CN107267564B - 一种ε-聚赖氨酸的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种ε‑聚赖氨酸的生产方法，以北里孢菌为菌种，经种子培养和发酵培养；其中发酵培养基中含有铁源。本发明所述聚赖氨酸的生产方法可缩短发酵周期，提高工业化效率，提高收率，降低成本。

Description

一种ε-聚赖氨酸的生产方法

技术领域

本发明涉及一种ε-聚赖氨酸的生产方法，属于微生物发酵技术领域。

背景技术

ε-聚赖氨酸是由25到30个人体必需氨基酸聚赖氨酸单体组成的多肽。聚赖氨酸是由一个赖氨酸单体的α-羟基和一个赖氨酸单体的ε-氨基脱水缩合形成肽键。ε-聚赖氨酸具有良好的热稳定性，经过高温处理的ε-聚赖氨酸仍具有抗菌性；抗菌谱广，能抑制革兰氏阳性菌，革兰氏阴性菌和一部分病原体的生长繁殖；易溶于水；分解产物为赖氨酸，是人体必需氨基酸之一，具有良好的安全性。

ε-聚赖氨酸工业化生产采取发酵法。通过放线菌，如白色链霉菌或北里孢菌好氧发酵得到ε-聚赖氨酸发酵液，再通过进一步的分离，提纯，浓缩和干燥，得到ε-聚赖氨酸或ε-聚赖氨酸盐酸盐。现有工业化发酵工艺虽然经过多年的改良，但发酵周期仍然很长，影响了工业化生产的效率，同时增加了成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种ε-聚赖氨酸的生产方法，可缩短发酵周期，提高工业化效率，提高收率，降低成本。

本发明采用的具体方案如下。

一种ε-聚赖氨酸的生产方法，是以北里孢菌为菌种，经种子培养和发酵培养；其中发酵培养基中含有铁源。

所述铁源选自FeSO₄或者硅藻土，优选硅藻土。硅藻土中含有铁离子，可促进发酵；且发酵完成后，还可利用硅藻土的吸附作用提高过滤效率。

所述发酵培养基中铁离子浓度需大于30μg/mL。当所述铁源为硅藻土时，除发酵培养基中铁离子浓度大于30μg/mL外，硅藻土浓度不得大于5％。

为了保证发酵效果，发酵期间需实时监控发酵培养基中铁离子浓度，确保其始终大于30μg/mL，但不得超过84μg/mL，必要时可补充铁离子。铁离子的补充优选添加FeSO₄，添加浓度为0.1-2mM/L。

所述种子培养的种子培养基可为本领域技术人员所掌握的常规种子培养基；本发明优选种子培养基的配方如下：葡萄糖15g/L，(NH₄)₂SO₄ 5g/L，酵母膏5g/L，Na₂HPO₄·12H₂O1g/L，MgSO₄·7H₂O 0.5g/L。

所述种子培养的条件为：25-30℃，使用1mol/L氨水或NaOH控制pH值在5.5-6.0，通气量4-5L/min，培养24h。

所述发酵培养使用的发酵培养基是在本领域技术人员所掌握的常规发酵培养基配方基础上添加铁源，本发明中优选发酵培养基配方如下：葡萄糖60g/L，(NH₄)₂SO₄ 10g/L，Na₂HPO₄·12H₂O 2.5g/L，MgSO₄·7H₂O 0.15g/L，硅藻土10g/L。

所述发酵培养的条件为：25-30℃，使用1mol/L氨水或NaOH控制pH值在3.8-4.5，通气量4-5L/min，培养108h。

本发明中，所得发酵液再经过滤，碱化，树脂层析分离，洗脱，脱色，浓缩脱盐，干燥，得到高品质ε-聚赖氨酸。

其中，所述过滤为板框过滤，并加入氢氧化钠调节pH值为弱碱性，优选pH＝9。

所述树脂为阳离子交换树脂。

所述洗脱选取稀盐酸。

所述脱色选取活性炭。

所述浓缩脱盐选取纳滤的方式。

所述干燥为喷雾干燥或冻干干燥。

作为本发明优选实施方式，所述ε-聚赖氨酸的生产方法包括如下步骤：

1)以北里孢菌为菌种，进行种子培养；

2)发酵培养；其中，发酵培养基中含有铁源，并在发酵培养过程中，始终保持发酵培养基中铁离子浓度大于30μg/mL；

3)将所得发酵液过滤，碱化，树脂层析分离，洗脱，脱色，浓缩脱盐，干燥。

本发明的有益效果如下：

本发明在对ε-聚赖氨酸生产的长期研究中意外发现，铁离子浓度能达到30μg/mL以上时，能加速北里孢菌的发酵进程，缩短生产时间。但随着发酵罐长期使用，罐内的铁离子浓度会逐渐降低，因此有必要实时监控培养基中铁离子浓度。在铁源的选择上优选硅藻土，因为硅藻土直接添加到发酵罐中参与发酵，硅藻土中含有铁离子，促进发酵，并且发酵完成后，硅藻土的吸附作用能提高过滤效率。同时也可直接添加FeSO₄提高铁离子浓度。本发明通过在北里孢菌发酵培养基中添加铁离子，能平均缩短发酵时间1到2天，也能提高第一步过滤发酵液的效率。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1 一种ε-聚赖氨酸的生产方法

本实施例提供一种ε-聚赖氨酸的生产方法，具体操作步骤为：

1)ε-聚赖氨酸发酵液制备：

A、种子培养：先将种子罐空消，将除碳源外的种子培养基(NH₄)₂SO₄，酵母膏，Na₂HPO₄·12H₂O，MgSO₄·7H₂O加入种子罐中，再对种子罐进行实消，待降温后加入葡萄糖，调节温度在25-30℃，使用1mol/L氨水或NaOH控制pH值在5.5-6.0，通气量4L/min，加入菌种，培养24h，得到种子培养液；

种子培养基的配方如下：葡萄糖15g/L，(NH₄)₂SO₄ 5g/L，酵母膏5g/L，Na₂HPO₄·12H₂O 1g/L，MgSO₄·7H₂O 0.5g/L。

B、发酵培养：先将发酵罐罐空消，将除碳源外的发酵培养基(NH₄)₂SO₄，Na₂HPO₄·12H₂O，MgSO₄·7H₂O，硅藻土加入发酵罐中，再对发酵罐进行实消，待降温后加入葡萄糖，调节温度在25-30℃，使用1mol/L氨水或NaOH控制pH值在3.8-4.5，通气量4L/min，加入种子培养液，培养108h；

发酵培养基配方如下：葡萄糖60g/L，(NH₄)₂SO₄ 10g/L，Na₂HPO₄·12H₂O 2.5g/L，MgSO₄·7H₂O 0.15g/L，硅藻土10g/L。

2)取上述发酵液进行板框过滤，过滤发酵液的效率为81％，碱化，经过树脂柱吸附至饱和，用纯化水洗至澄清，后用0.2mol/L的稀HCl溶液洗脱饱和的树脂柱，所得溶液加入活性炭加热进行脱色。调节脱色后的发酵液pH至9，加入纳滤罐中浓缩，将浓缩液加入喷雾干燥器中进行喷雾干燥，得到淡黄色粉末。

实施例2 一种ε-聚赖氨酸的生产方法

本实施例提供一种ε-聚赖氨酸的生产方法，同实施例1所述方法，区别在于，将实施例1中硅藻土替换为FeSO₄，控制发酵培养基中铁离子浓度与实施例1中铁离子浓度相同。

对比例1

一种ε-聚赖氨酸的生产方法，采用与实施例1相同的种子培养基、种子培养条件；与实施例1的区别在于：

发酵培养基配方如下：葡萄糖60g/L，(NH₄)₂SO₄ 10g/L，Na₂HPO₄·12H₂O 2.5g/L，MgSO₄·7H₂O 0.15g/L。无铁源。

发酵培养条件：温度在25-30℃，使用1mol/L氨水或NaOH控制pH值在3.8-4.5，通气量4L/min；

经检测，当发酵液中ε-聚赖氨酸的含量与实施例1相当时，发酵培养时间需花费156h(多出48h)。

对所得发酵液按照实施例1步骤2)所述操作处理，其中过滤发酵液的效率为76％。

由此可见，采用本发明所述的ε-聚赖氨的生产方法可明显缩短发酵时间，也能提高第一步过滤发酵液的效率。

对比例2

一种ε-聚赖氨酸的生产方法，采用与实施例1相同的种子培养基、种子培养条件；与实施例1的区别在于：发酵培养基中铁离子浓度始终保持在25μg/mL，由于发酵液中铁离子浓度不足，导致发酵时间远超过48h。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种ε-聚赖氨酸的生产方法，其特征在于，以北里孢菌为菌种，经种子培养和发酵培养；其中发酵培养基中含有铁源；

所述发酵培养基配方如下：葡萄糖60g/L，(NH₄)₂SO₄ 10g/L，Na₂HPO₄·12H₂O 2.5g/L，MgSO₄·7H₂O 0.15g/L，硅藻土10g/L；

所述发酵培养的条件为：25-30℃，pH值在3.8-4.5，通气量4-5L/min。

2.根据权利要求1所述的ε-聚赖氨酸的生产方法，其特征在于，所述种子培养基的配方如下：葡萄糖15g/L，(NH₄)₂SO₄ 5g/L，酵母膏5g/L，Na₂HPO₄·12H₂O 1g/L，MgSO₄·7H₂O 0.5g/L。

3.根据权利要求1所述的ε-聚赖氨酸的生产方法，其特征在于，所述种子培养的条件为：25-30℃，pH值在5.5-6.0，通气量4-5L/min。

4.根据权利要求1所述的ε-聚赖氨酸的生产方法，其特征在于，所得发酵液经过滤，碱化，树脂层析分离，洗脱，脱色，浓缩脱盐，干燥。