CN107760726A - 一种多微生物分步发酵高效制备甘露糖酸的方法 - Google Patents

一种多微生物分步发酵高效制备甘露糖酸的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107760726A
CN107760726A CN201710767265.8A CN201710767265A CN107760726A CN 107760726 A CN107760726 A CN 107760726A CN 201710767265 A CN201710767265 A CN 201710767265A CN 107760726 A CN107760726 A CN 107760726A
Authority
CN
China
Prior art keywords
glucose
acid
mannonic acid
mannonic
fermentation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710767265.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107760726B (zh
Inventor
徐勇
周鑫
刘鑫露
勇强
朱均均
俞娟
李鑫
余世袁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Forestry University
Original Assignee
Nanjing Forestry University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Forestry University filed Critical Nanjing Forestry University
Priority to CN201710767265.8A priority Critical patent/CN107760726B/zh
Publication of CN107760726A publication Critical patent/CN107760726A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107760726B publication Critical patent/CN107760726B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
    • C12P7/065—Ethanol, i.e. non-beverage with microorganisms other than yeasts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C12P7/58—Aldonic, ketoaldonic or saccharic acids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Landscapes

  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

本发明公开了一种多微生物分步发酵高效制备甘露糖酸的方法，主要特征：在包含40～50g/L甘露糖和23～28g/L葡萄糖的魔芋稀酸水解液体系中，首先以休哈塔假丝酵母或酿酒酵母选择性地转化原料水解液中的葡萄糖至乙醇。当葡萄糖浓度低于3g/L及时终止反应并分离发酵液与酵母细胞，于上述已分离出的发酵液引入氧化葡萄糖酸杆菌在好氧条件下进行生物转化。其中，葡萄糖发酵产物乙醇能有效抑制后续的氧化葡萄糖酸杆菌对其自身发酵产物甘露糖酸的分解代谢，进而有效提高甘露糖酸的产品得率。采用本方法，葡萄糖发酵阶段产物乙醇不脱除，后续甘露糖酸得率超过74％，产品质量体积浓度可超过3％。

