CN107937452A - 一种l‑色氨酸的发酵生产工艺 - Google Patents

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陈宁
刘子强
李燕军
范晓光
谢希贤
徐达
张成林
马倩
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Abstract

本发明提供了一种L‑色氨酸的发酵生产工艺，在发酵中期时将同时进行发酵的两个发酵罐内各三分之一发酵液分配到另一个经过灭菌消毒的空罐中，之后三罐同时继续发酵，并且在分罐发酵后三罐均采用质量分数为40％的糖溶液继续进行流加发酵。该方法有效解决了发酵中后期乙酸积累过多对L‑色氨酸生产的抑制问题，提高了糖酸转化率。解决了因流加浓糖造成副产物乙酸产量过多的问题和后期因装填系数过高而提前排液导致转化率低的问题，还将质量分数为68％的浓糖改为40％稀糖，降低了糖浓缩的成本同时保证了糖液的质量，既节省了成本，又提高了糖和原料的利用率。

Description

一种L-色氨酸的发酵生产工艺
技术领域
本发明涉及L-色氨酸生产领域，尤其是一种L-色氨酸的发酵生产工艺。
背景技术
色氨酸作为八种必需氨基酸之一已经广泛的被社会各行业所接受，无论在食品添加剂、饲料还是医药方面都有很广泛的应用。利用微生物发酵的方法获取色氨酸也已经成为色氨酸产业主要的生产方式，虽然微生物发酵色氨酸产量高、效益好，但是在生产工艺方面仍然存在一些问题，其中原料利用率低、菌体活力浪费和发酵后期乙酸浓度过高等问题就制约了色氨酸产量和糖酸转化率的进一步提升。
在工业生产中利用微生物发酵法生产色氨酸时，采用淀粉糖作为主要碳源，通过双酶法水解获得的淀粉糖浓度较低，通常通过蒸发浓缩稀糖，而淀粉糖在高温条件下颜色会变深，会使培养基的碳源质量降低，不仅影响菌体利用，降低转化率，还对下游提取带来困难，因此目前色氨酸的平均糖酸转化率仅仅在18％左右，有待进一步提高糖酸转化率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种L-色氨酸的发酵生产工艺。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种L-色氨酸的发酵生产工艺，步骤如下：
(1)将菌种扩培接到种子罐中进行种子培养，培养时间为10±2h，在此期间将并联设置的两个发酵罐空消，灭菌条件为120℃、20min，再加入液体培养基实消，灭菌条件为115℃、15min；
(2)待菌液菌体浓度OD600≥10后接入已实消好的所述两个发酵罐中开始发酵，其中接菌量为10％，这时需要将第三个发酵罐进行空消，在温度还未下降时通入无菌空气，保持该发酵罐处于正压状态；
(3)当发酵中期装填系数超过发酵罐容积的80％后，将两个并联发酵罐中三分之一料液经过无菌管道利用压力差打入第三个灭菌的空的发酵罐中完成分罐操作，三个发酵罐所流加的糖浓度均采用40％的稀糖继续发酵至反应完成。
优选的，上述L-色氨酸的发酵生产工艺，所用菌种为L-色氨酸工程菌Escherichiacoli TRTH。
优选的，上述L-色氨酸的发酵生产工艺，所述斜面培养基成分为(g/L)蛋白胨0.1、酵母粉0.05、牛肉膏0.1、氯化钠0.025、琼脂0.25、麦芽糖0.05；所述发酵培养基成分为(g/L)葡萄糖10、酵母粉2、一水合柠檬酸2、硫酸铵1.6、磷酸氢二钾7.5、七水合硫酸镁2、七水合硫酸亚铁0.075、维生素B族混合物0.1ml/L、微量元素混合物1ml/L。
优选的，上述L-色氨酸的发酵生产工艺，所述维生素B族混合物含维生素B1、B3、B5、B7、B12各2mg/ml。
优选的，上述L-色氨酸的发酵生产工艺，所述微量元素混合物中成分及比例按g/L计：钼酸铵0.28，硼酸5，CoCl2·6H2O 1.4，MnSO4·H2O 0.5，CuSO4·7H2O 0.5，ZnSO4·H2O0.6，Na2SO4 5。
优选的，上述L-色氨酸的发酵生产工艺，所述分罐操作全程均采用40％的稀糖流加控糖发酵。
本发明结构有如下有益效果：
上述L-色氨酸的发酵生产工艺，有效解决了发酵中期中途放料所造成的菌种活力浪费和菌体对培养基和碳源利用不足、发酵中后期乙酸浓度过高造成的对菌体活力的抑制以及糖浓度过高和糖质量低造成的菌体对糖利用率低和糖酸转化率低等问题，糖酸转化率由18.0％提高至19.8％，提高了10.0％以上。
与现有工艺相比，本发明的方法具有以下几个特点：
1.采用分罐发酵，这样做一方面可以最大程度的利用有活力的菌体，提高菌体利用率，另一方面也提高了设备利用率；
2.采用稀糖流加控糖的方式，采用稀糖流加，有利于糖液在发酵罐内分散均匀，减少工业糖浓缩的成本；有利于糖与菌液均匀地混合，提高菌体对糖的利用率，和总的糖酸转化率，在分罐之后稀糖可以有效的稀释菌体产生的副产物乙酸的浓度，减轻乙酸的抑制作用；
3工艺流程操作简便。
附图说明
图1是本发明所述L-色氨酸的发酵生产工艺中分罐发酵工艺流程示意图。
具体实施方式
为进一步说明本发明，现配合附图进行详细阐述：
所用培养基如下：
斜面培养基，成分为(g/L)蛋白胨0.1、酵母粉0.05、牛肉膏0.1、氯化钠0.025、琼脂0.25、麦芽糖0.05；
发酵培养基，成分为(g/L)葡萄糖10、酵母粉2、一水合柠檬酸2、硫酸铵1.6、磷酸氢二钾7.5、七水合硫酸镁2、七水合硫酸亚铁0.075、维生素B族混合物0.1ml/L、微量元素混合物1ml/L，其中，维生素B族混合物含维生素B1、B3、B5、B7、B12各2mg/ml，微量元素混合物成分及比例按g/L计：钼酸铵0.28，硼酸5，CoCl2·6H2O 1.4，MnSO4·H2O 0.5，CuSO4·7H2O 0.5，ZnSO4·H2O 0.6，Na2SO4 5。
实施例1
如图1所示，一种L-色氨酸的发酵生产工艺，发酵罐A和发酵罐B并联放置，并分别与一级种子罐、发酵罐C连通，一级种子罐和发酵罐C分设于发酵罐A和发酵罐B两侧，步骤如下：
a发酵前期仍采用现有发酵方法进行发酵，将斜面培养基试管中的菌为L-色氨酸工程菌Escherichia coli TRTH，由天津科技大学工业微生物菌种保藏室提供，见参考文献QianL,ChengY,XieX,etal.Modification of tryptophan transport system and itsimpact on production of l-tryptophan in Escherichia coli[J].BioresourceTechnology,2012,114(2):549.)接种至5L发酵罐中，定容3L进行一级种子罐发酵，发酵时间为10h，菌液OD600值为11.36，按照发酵液10％比例接入经115℃、15min在位实消好的30L发酵罐A和发酵罐B中，开始发酵。
b两罐发酵过程采用40％的稀糖流加控糖发酵，糖流加速率保持在10-11.5g/L·h之间，每两小时取样测参数。发酵前期时将30L发酵罐C进行121℃、20min在位空消灭菌，完成后立即通入无菌空气，保证发酵罐的正压，准备分罐。
c发酵至20h时，发酵罐A停转停风后测量发酵液体积为23.6L，发酵罐B停转停风后测量发酵液体积为23.2L；取样测酸产量，开始分罐。打开两罐之间无菌通道，利用压力差分别快速将发酵罐A和发酵罐B中的三分之一料液依次打入发酵罐C中，关闭无菌通道；三个罐同时采用体积分数为40％的稀糖继续流加发酵，控糖流加速率仍保持在10-11.5g/L·h。
发酵罐A、B和C发酵至32h时发酵结束，发酵罐A共收集发酵液21.3L，产酸42.6g/L。发酵罐B共收集发酵液24.2L，产酸44.9g/L。发酵罐C共收集发酵液24.5L,产酸43.9g/L；三个发酵罐色氨酸发酵糖酸转化率平均为19.8％，较比于现有技术中单批次单罐发酵转化率提高10.0％以上。
可见，本发明在发酵中期时将同时进行发酵的两个发酵罐内各三分之一发酵液分配到另一个经过灭菌消毒的空罐中，之后三罐同时继续发酵，采用质量分数为40％的糖溶液流加控糖发酵。该方法有效解决了发酵中后期乙酸积累过多对L-色氨酸生产的抑制问题，提高了糖酸转化率。解决了后期因装填系数过高而提前排液导致转化率低的问题，通过采用40％稀糖流加发酵，降低了糖浓缩的成本同时保证了糖液的质量，既节省了成本，又提高了糖的利用率，另外还提高了原料的使用率。
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 (6)

