CN108913738A - 一种基于溶氧调控的提高维生素b12产量的方法 - Google Patents

一种基于溶氧调控的提高维生素b12产量的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于生物发酵技术领域，公开一种基于溶氧调控的提高维生素B12产量的方法：1）在适合发酵的条件下，培养维生素B12的生产菌株，培养基为：蔗糖70～85g/L、玉米浆45～60g/L、磷酸二氢钾0.4～0.7g/L、氯化钴0.06～0.08g/L、甜菜碱10～20g/L、精氨酸0.0005～0.002g/L和硫胺素0.00005～0.0003g/L；发酵前期搅拌速率控制在250‑400rpm，通气速率1.2‑2LPM，发酵中后期搅拌速率控制在100‑200rpm，通气速率0.5‑1LPM；2）从发酵液中分离纯化出维生素B12。通过对溶氧量及发酵液中物料添加量的控制，提高维生素B12的产量。

Description

一种基于溶氧调控的提高维生素B12产量的方法
技术领域
本发明属于生物发酵技术领域，具体涉及一种基于溶氧调控的提高维生素B12产量的方法。
背景技术
维生素B12又名钴胺素，是一种重要的动物和人类营养因子，广泛应用于饲料、食品和医药卫生领域，其在很多方面都有显著作用，如促进红细胞的发育和成熟，预防恶性贫血；维护神经系统健康；以辅酶的形式存在，可以增加叶酸的利用率，促进碳水化合物、脂肪和蛋白质的代谢；也可促进蛋白质的合成，对婴幼儿的生长发育有重要作用；还能消除烦躁不安、集中注意力、增强记忆及平衡感，而且维生素B12参与神经组织中一种脂蛋白的形成，是神经系统功能健全不可缺少的维生素。
采用化学合成生产维生素B12的方法成本高，副产物多，难以提纯。维生素B12的工业制造主要是通过微生物发酵法制得，应用于工业生产的菌株主要有厌氧费氏丙酸杆菌、谢氏丙酸杆菌及耗氧的脱单假单孢杆菌。通过厌氧发酵生产维生素B12的产率较低，实际生产主要进行好氧发酵。好氧发酵的菌株主要是脱单假单孢杆菌，培养基以甜菜糖蜜、麦芽糖、蔗糖为碳源，以玉米浆及酵母膏为氮源，添加无机盐及Co，并添加5,6-二甲基苯并咪唑及甜菜碱作为前体。通过控制发酵工艺，生产维生素B12，如何提高维生素B12的产量及生产效率以满足市场需求是该领域的不断追求。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的是提供一种基于溶氧调控的提高维生素B12产量的方法，通过对发酵过程中的溶氧量，以及发酵液中个别物料添加量的控制，实现维生素B12产量的提高。
本发明提供一种基于溶氧调控的提高维生素B12产量的方法，包括以下步骤：
1）在适合发酵的条件下，培养维生素B12的生产菌株，采用的发酵培养基的组成为：蔗糖70～85g/L、玉米浆45～60g/L、硫酸铵0.5～1g/L、磷酸二氢钾0.4～0.7g/L、氯化钴0.06～0.08g/L、氧化镁0.4～0.6g/L、5,6～二甲基苯并咪唑0.04～0.06g/L、甜菜碱10～20g/L、硫酸锌0.05～0.09g/L、碳酸钙0.5～1.2g/L、精氨酸0.0005～0.002g/L和硫胺素0.00005～0.0003g/L，发酵培养基的pH为7.2-7.4；将发酵过程分为发酵前期和发酵中后期，发酵前期将搅拌速率控制在250-400rpm，通气速率为1.2-2LPM，发酵中后期将搅拌速率控制在100-200rpm，通气速率为0.5-1LPM；
2）从发酵液中分离纯化出维生素B12。
本发明中，适合发酵的条件是指好氧发酵工艺的一般参数条件，例如发酵温度可为32℃，pH值为7.0±0.5。
本发明通过搅拌速度和通气速率实现发酵过程中溶氧量的控制。好氧发酵工艺的发酵周期一般为160-180h。发酵前期是指菌株快速生长阶段，这一阶段在发酵中占用的时间一般为发酵的0-70h期间。
优选地，发酵前期将搅拌速率控制在250-300rpm，通气速率为1.2-1.5LPM。
发酵中后期即为菌株的稳定生长阶段，除去发酵前期的发酵过程即为发酵中后期，发酵中后期为发酵的71-180h期间。
优选情况下，发酵中后期将搅拌速率控制在100-150rpm，通气速率为0.5-0.8LPM。