Description

一种多微生物分步发酵高效制备甘露糖酸的方法
一、技术领域
本发明涉及生物工程和化学工程领域，特别涉及一种多微生物分步发酵高效制备甘露糖酸的方法。
二、背景技术
有机酸类是全球仅次于抗生素和氨基酸排行第三的发酵产品，市场空间巨大。其中，糖酸可由植物原料中的糖类组分经生物转化制取并广泛应用于食品、医药和饲料等行业，用作酸味剂、水泥减水剂、泥浆分散剂、玻璃清洗剂、冶金除锈剂、金属离子螯合剂以及生物基平台化合物。与传统的葡萄糖酸相比，甘露糖酸(盐)作为一种新兴的己糖酸具有其自身独特的加工与应用性能，其用途正在被不断发掘和拓展。
甘露糖酸可由甘露糖经氧化制得。魔芋淀粉富含葡萄糖甘露聚糖(以下简称“葡甘聚糖”)，是目前一种理想的甘露糖酸生产原料。魔芋葡甘露聚糖中同时含有葡萄糖和甘露糖基(比例1：1.6)，经稀酸或者酶催化水解可生成葡萄糖和甘露糖混合糖液，再经微生物细胞催化或发酵可生成葡萄糖酸和甘露糖酸。当前，包括氧化葡萄糖酸杆菌株(Gluconobacter oxydans)等微生物菌株对葡萄糖和甘露糖两种糖组分催化产酸转化的性能十分相近，而所生成的葡萄糖(盐)与甘露糖酸(盐)的化工分离特征亦相似。因此，基于现有的技术和工艺，由魔芋等原料制备获得高纯度的甘露糖酸(盐)较为困难。
三、发明内容
发明目的：针对当前甘露糖酸生产技术的瓶颈，本发明的目的以富含甘露糖的植物原料，经酸水解制取单糖混合液，然后采用酵母选择性发酵脱除葡萄糖、氧化葡萄糖酸杆菌发酵甘露糖制取甘露糖酸的多微生物分步发酵方法以实现高效制取甘露糖酸产品的目的。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种多微生物分步发酵高效制备甘露糖酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)魔芋原料经过研磨后经的稀盐酸水解预处理，通过固液分离得到稀酸水解液其中包含大量的甘露糖和葡萄糖组分。
(2)稀酸水解液经中和处理后接入酿酒酵母(Saccharomyces cereiviase)或休哈塔假丝酵母(Candida shehatae)厌氧发酵生产生物乙醇。利用葡萄糖代谢阻遏抑制效应，葡萄糖被优先利用转化为乙醇，实时监测葡萄糖含量变化。当葡萄糖含量低于3g/L，则人工终止反应确保甘露糖被最大限度的保留。
(3)在步骤(2)葡萄糖已被代谢的基础上，通过离心或超滤法分离酵母细胞，发酵液转入下一阶段生物转化。在上述过程中的发酵液体系中接入氧化葡萄糖酸杆菌(Gluconobacter oxydans)在好氧条件下催化转化制备甘露糖酸(盐)。其中葡萄糖发酵产生的乙醇对氧化葡萄糖杆菌的发酵性能存在明显抑制作用但对甘露糖酸 (盐)的得率有明显提升作用，未脱除乙醇发酵液甘露糖酸(盐)得率在70％以上。
所述的一种多微生物分步发酵高效制备甘露糖酸的方法，其特征在于：所述的中和处理，其中，中和剂为含有钙、钾、钠的碱性物质。水解液中和后的pH值范围为 6.5～7.0。
所述葡萄糖发酵的菌种为酿酒酵母(Saccharomyces cereiviase)或休哈塔假丝酵母(Candida shehatae)或以它为宿主菌的基因重组菌株或其它遗传改良菌株。
所述的一种多微生物分步发酵高效制备甘露糖酸的方法，其特征在于：所述的甘露糖氧化菌株为氧化葡萄糖酸杆菌(Gluconobacter oxydans)或以它为宿主菌的基因重组菌株或其它遗传改良菌株。
所述的一种多微生物分步发酵高效制备甘露糖酸的方法，其特征在于：所述的葡萄糖、甘露糖、葡萄糖酸、甘露糖酸的定性和定量测定采用高效液相离子交换色谱法(CN201210012963.4)。
有益效果：本发明利用不同微生物对葡萄糖和甘露糖生物利用与转化性能的差异，采用多微生物分步发酵方法，首先利用酵母细胞选择性地转化和消除植物原料水解液中的葡萄糖杂质，然后利用葡萄糖发酵产物乙醇有效抑制后续的氧化葡萄糖酸杆菌对其自身发酵产物甘露糖酸的分解代谢，进而有效提高甘露糖酸的产品得率和纯度，为植物资源高效生物转化生产新兴甘露糖酸产品提供了新方法和新技术。
四、附图说明
图1是以魔芋为原料，经稀盐酸水解后采取微生物分步发酵高效制备甘露糖酸的工艺流程示意图。
五、具体实施方式
实施案例1
在250ml三角摇瓶体系中，加入50g/L甘露糖及30g/L葡萄糖溶液50mL。首先接入酿酒酵母至细胞浓度2g/L(干基)置于恒温反应器，170rpm，30℃进行厌氧乙醇发酵，反应16h葡萄糖浓度低于3g/L甘露糖剩余44.5g/L终止乙醇发酵反应。采用离心分离法，在6000rpm条件下离心10min使得酿酒酵母充分沉降。分离得到的包含大量甘露糖的乙醇发酵液接入氧化葡萄糖酸杆菌至细胞浓度8g/L(干基)，置于恒温反应器，220rpm，30℃进行全细胞催化。添加10g/L碳酸钙维持催化体系的pH 值在4.5～6.0左右。反应直至甘露糖消耗完全时停止反应获得甘露糖酸产品液。产品中甘露糖酸的浓度达到35.8g/L，甘露糖的利用率达到100％，甘露糖酸的得率超过 74％。
实施案例2
将1000g(干基)魔芋经机械研磨至粉末，转入15L不锈钢蒸煮釜，加入1.25％稀盐酸，固液比(1：10，w/v)充分浸渍。采用电夹套加热至120℃，反应60分钟后过滤得稀盐酸酸水解液，其中包含44.2g/L甘露糖及25.9g/L葡萄糖。稀酸水解液经氢氧化钙中和至pH值6.5后转入15L机械搅拌反应器。加入休哈塔假丝酵母至细胞浓度2g/L(干基)。控制反应温度28～30℃和机械搅拌速率300r/min，以高效液相色谱监水解液中的葡萄糖及甘露糖浓度并甘露糖的回收率。反应至12h酸水解液中葡萄糖的浓度低于2g/L，甘露糖回收率为94.1％。之后采取超滤法分离酵母并回收发酵液继续转入15L机械搅拌反应器。再加入80g碳酸钙粉末，接入活化后的氧化葡萄糖杆菌至细胞浓度8g/L(干基)，调整机械搅拌速率为400r/min和反应温度 28～30℃，发酵24h得乙醇发酵液，其中甘露糖浓度低于2g/L，甘露糖酸浓度为30.9 g/L，甘露糖酸得率达到71.2％，累计可以得到甘露糖酸约310g(干基)。