1.一种L-色氨酸的发酵生产工艺，其特征在于：步骤如下：
(1)将菌种扩培接到种子罐中进行种子培养，培养时间为10±2h，在此期间将并联设置的两个发酵罐空消，灭菌条件为120℃、20min，再加入液体培养基实消，灭菌条件为115℃、15min；
(2)待菌液菌体浓度OD600≥10后接入已实消好的所述两个发酵罐中开始发酵，其中接菌量为10％，这时需要将第三个发酵罐进行空消，在温度还未下降时通入无菌空气，保持该发酵罐处于正压状态；
(3)当发酵中期装填系数超过发酵罐容积的80％后，将两个并联发酵罐中三分之一料液经过无菌管道利用压力差打入第三个灭菌的空的发酵罐中完成分罐操作，三个发酵罐所流加的糖浓度均采用40％的稀糖继续发酵至结束。
2.根据权利要求1所述的L-色氨酸的发酵生产工艺，其特征在于：所用菌种为L-色氨酸工程菌Escherichia coli TRTH。
3.根据权利要求1所述的L-色氨酸的发酵生产工艺，其特征在于：所述斜面培养基成分为(g/L)蛋白胨0.1、酵母粉0.05、牛肉膏0.1、氯化钠0.025、琼脂0.25、麦芽糖0.05；所述发酵培养基成分为(g/L)葡萄糖10、酵母粉2、一水合柠檬酸2、硫酸铵1.6、磷酸氢二钾7.5、七水合硫酸镁2、七水合硫酸亚铁0.075、维生素B族混合物0.1ml/L、微量元素混合物1ml/L。
4.根据权利要求3所述的L-色氨酸的发酵生产工艺，其特征在于：所述维生素B族混合物含维生素B1、B3、B5、B7、B12各2mg/ml。
5.根据权利要求3所述的L-色氨酸的发酵生产工艺，其特征在于：所述微量元素混合物中成分及比例按g/L计：钼酸铵0.28，硼酸5，CoCl2·6H2O 1.4，MnSO4·H2O 0.5，CuSO4·7H2O0.5，ZnSO4·H2O 0.6，Na2SO4 5。
6.根据权利要求1所述的L-色氨酸的发酵生产工艺，其特征在于：所述分罐操作全程均采用40％的稀糖流加控糖发酵。
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