CN109182438B - 利用芽孢杆菌发酵生产维生素b2的培养基及培养方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用芽孢杆菌发酵生产维生素B2的培养基即培养方法，本发明采用玉米浆、尿素和蔗糖等介于迟效碳氮源和速效碳氮源之间的中效碳氮源作为发酵基础料，解除速效碳源葡萄糖的阻遏效应，同时去除了糖蜜和酵母粉的使用，使得维生素B2的发酵基础料几乎全部为可溶物料，固含量极少，利用速度快，达到全面利用的效果，从而降低了放罐发酵液中的原材料残留及发酵原材料成本，提高发酵过程的溶氧水平，提高了发酵水平。

Description

利用芽孢杆菌发酵生产维生素B2的培养基及培养方法
技术领域
本发明属于生物发酵技术领域，特别是涉及一种利用芽孢杆菌发酵生产维生素B2的培养基及培养方法。
背景技术
维生素B2（化学式：C17H20N4O6，式量376.37）又叫核黄素，微溶于水，在中性或酸性溶液中加热是稳定的。维生素B2为体内黄酶类辅基的组成部分（黄酶在生物氧化还原中发挥递氢作用），当缺乏时，就影响机体的生物氧化，使代谢发生障碍。维生素B2的两个性质是造成其损失的主要原因：（1）可被光破坏；（2）在碱溶液中加热可被破坏。维生素B2可在医药、食品、饲料等行业应用，发展空间及市场需求不可限量。
目前维生素B2的生产工艺主要为生物发酵法，主要的产生菌有细菌、真菌、霉菌、酵母菌等，也有改造的生物工程菌，其发酵培养基中以葡萄糖、糖蜜等作为主要碳源，以蛋白胨、酵母粉、硫酸铵等为氮源，并添加部分无机盐。发酵过程中种子培养和发酵对溶氧要求较高，同时使用大量的糖蜜，由于糖蜜聚集了未能除去的全部非糖物质和制糖过程中外加的非可溶性糖，以及各种降解产物和新生的着色物质，成分复杂，在微生物发酵中使用浪费较大，且对生物发酵代谢的控制难度较大，氮源多采用酵母粉等迟效有机氮源，利用速度慢，残留高。所以用简单的易利用的原料优化发酵工艺，提高维生素B2的产量、降低原材料单耗是目前维生素B2发酵生产急需解决的问题。
发明内容
本发明目的就在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种有效提高维生素B2的产量，降低原材料成本，降低放罐残留的利用芽孢杆菌发酵生产维生素B2的培养基；
本发明的另一目的是提供利用上述培养基发酵生产维生素B2的培养方法。
为实现上述目的所采取的技术方案为：
一种利用芽孢杆菌发酵生产维生素B2的培养基，其特征在于包括种子培养基、发酵培养基及补料培养基，其中
所述种子培养基组成为：蔗糖1.0～4.0%，葡萄糖0.2～0.5%，玉米浆0.5～2.5%，硫酸铵0.1～0.3%，轻质碳酸钙0.1～0.5%，硫酸镁0.1～0.5% ，按重量体积比配制；
所述发酵培养基组成为：蔗糖3.5～5.0% ，葡萄糖0.5～1.5%，尿素0.5～1.5% ，玉米浆1.5～3.0%，硫酸铵0.2～1.0%，硫酸镁0.01～0.15%，轻质碳酸钙0.1～0.5%，磷酸氢二钾0.1～0.5%，按重量体积比配制。
所述补料培养基组成为：蔗糖10～20%，葡萄糖20～30%，玉米浆5～10%，按重量体积比配制。
一种利用上述培养基发酵生产维生素B2的培养方法，其特征在于其工艺步骤为：首先将活化好的芽孢杆菌种子接种到灭菌好的种子培养基中进行种子培养，在种子培养温度34～39℃、通气量1：0.4～0.7v/v/min并搅拌条件下培养15～22hr得一级种子液，然后将一级种子液接种到灭菌好的发酵培养基进行发酵培养，在发酵培养温度35～42℃，通气量1：0.8～1.3v/v/min并搅拌，控制发酵液溶氧30%以上，pH6.6～7.2条件下培养60～80小时放罐，即可得到富含维生素B2的发酵醪液。
在发酵过程中，当发酵液总糖降至3.0～2.5%以下时开始补入含有氮源和碳源的补料培养基，控制总糖1.5～0.5%。
在发酵过程中，当发酵液pH低于6.8时通入氨水，控制发酵液pH6.6～7.2。
所述活化好的芽孢杆菌种子的接种量1～5%，一级种子液的接种量为5～15%。
所述种子培养基和发酵培养基的灭菌条件为：灭菌温度118±2℃保压13～17分钟。
本发明的发酵基础料充分利用蔗糖的代谢特征，采用玉米浆、尿素和蔗糖等介于迟效碳氮源和速效碳氮源之间的中效碳氮源，解除速效碳源葡萄糖的阻遏效应，同时去除了糖蜜的使用，避免了糖蜜中不能被利用的糖类物质的浪费，去除了酵母粉的使用，降低了使用成本及有机氮源的残留，这种改变，使得维生素B2的发酵基础料几乎全部为可溶物料，固含量极少，利用速度快，达到全面利用的效果，从而降低了放罐发酵液中的原材料残留及发酵原材料成本，提高发酵过程的溶氧水平，提高了发酵水平。通过本发明可使维生素B2发酵时间控制在60～80小时；发酵液维生素B2含量提高25%以上，发酵原材料成本降低15%以上。
本发明培养基的改变可使原有的培养基灭菌温度122±2℃，保压30分钟缩短至灭菌温度118±2℃保压13～17分钟，大幅度减少了蒸汽的使用量，节约了能耗。
具体实施方式
下面用实例予以说明本发明，应该理解的是，实例是用于说明本发明而不是对本发明的限制。本发明的范围与核心内容依据权利要求书加以确定。
实施例1
1、种子制备：将活化好的芽孢杆菌接种到灭菌好的种子培养基进行种子培养，种子接种量1.5%。
种子培养基组成：蔗糖1.5%，葡萄糖0.2%，玉米浆0.5%，硫酸铵0.1%，轻质碳酸钙0.1%，硫酸镁0.1% ，按重量体积比配制，并118±2℃保压13分钟。
种子培养条件：培养温度34℃，通气量1：0.4v/v/min并搅拌，培养16hr得一级种子液。
2、发酵：将上述种子液接种到发酵培养基进行发酵培养，接种量5%。
发酵培养基组成：蔗糖3.5% ，葡萄糖1.5%，尿素0.5% 玉米浆3.0%，硫酸铵0.2%，硫酸镁0.01%，轻质碳酸钙0.1%，磷酸氢二钾0.1%，按重量体积比配制，并118±2℃保压15分钟。
发酵过程培养：培养温度35℃，通气量1：0.8～v/v/min，搅拌，控制发酵过程溶氧30%以上。
pH低于6.8时开始通氨，控制pH6.6～7.2。
发酵过程中，当总糖降至2.5%以下时开始补入混合料，控制总糖2.0～1.0%；混合料组成：蔗糖10%，葡萄糖30%，玉米浆5%。
3、放罐参数：总糖0.5%，氨基氮8，沉降度10%，72小时维生素B2含量28250ug/ml。
实施例2
1、种子制备：将活化好的芽孢杆菌接种到灭菌好的种子培养基进行种子培养，种子接种量5%。
种子培养基组成：蔗糖4.0%，葡萄糖0.5%，玉米浆2.5%，硫酸铵0.3%，轻质碳酸钙0.5%，硫酸镁0.5% ，按重量体积比配制，并118±2℃保压16分钟。
种子培养条件：培养温度39℃，通气量1：0.7v/v/min并搅拌，培养20hr得种子液。
2、发酵：将上述种子液接种到发酵培养基进行发酵培养，接种量15%。
发酵培养基组成：蔗糖5.0% ，葡萄糖0.5%，尿素1.5% 玉米浆1.5%，硫酸铵1.0%，硫酸镁0.15%，轻质碳酸钙0.5%，磷酸氢二钾0.5%，按重量体积比配制，并118±2℃保压17分钟。
发酵过程培养：培养温度40℃，通气量1：1.3～v/v/min，搅拌，控制发酵过程溶氧30%以上。
pH低于6.8时开始通氨，控制pH6.6～7.2。
发酵过程中，当总糖降至3.0%以下时开始补入混合料，控制总糖2.0～1.0%。
补入混合料组成：蔗糖20%，葡萄糖20%，玉米浆10%。
3、放罐参数：总糖0.62%，氨基氮12，沉降度13%，78小时维生素B2含量29365ug/ml。
实施例3
1、种子制备：将活化好的种子接种到灭菌好的种子培养基进行种子培养，种子接种量3%。
种子培养基组成：蔗糖2.5%，葡萄糖0.25%，玉米浆1.5%，硫酸铵0.2%，轻质碳酸钙0.25%，硫酸镁0.25% ，按重量体积比配制，并118±2℃保压15分钟。
种子培养条件：培养温度37℃，通气量1：0.6v/v/min并搅拌，培养19hr得种子液。
2、发酵：将上述种子液接种到发酵培养基进行发酵培养，接种量10%。
发酵培养基组成：蔗糖4.0% ，葡萄糖1.0%，尿素1.0% 玉米浆2.5%，硫酸铵0.6%，硫酸镁0.12%，轻质碳酸钙0.25%，磷酸氢二钾0.25%，按重量体积比配制，并118±2℃保压15分钟。
发酵过程培养：培养温度38℃，通气量1：1.0～v/v/min，搅拌，控制发酵过程溶氧30%以上。
pH低于6.8时开始通氨，控制pH6.6～7.2。
发酵过程中，当总糖降至3.0%以下时开始补入混合料，控制总糖2.0～1.0%。补入混合料组成：蔗糖15%，葡萄糖25%，玉米浆8%。
3、放罐参数：总糖0.55%，氨基氮12，沉降度11%，70小时维生素B2含量28437ug/ml。
对比实施例
1、种子制备：将活化好的种子接种到灭菌好的种子培养基进行种子培养，种子接种量5%。
种子培养基组成：蔗糖4.5%，酵母粉2.0% ，硫酸镁0.35% 按重量体积比配制，并122±2℃保压25分钟，降温冷却后调pH至6.0～8.0，接入活化种子液，培养温度37℃，通气量1：0.5v/v/min并搅拌，培养24hr得种子液。
2、发酵：将上述种子液接种到发酵培养基进行发酵培养，接种量10%。
发酵培养基组成：葡萄糖3.5%，酵母粉3.5%，硫酸铵0.8%，硫酸镁0.1%，磷酸二氢钾0.3%，按重量体积比配制，并122±2℃保压30分钟，冷却后调pH至6.0～8.0，接种培养。
发酵过程培养：培养温度39℃，通气量1：1.5～v/v/min，搅拌，控制发酵过程溶氧30%以上。
pH低于7.0时开始通氨，控制pH6.8～7.2。
发酵过程中，当总糖降至3.5%以下时开始补入糖水，控制总糖3.0～1.0%。补入的糖水组成：糖蜜40%，蔗糖10%。
3、放罐参数：总糖1.0%，氨基氮32，沉降度15%，95小时维生素B2含量22345ug/ml。

Claims (4)

1.一种利用芽孢杆菌发酵生产维生素B2的发酵方法，其特征在于其工艺步骤为：首先将活化好的芽孢杆菌种子接种到灭菌好的种子培养基中进行种子培养，在种子培养温度34～39℃、通气量1：0.4～0.7v/v/min并搅拌条件下培养15～22hr得一级种子液，然后将一级种子液接种到灭菌好的发酵培养基进行发酵培养，在发酵培养温度35～42℃，通气量1：0.8～1.3v/v/min并搅拌，控制发酵液溶氧30%以上，pH6.6～7.2条件下培养60～80小时放罐，即可得到富含维生素B2的发酵醪液，在发酵过程中，当发酵液总糖降至3.0～2.5%以下时开始补入含有氮源和碳源的补料培养基，控制总糖1.5～0.5%；
其中，所述种子培养基组成为：蔗糖1.0～4.0%，葡萄糖0.2～0.5%，玉米浆0.5～2.5%，硫酸铵0.1～0.3%，轻质碳酸钙0.1～0.5%，硫酸镁0.1～0.5% ，按重量体积比配制；
所述发酵培养基组成为：蔗糖3.5～5.0% ，葡萄糖0.5～1.5%，尿素0.5～1.5% ，玉米浆1.5～3.0%，硫酸铵0.2～1.0%，硫酸镁0.01～0.15%，轻质碳酸钙0.1～0.5%，磷酸氢二钾0.1～0.5%，按重量体积比配制；
所述补料培养基组成为：蔗糖10～20%，葡萄糖20～30%，玉米浆5～10%，按重量体积比配制。
2.按照权利要求1所述的发酵方法，其特征在于，在发酵过程中，当发酵液pH低于6.8时通入氨水，控制发酵液pH6.6～7.2。
3.按照权利要求1所述的发酵方法，其特征在于，所述活化好的芽孢杆菌种子的接种量1～5%，一级种子液的接种量为5～15%。
4.按照权利要求1所述的发酵方法，其特征在于，所述种子培养基和发酵培养基的灭菌条件为：灭菌温度118±2℃保压13～17分钟。
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