本发明可选用好氧发酵工艺生产维生素B12的常用菌株，例如费氏丙酸杆菌、谢氏丙酸杆菌、鼠伤寒沙门氏菌、脱氮假单胞杆菌或钴胺素根瘤菌。优选地，生产菌株为脱氮假单胞杆菌。
甜菜碱作为一种生物碱，具有提供甲基的作用，甜菜碱还可以调节胞内渗透压，提高微生物及相关代谢酶对恶劣环境的抗逆能力，另外甜菜碱还能够提高细胞膜的通透性，促进营养物质及氧气在胞内外的交换，并有助于发酵产物向外分泌，解决由胞内发酵产物浓度过高导致的反馈性抑制问题。保证甜菜碱在发酵培养基中的浓度，能够有效提高维生素B12的产量，优选地，当发酵培养基中的甜菜碱浓度降低至5～7g/L时，补加甜菜碱，使其浓度维持在5～7g/L，同时补加氯化钴，使氯化钴的浓度维持在0.03～0.05g/L。
通过控制发酵培养基中的钾离子浓度，可极其有效地提高维生素B12的产量。优选地，补加磷酸二氢钾，使磷酸二氢钾的浓度维持在0.3～0.5g/L。
本发明中，从发酵液中分离纯化出维生素B12可采用现有技术中常规使用的分离纯化方法。
与现有技术相比，本发明具有如下有益点：
本发明通过控制发酵过程中搅拌速率和通气速率，对溶氧量进行调节，同时将物料中甜菜碱、氯化钴和磷酸二氢钾维持在一定的浓度，实现维生素B12产量的提高。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1-3用于说明本发明的基于溶氧调控的提高维生素B12产量的方法。
实施例1
一种基于溶氧调控的提高维生素B12产量的方法，包括以下步骤：
1）在32℃的发酵温度下，培养维生素B12的生产菌株脱氮假单胞杆菌，采用的发酵培养基的组成为：蔗糖70g/L、玉米浆45g/L、硫酸铵0.5g/L、磷酸二氢钾0.4g/L、氯化钴0.06g/L、氧化镁0.4g/L、5,6～二甲基苯并咪唑0.04g/L、甜菜碱10g/L、硫酸锌0.05g/L、碳酸钙0.5g/L、精氨酸0.0005g/L和硫胺素0.00005g/L，发酵培养基的pH为7.2；将发酵过程分为发酵前期（发酵的0-70h期间）和发酵中后期（发酵的71-180h期间），发酵前期将搅拌速率控制在250rpm，通气速率为1.2LPM，发酵中后期将搅拌速率控制在100rpm，通气速率为0.5LPM；
当发酵培养基中的甜菜碱浓度降低至5g/L时，补加甜菜碱，使其浓度维持在5g/L，同时补加氯化钴，使氯化钴的浓度维持在0.03g/L。补加磷酸二氢钾，使磷酸二氢钾的浓度维持在0.3g/L。
2）从发酵液中分离纯化出维生素B12。
采用上述方法得到的维生素B12的发酵效价为215mg/L。
实施例2
一种基于溶氧调控的提高维生素B12产量的方法，包括以下步骤：
1）在32℃的发酵温度下，培养维生素B12的生产菌株脱氮假单胞杆菌，采用的发酵培养基的组成为：蔗糖75g/L、玉米浆50g/L、硫酸铵0.8g/L、磷酸二氢钾0.5g/L、氯化钴0.06g/L、氧化镁0.6g/L、5,6～二甲基苯并咪唑0.05g/L、甜菜碱15g/L、硫酸锌0.06g/L、碳酸钙0.8g/L、精氨酸0.001g/L和硫胺素0.0001g/L，发酵培养基的pH为7.2；将发酵过程分为发酵前期（发酵的0-70h期间）和发酵中后期（发酵的71-180h期间），发酵前期将搅拌速率控制在300rpm，通气速率为1.5LPM，发酵中后期将搅拌速率控制在150rpm，通气速率为0.6LPM；
当发酵培养基中的甜菜碱浓度降低至6g/L时，补加甜菜碱，使其浓度维持在6g/L，同时补加氯化钴，使氯化钴的浓度维持在0.05g/L。补加磷酸二氢钾，使磷酸二氢钾的浓度维持在0.5g/L。
2）从发酵液中分离纯化出维生素B12。
采用上述方法得到的维生素B12的发酵效价为220mg/L。
实施例3
一种基于溶氧调控的提高维生素B12产量的方法，包括以下步骤：
