133%,VB10.233mg/L,硫酸锰2.33mg/L,硫酸亚铁2.33mg/L,七水合硫酸镁0.183%,糖蜜0.11%,豆浓20ml/L,玉米浆40ml/L,其余为自来水。
优选的,上述谷氨酸的发酵工艺,所述透析发酵培养基为磷酸二氢钾0.01%,氯化钾0.1%,VB10.1mg/L,硫酸锰1mg/L,硫酸亚铁1mg/L,七水合硫酸镁0.03%,蛋氨酸1g/L,豆浓3ml/L,其余为自来水。
优选的,上述谷氨酸的发酵工艺,所述步骤(3)中发酵过程流加80%葡萄糖溶液,流加糖速率控制在每小时每升发酵液加入10-15g葡萄糖。
优选的,上述谷氨酸的发酵工艺,所采用的发酵装置包括发酵罐、离心泵和陶瓷膜,所述发酵罐底部取料口与离心泵进料口管路连接,所述离心泵出料口与陶瓷膜底部管路连接,所述陶瓷膜顶部分别与发酵罐入料口和离心泵进料口管路连接,所述离心泵和陶瓷膜之间形成内循环(内循环是指所述离心泵出料口与陶瓷膜底部管路连接,所述陶瓷膜顶部与离心泵进料口管路连接形成的循环)。
优选的,上述谷氨酸的发酵工艺,所述发酵装置中所述陶瓷膜具有耐高温高压特性。
优选的,上述谷氨酸的发酵工艺,所述发酵装置中所述陶瓷膜为孔径为30-50nm的陶瓷管式膜。
优选的,上述谷氨酸的发酵工艺,所采用的发酵装置具体操作过程如下:
(1)对发酵罐利用0.1MPa蒸汽进行连续灭菌处理1.0h,灭菌之后利用无菌空气保持正压;
(2)初始发酵液在发酵罐中进行谷氨酸发酵,待发酵至谷氨酸浓度达到或超过100g/L时,通过离心泵将发酵液打入陶瓷膜进行透析;
(3)透析过程加入初始发酵液体积20%的无菌水利用陶瓷膜进行过滤透析;
(4)把灭菌后并冷却的透析发酵培养基加入发酵罐内,加入量按照浓缩菌液体积的6倍加入发酵罐,继续进行发酵;
(5)重复上述步骤进行再次透析发酵,直到菌体产酸速率小于4g/(L·h)时停止发酵。
优选的,上述发酵装置,所述具体操作过程步骤(3)中透析后浓缩液体积约为发酵液初始体积的15%。
本发明结构有如下有益效果:
上述谷氨酸发酵工艺,与传统工艺相比,利用发酵罐和膜偶联技术在发酵一定阶段后进行过滤透析,将发酵液中的谷氨酸及时分离,解除了菌外高浓度谷氨酸产生的渗透压对菌体分泌谷氨酸的抑制;同时使得菌内积累的高浓度谷氨酸能够及时分泌出去,解除了发酵液中高浓度谷氨酸的反馈调节作用;通过采用特定的培养基配方进行再次发酵,进一步提高了菌体利用效率和糖酸转化率;另外,在发酵一定阶段后进行过滤透析可及时分离发酵液中的有毒害副产物,减小了对菌体产酸抑制;本发明所述发酵工艺通过透析发酵实现了菌体的再利用,延长了谷氨酸发酵产酸周期,提高了菌体利用率,提高了糖酸转化率。
附图说明
图1是本发明所述谷氨酸的发酵工艺结构示意图。
图中:1-发酵罐 2-离心泵 3-陶瓷膜
具体实施方式
为进一步说明本发明,现通过具体实施实例对本发明进行详细阐述。
实施例1
如图1所示,一种发酵装置,包括30L发酵罐1、立式多级离心泵2和陶瓷膜3,所述发酵罐出料口与立式多级离心泵进料口管路连通,所述立式多级离心泵通过管道连接耐高温高压的陶瓷膜底部,所述陶瓷膜顶部分别与发酵罐入料口和立式多级离心泵进料口管路连通,所述立式多级离心泵与陶瓷膜形成内循环,各部件连接完毕之后进行灭菌处理。
实施例2
一种谷氨酸透析发酵工艺,具体步骤如下:
(1)如图1所示,组装发酵装置,结构参见实施例1。
(2)初始发酵液在灭菌后的发酵罐中进行谷氨酸发酵,发酵装置用无菌空气保持正压状态;发酵15h测定谷氨酸产量为106g/L,此时谷氨酸的浓度对菌体继续发酵产酸产生较强的抑制,此时,开启陶瓷膜系统进行发酵液的透析,陶瓷膜过滤面积为0.2m2