Claims (5)

1.一种多微生物分步发酵高效制备甘露糖酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)魔芋原料经过研磨后经的稀盐酸水解预处理，通过固液分离得到稀酸水解液其中包含大量的甘露糖和葡萄糖组分。
(2)稀酸水解液经中和处理后接入酿酒酵母(Saccharomyces cereiviase)或休哈塔假丝酵母(Candida shehatae)厌氧发酵生产生物乙醇。利用葡萄糖代谢阻遏抑制效应，葡萄糖被优先利用转化为乙醇，实时监测葡萄糖含量变化。当葡萄糖含量低于3g/L，则人工终止反应确保甘露糖被最大限度的保留。
(3)在步骤(2)葡萄糖已被代谢的基础上，通过离心或超滤法分离酵母细胞，发酵液转入下一阶段生物转化。在上述过程中的发酵液体系中接入氧化葡萄糖酸杆菌(Gluconobacter oxydans)在好氧条件下催化转化制备甘露糖酸(盐)。其中葡萄糖发酵产生的乙醇对氧化葡萄糖杆菌的发酵性能存在明显抑制作用但对甘露糖酸(盐)的得率有明显提升作用，未脱除乙醇发酵液甘露糖酸(盐)得率在70％以上。
2.根据权利要求1所述的一种多微生物分步发酵高效制备甘露糖酸的方法，其特征在于：所述的中和处理，其中，中和剂为含有钙、钾、钠的碱性物质。水解液中和后的pH值范围为6.5～7.0。
3.根据权利要求1所述的一种多微生物分步发酵高效制备甘露糖酸的方法，其特征在于：所述葡萄糖发酵的菌种为酿酒酵母(Saccharomyces cereiviase)或休哈塔假丝酵母(Candida shehatae)或以它为宿主菌的基因重组菌株或其它遗传改良菌株。
4.根据权利要求1所述的一种多微生物分步发酵高效制备甘露糖酸的方法，其特征在于：所述的甘露糖氧化菌株为氧化葡萄糖酸杆菌(Gluconobacter oxydans)或以它为宿主菌的基因重组菌株或其它遗传改良菌株。
5.根据权利要求1所述的一种多微生物分步发酵高效制备甘露糖酸的方法，其特征在于：乙醇浓度测定采用高效液相色谱法(CN 200910264392.1)，多种糖及糖酸浓度测定采用高效液相离子交换色谱法(CN 201210012963.4)。
CN201710767265.8A 2017-08-24 2017-08-24 一种多微生物分步发酵高效制备甘露糖酸的方法 Active CN107760726B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710767265.8A CN107760726B (zh) 2017-08-24 2017-08-24 一种多微生物分步发酵高效制备甘露糖酸的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710767265.8A CN107760726B (zh) 2017-08-24 2017-08-24 一种多微生物分步发酵高效制备甘露糖酸的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107760726A true CN107760726A (zh) 2018-03-06
CN107760726B CN107760726B (zh) 2020-10-30