1）在32℃的发酵温度下，培养维生素B12的生产菌株脱氮假单胞杆菌，采用的发酵培养基的组成为：蔗糖85g/L、玉米浆60g/L、硫酸铵1g/L、磷酸二氢钾0.7g/L、氯化钴0.08g/L、氧化镁0.6g/L、5,6～二甲基苯并咪唑0.06g/L、甜菜碱20g/L、硫酸锌0.09g/L、碳酸钙1.2g/L、精氨酸0.002g/L和硫胺素0.00025g/L，发酵培养基的pH为7.4；将发酵过程分为发酵前期（发酵的0-70h期间）和发酵中后期（发酵的71-180h期间），发酵前期将搅拌速率控制在350rpm，通气速率为2LPM，发酵中后期将搅拌速率控制在200rpm，通气速率为1LPM；
当发酵培养基中的甜菜碱浓度降低至7g/L时，补加甜菜碱，使其浓度维持在7g/L，同时补加氯化钴，使氯化钴的浓度维持在0.05g/L。补加磷酸二氢钾，使磷酸二氢钾的浓度维持在0.5g/L。
2）从发酵液中分离纯化出维生素B12。
采用上述方法得到的维生素B12的发酵效价为208mg/L。
对比例1
与实施例1的不同之处在于，发酵的整个过程中将搅拌速率控制在250rpm，通气速率为1.2LPM，其余步骤相同。
采用上述方法得到的维生素B12的发酵效价为185mg/L。
对比例2
与实施例1的不同之处在于，发酵的整个过程中将搅拌速率控制在100rpm，通气速率为0.5LPM，其余步骤相同。
采用上述方法得到的维生素B12的发酵效价为178mg/L。
对比例3
与实施例1的不同之处在于，未对甜菜碱和氯化钴的浓度进行维持，其余步骤相同。
采用上述方法得到的维生素B12的发酵效价为172mg/L。
对比例4
与实施例1的不同之处在于，未对磷酸二氢钾的浓度进行维持，其余步骤相同。
采用上述方法得到的维生素B12的发酵效价为181mg/L。
对比可知，本发明通过对发酵过程中的溶氧量进行分阶段控制，以及将物料中甜菜碱、氯化钴和磷酸二氢钾维持在一定的浓度，可实现维生素B12产量的提高。
以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (8)

1.一种基于溶氧调控的提高维生素B12产量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）在适合发酵的条件下，培养维生素B12的生产菌株，采用的发酵培养基的组成为：蔗糖70～85g/L、玉米浆45～60g/L、硫酸铵0.5～1g/L、磷酸二氢钾0.4～0.7g/L、氯化钴0.06～0.08g/L、氧化镁0.4～0.6g/L、5,6～二甲基苯并咪唑0.04～0.06g/L、甜菜碱10～20g/L、硫酸锌0.05～0.09g/L、碳酸钙0.5～1.2g/L、精氨酸0.0005～0.002g/L和硫胺素0.00005～0.0003g/L，发酵培养基的pH为7.2-7.4；将发酵过程分为发酵前期和发酵中后期，发酵前期将搅拌速率控制在250-400rpm，通气速率为1.2-2LPM，发酵中后期将搅拌速率控制在100-200rpm，通气速率为0.5-1LPM；
2）从发酵液中分离纯化出维生素B12。
2.根据权利要求1所述的基于溶氧调控的提高维生素B12产量的方法，其特征在于：发酵前期为发酵的0-70h期间。
3.根据权利要求2所述的基于溶氧调控的提高维生素B12产量的方法，其特征在于：发酵前期将搅拌速率控制在250-300rpm，通气速率为1.2-1.5LPM。
4.根据权利要求1所述的基于溶氧调控的提高维生素B12产量的方法，其特征在于：发酵中后期为发酵的71-180h期间。
5.根据权利要求4所述的基于溶氧调控的提高维生素B12产量的方法，其特征在于：发酵中后期将搅拌速率控制在100-150rpm，通气速率为0.5-0.8LPM。
6.根据权利要求1所述的基于溶氧调控的提高维生素B12产量的方法，其特征在于：生产菌株为脱氮假单胞杆菌。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的基于溶氧调控的提高维生素B12产量的方法，其特征在于：当发酵培养基中的甜菜碱浓度降低至5～7g/L时，补加甜菜碱，使其浓度维持在5～7g/L，同时补加氯化钴，使氯化钴的浓度维持在0.03～0.05g/L。
8.根据权利要求1所述的基于溶氧调控的提高维生素B12产量的方法，其特征在于：补加磷酸二氢钾，使磷酸二氢钾的浓度维持在0.3～0.5g/L。
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