(3)透析后的菌体浓缩液返回发酵罐内,初始发酵液体积为16.5L,过滤透析后的滤出液体积为14L,此时往发酵罐内再加入5L无菌水继续进行过滤透析,再次过滤滤出液体积为5L,然后把管道内及陶瓷膜内的浓缩发酵液打入发酵罐中,最后向发酵罐内加入12L透析发酵培养基,继续进行第二次发酵。
(4)发酵过程流加80%的葡萄糖溶液,流加糖速率控制在每小时每升发酵液加入10-15g葡萄糖,发酵每小时监测谷氨酸产量,发酵18h,谷氨酸浓度达到101g/L时,再次进行透析。
(5)透析过滤后,重复(3)和(4)步,进行第三次发酵培养,19h后结束发酵。发酵总产酸4.89kg,单罐产酸比分批发酵提高115.2%,糖酸转化率为69.8%,提高5.3%。
采用一次普通发酵周期为32h,产酸浓度142g/L,糖酸转化率为66.3%。可见,采用透析发酵,谷氨酸的产酸周期延长20h,单罐产量提高115.2%以上,转化率由66.3%提高至69.8%以上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种谷氨酸发酵工艺,其特征在于:具体步骤如下:
(1)当发酵罐中谷氨酸的产量达到或超过100g/L时,利用孔径30-50nm的陶瓷膜进行透析过滤,分离后的发酵清液中的谷氨酸采取浓缩连续等电结晶工艺进行提取;
(2)透析后的浓缩菌液打入发酵罐,补加透析发酵培养基后继续发酵;
(3)重复步骤(1)和(2)进行再次发酵,直到菌体产酸速率小于4g/(L·h)时停止发酵。
2.根据权利要求1所述的谷氨酸的发酵工艺,其特征在于:所述步骤(1)中谷氨酸在发酵罐中初始发酵所用的谷氨酸发酵培养基为葡萄糖1.0%,十二水和磷酸氢二钠0.283%,氯化钾0.133%,VB10.233mg/L,硫酸锰2.33mg/L,硫酸亚铁2.33mg/L,七水合硫酸镁0.183%,糖蜜0.11%,豆浓20ml/L,玉米浆40ml/L,其余为自来水。
3.根据权利要求1所述的谷氨酸的发酵工艺,其特征在于:所述透析发酵培养基为磷酸二氢钾0.01%,氯化钾0.1%,VB10.1mg/L,硫酸锰1mg/L,硫酸亚铁1mg/L,七水合硫酸镁0.03%,蛋氨酸1g/L,豆浓3ml/L,其余为自来水。
4.根据权利要求1所述的谷氨酸的发酵工艺,其特征在于:所述步骤(3)中发酵过程流加80%葡萄糖溶液,流加糖速率控制在每小时每升发酵液加入10-15g葡萄糖。
5.根据权利要求1所述的谷氨酸的发酵工艺,其特征在于:所采用的发酵装置包括发酵罐、离心泵和陶瓷膜,所述发酵罐底部取料口与离心泵进料口管路连接,所述离心泵出料口与陶瓷膜底部管路连接,所述陶瓷膜顶部分别与发酵罐入料口和离心泵进料口管路连接,所述离心泵和陶瓷膜之间形成内循环。
6.根据权利要求5所述的谷氨酸的发酵工艺,其特征在于:所述发酵装置中所述陶瓷膜具有耐高温高压特性。
7.根据权利要求5所述的谷氨酸的发酵工艺,其特征在于:所述发酵装置中所述陶瓷膜为孔径为30-50nm的陶瓷管式膜。
8.根据权利要求5所述的谷氨酸的发酵工艺,其特征在于:所采用的发酵装置具体操作过程如下:
(1)对发酵罐利用0.1MPa蒸汽进行连续灭菌处理1.0h,灭菌之后利用无菌空气保持正压;
(2)初始发酵液在发酵罐中进行谷氨酸发酵,待发酵至谷氨酸浓度达到或超过100g/L时,通过离心泵将发酵液打入陶瓷膜进行透析;
(3)透析过程加入初始发酵液体积20%的无菌水利用陶瓷膜进行过滤透析;
(4)把灭菌后并冷却的透析发酵培养基加入发酵罐内,加入量按照浓缩菌液体积的6倍加入发酵罐,继续进行发酵;
(5)重复上述步骤进行再次透析发酵,直到菌体产酸速率小于4g/(L·h)时停止发酵。
9.根据权利要求8所述的谷氨酸的发酵工艺,其特征在于:所述具体操作过程步骤(3)中透析后浓缩液体积约为发酵液初始体积的15%。
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