Family

ID=61265298

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710767265.8A Active CN107760726B (zh) 2017-08-24 2017-08-24 一种多微生物分步发酵高效制备甘露糖酸的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107760726B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111139211A (zh) * 2018-11-05 2020-05-12 华东理工大学 一株高效利用非葡萄糖碳源的氧化葡糖杆菌适应性进化方法及其应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103627735A (zh) * 2013-11-28 2014-03-12 南京林业大学 一种纤维素燃料乙醇联产多种糖酸的方法
CN105087688A (zh) * 2014-05-07 2015-11-25 中国科学院大连化学物理研究所 一种微生物油脂的生产方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103627735A (zh) * 2013-11-28 2014-03-12 南京林业大学 一种纤维素燃料乙醇联产多种糖酸的方法
CN105087688A (zh) * 2014-05-07 2015-11-25 中国科学院大连化学物理研究所 一种微生物油脂的生产方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王荥等: "全细胞催化制备单糖酸及其鉴定", 《林产化学与工业》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111139211A (zh) * 2018-11-05 2020-05-12 华东理工大学 一株高效利用非葡萄糖碳源的氧化葡糖杆菌适应性进化方法及其应用
CN111139211B (zh) * 2018-11-05 2022-11-18 山西合成生物研究院有限公司 一株高效利用非葡萄糖碳源的氧化葡糖杆菌适应性进化方法及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN107760726B (zh) 2020-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Brethauer et al. Continuous hydrolysis and fermentation for cellulosic ethanol production
Pipyn et al. Lactate and ethanol as intermediates in two‐phase anaerobic digestion
Ballesteros et al. Selection of thermotolerant yeasts for simultaneous saccharification and fermentation (SSF) of cellulose to ethanol
CA2783142C (en) In situ detoxification of fermentation inhibitors with reducing agents
US8268600B2 (en) Strain and a novel process for ethanol production from lignocellulosic biomass at high temperature
Linko et al. Continuous ethanol production by immobilized yeast reactor
CA2697073A1 (en) Method for the production of a fermentation product from a pretreated lignocellulosic feedstock
NZ263730A (en) Production of sugars from (hemi)cellulosic materials by strong acid hydrolysis, and subsequent separation and fermentation
JPH0260317B2 (zh)
JP2005523689A (ja) 炭素基質からエタノールを生成する方法
CN103627735A (zh) 一种纤维素燃料乙醇联产多种糖酸的方法
CN109207373B (zh) 一株高产柠檬酸的微生物菌株及其发酵淀粉糖质生产柠檬酸的方法
Rafiqul et al. Bioproduction of xylitol by enzyme technology and future prospects
Hou et al. Cascade hydrolysis and fermentation of corn stover for production of high titer gluconic and xylonic acids
Barron et al. Studies on the use of a thermotolerant strain of Kluyveromyces marxianus in simultaneous saccharification and ethanol formation from cellulose
CN101649331A (zh) 一种醋糟的综合处理方法
CN110981099A (zh) 一种沼液、酒糟清液资源化处理并回用生产乙醇的方法
Domínguez et al. Xylitol production from wood hydrolyzates by entrapped Debaryomyces hansenii and Candida guilliermondii cells
CN103627740B (zh) 一种微生物细胞转化法生产2-酮基-d-葡萄糖酸的方法
CN103382489A (zh) 一种清液发酵生产酒精的方法
JP5091523B2 (ja) アルコール生産方法
CN107760726A (zh) 一种多微生物分步发酵高效制备甘露糖酸的方法
WO2014033476A2 (en) Hydrolysis and fermentation process
CN111394397A (zh) 一种利用餐厨垃圾发酵生产己酸的方法
EP3041943B1 (en) A process for microbial fermentation of sugary substrates (wort) by using hydrogen

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant