CN110699413B - 一种利用氧载体提高核黄素产量的方法及其发酵装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用氧载体提高核黄素产量的方法及其发酵装置，S1，种子培养：将核黄素生产菌枯草芽孢杆菌菌种接种到种子培养基中，培养获得种子培养液；S2，发酵培养：将得到的种子培养液接种到发酵培养基中，然后加入无菌的氧载体，发酵得到核黄素。本发明通过在培养基中加入合适的氧载体，并于本发明所述的发酵装置中进行培养，利用化学及物理方法同时提高了培养基中溶解氧浓度，进而促进了核黄素生产菌枯草芽孢杆菌的菌体代谢，提高底物转化率，核黄素的合成量由11424μg/mL提高至15820μg/mL，并且缩短了发酵周期，降低了生产成本。

Description

一种利用氧载体提高核黄素产量的方法及其发酵装置
技术领域
本发明涉及微生物发酵生产技术领域，尤其涉及一种利用氧载体提高核黄素产量的方法及其发酵装置。
背景技术
核黄素是一类可溶于水的天然色素，作为辅酶促进代谢，在生物体内以黄素单核苷酸和黄素腺嘌呤二核苷酸形式存在。核黄素可用于治疗核黄素缺乏症、结膜炎、营养性溃疡、全身营养障碍。核黄素病变多表现为口、眼和外生殖器部位的炎症，如口角炎、唇炎、舌炎、眼结膜炎和阴囊炎等，因而核黄素在食品、饲料、医药工业等方面具有广泛的应用前景。
目前核黄素的大规模合成主要分为化学合成法和微生物发酵法，然纯化学合成法反应过于复杂，成本高收率较低，大大影响了工业生产的前景。
枯草芽孢杆菌发酵核黄素技术已经变得较为成熟，取代了以前复杂、低效的化学合成方法，但发酵过程中仍存在一些问题，枯草芽孢杆菌代谢快，产酸多，进而耗氧需求很高，尤其在发酵后期，发酵耗氧较高，一旦溶氧低于一定水平，核黄素产量将大大降低。
长期以来，关于核黄素的生产研究多为基因工程菌改造，成本高、耗时长、成功率低，忽略了菌体本身耗氧量带来的产量及成本影响，因此在发酵过程中如何满足枯草芽孢杆菌耗氧需求，提高核黄素产量，减少成本，是目前需要解决的难题，为此，我们提出了一种利用氧载体提高核黄素产量的方法及其发酵装置来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种利用氧载体提高核黄素产量的方法及其发酵装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种利用氧载体提高核黄素产量的方法，其特征在于：
S1，种子培养：将核黄素生产菌枯草芽孢杆菌菌种接种到种子培养基中，培养获得种子培养液；
S2，发酵培养：将得到的种子培养液接种到发酵培养基中，然后加入无菌的氧载体，发酵得到核黄素。
优选地，所述氧载体为正十二烷或正己烷，所述正十二烷的添加量为发酵培养基体积的1％-4％，所述正己烷的添加量为发酵培养基体积的1.5％-5％，氧载体的添加时间为发酵0-60小时。
优选地，种子培养基为：糖蜜55g/L、玉米浆35g/L、MgSO4·7H2O0.8g/L、(NH4)2SO47g/L、KH2PO42g/L、红霉素5μg/mL，发酵培养基为酵母粉35g/L、蔗糖130g/L、玉米浆8g/L、MgSO4·7H2O 0.2g/L、KH2PO42.8 g/L、K2HPO43.7g/L、尿素9g/L、红霉素5μg/mL。
优选地，种子培养条件为35-38℃，200-240rpm发酵装置上震荡培养15-24小时，发酵培养条件为35-38℃，200-240rpm发酵装置上震荡培养90-120小时。
本发明还提出了一种利用氧载体提高核黄素产量的发酵装置，包括箱体，其特征在于，所述箱体的一侧安装有箱门、两个显示屏和多个按钮，两个显示屏位于箱门的上端，多个按钮分别位于箱门的两侧，所述箱体内设有空腔，所述空腔内的相对侧壁上均固定有多个复位装置，多个复位装置之间共同固定有U型板，所述U型板的相对侧壁上均设有两个滑槽，所述滑槽内安装有滑条，同一侧的两个滑条的一侧共同固定有移动板，两个移动板之间共同设有放置装置，两个移动板的上端共同固定有连接板，所述连接板的上端设有传动装置，所述箱体的两侧分别安装有温度控制装置和加湿器，所述温度控制装置和加湿器上均设有第二保护罩，两个第二保护罩的相对一侧分别固定在箱体的两侧，所述空腔内的顶部固定有温度传感器和湿度传感器。
优选地，所述放置装置固定在两个移动板相对一侧的放置板，所述放置板的上端等间距设有多个放置槽，所述放置槽内的底部均放置有挡板三角瓶，两个移动板的相对一侧均设有限位槽，所述限位槽内的相对侧壁均贯通设置，两个限位槽内共同安装有限位板，所述限位板上等间距设有多个开口，多个开口分别与多个挡板三角瓶对应，所述开口呈锥形设置，所述开口内的一周侧壁上共同固定有橡胶垫，所述限位板的上端转动连接有螺杆，所述螺杆的上端贯穿连接板并延伸至连接板的上端，所述螺杆的上端固定有转盘。
优选地，所述传动装置包括固定在连接板上端的两个抵触块，所述空腔内的顶部转动连接有两个转动杆，所述转动杆的下端固定有抵触轮，且两个抵触轮的一侧分别抵触在两个抵触块的一侧，两个转动杆上固定有第二转动轮，所述箱体的上端固定有伺服电机，所述伺服电机的输出轴贯穿箱体并延伸至空腔内，所述伺服电机的输出轴上固定有两个第一转动轮，两个第一转动轮和两个第二转动轮之间通过两个传动带传动连接。
优选地，所述复位装置包括固定在空腔内相对侧壁上的多个固定筒，所述固定筒内的底部固定有弹簧，所述弹簧的一端固定有移动块，所述移动块的一端固定有移动杆，所述移动杆的一端贯穿固定筒内的一端侧壁并延伸至固定筒的一端，同一侧的多个移动杆为一组，两组移动杆的相对一端分别固定在U型板的两侧。
优选地，所述移动板的一端固定有固定块，所述固定块上设有通孔，所述通孔内设有螺纹插杆，所述U型板的一端设有两个与通孔对应的螺纹盲孔，两个螺纹插杆的一端分别延伸至螺纹盲孔内。
优选地，所述箱体的下端四角均固定有支撑座，所述箱门的一侧固定有把手，所述箱体的上端固定有第一保护罩，所述伺服电机位于第一保护罩内。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过放置装置和螺纹插杆之间的配合，能够将挡板三角瓶夹持，解决了挡板三角瓶在高速摇床震荡培养时容易出现倾倒的问题，达到了将挡板三角瓶稳定固定的效果，提高了挡板三角瓶的稳定性；
2、通过传动装置、复位装置、温度控制装置和加湿器之间的配合，方便带动挡板三角瓶震动，能够控制挡板三角瓶的震动频率，避免了回旋震动带来的旋涡效应，提高发酵液溶氧，提高了发酵效率；
3、本发明通过在培养基中加入合适的氧载体，增加培养基溶氧能力，进而满足菌体生长及代谢对氧的需求；
综上所述，本发明通过在培养基中加入合适的氧载体，并于本发明所述的发酵装置中进行培养，利用化学及物理方法同时提高了培养基中溶解氧浓度，进而促进了核黄素生产菌枯草芽孢杆菌的菌体代谢，提高底物转化率，核黄素的合成量由11424μg/mL提高至15820μg/mL，并且缩短了发酵周期，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明提出的一种利用氧载体提高核黄素产量的发酵装置的外部结构示意图；
图2为本发明提出的一种利用氧载体提高核黄素产量的发酵装置的内部结构示意图；
图3为本发明提出的一种利用氧载体提高核黄素产量的发酵装置的放置装置结构示意图；
图4为本发明提出的一种利用氧载体提高核黄素产量的方法及其发酵装置的固定筒内部结构示意图；
图5为本发明提出的一种利用氧载体提高核黄素产量的方法及其发酵装置的限位板结构示意图；
图6为本发明提出的一种利用氧载体提高核黄素产量的方法及其发酵装置的抵触轮结构示意图。
图中：1第一保护罩、2箱体、3显示屏、4把手、5箱门、6第二保护罩、7按钮、8支撑座、9伺服电机、10转动杆、11温度传感器、12移动板、13 U型板、14温度控制装置、15移动杆、16第一转动轮、17传动带、18转盘、19第二转动轮、20抵触块、21湿度传感器、22抵触轮、23螺纹插杆、24加湿器、25固定筒、26通孔、27固定块、28滑条、29螺杆、30连接板、31开口、32限位板、33放置槽、34放置板、35移动块、36弹簧、37橡胶垫、38挡板三角瓶。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。
对比实施例：种子培养：将核黄素生产菌枯草芽孢杆菌菌种接种到种子培养基中，在35℃，200-240rpm发酵装置上震荡培养24小时，获得种子培养基；
发酵培养：将得到的种子培养液按10％接种量接种到发酵培养基中，进行摇瓶发酵，最终获得含有核黄素的发酵液，发酵条件为：500mL挡板三角瓶，装液量为30毫升，在30-38℃，200-240rpm发酵装置上震荡培养120小时。
产素检测：采用分光光度法对发酵液核黄素含量进行检测：将发酵液经调pH、离心、稀释和定容后，进行444nm吸光值检测。
对比实施例发酵液中核黄素含量为11424μg/mL。
实施例1
本实施例包括以下步骤：
种子培养：将核黄素生产菌枯草芽孢杆菌菌种接种到种子培养基中，在35℃，200-240rpm发酵装置上震荡培养24小时，获得种子培养基；
发酵培养：将得到的种子培养液接种到发酵培养基中，发酵开始0小时加入无菌的氧载体正十二烷，正十二烷加入量为1％，最终获得含有核黄素的发酵液，发酵条件为：500mL挡板三角瓶，装液量为30毫升，在30-38℃，200-240rpm发酵装置上震荡培养120小时。
产量检测：方法同对比实施例，实施例1发酵液中核黄素含量为12632μg/mL，较对比实施例提高10.6％。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
种子培养：将核黄素生产菌枯草芽孢杆菌菌种接种到种子培养基中，在35℃，200-240rpm发酵装置上震荡培养24小时，获得种子培养基；
发酵培养：将得到的种子培养液接种到发酵培养基中，发酵60小时加入无菌的氧载体正十二烷，正十二烷加入量为4％，最终获得含有核黄素的发酵液，发酵条件为：500mL挡板三角瓶，装液量为30毫升，在30-38℃，200-240rpm发酵装置上震荡培养90小时。
产量检测：方法同对比实施例，实施例2发酵液中核黄素含量为13034μg/mL，较对比实施例提高12.4％，且发酵周期较对比实施例缩短30小时。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
种子培养：将核黄素生产菌枯草芽孢杆菌菌种接种到种子培养基中，在35℃，200-240rpm发酵装置上震荡培养24小时，获得种子培养基；
发酵培养：将得到的种子培养液接种到发酵培养基中，发酵50小时加入无菌的氧载体正十二烷，正十二烷加入量为3％，最终获得含有核黄素的发酵液，发酵条件为：500mL挡板三角瓶，装液量为30毫升，在30-38℃，200-240rpm发酵装置上震荡培养105小时。
产量检测：方法同对比实施例，实施例3发酵液中核黄素含量为15820μg/mL，较对比实施例提高38.5％，且发酵周期较对比实施例缩短15小时。
实施例4
本实施例包括以下步骤：
种子培养：将核黄素生产菌枯草芽孢杆菌菌种接种到种子培养基中，在35℃，200-240rpm发酵装置上震荡培养24小时，获得种子培养基；
发酵培养：将得到的种子培养液接种到发酵培养基中，发酵24小时加入无菌的氧载体正己烷，正己烷加入量为1.5％，最终获得含有核黄素的发酵液，发酵条件为：500mL挡板三角瓶，装液量为30毫升，在30-38℃，200-240rpm发酵装置上震荡培养110小时。
产量检测：方法同对比实施例，实施例4发酵液中核黄素含量为13560μg/mL，较对比实施例提高18.7％，且发酵周期较对比实施例缩短10小时。
实施例5：
种子培养：将核黄素生产菌枯草芽孢杆菌菌种接种到种子培养基中，在35℃，200-240rpm发酵装置上震荡培养24小时，获得种子培养基；
发酵培养：将得到的种子培养液接种到发酵培养基中，发酵48小时加入无菌的氧载体正己烷，正己烷加入量为3％，最终获得含有核黄素的发酵液，发酵条件为：500mL挡板三角瓶，装液量为30毫升，在30-38℃，200-240rpm发酵装置上震荡培养110小时。
产量检测：方法同对比实施例，实施例5发酵液中核黄素含量为15263μg/mL，较对比实施例提高33.6％，且发酵周期较对比实施例缩短10小时。
实施例6
种子培养：将核黄素生产菌枯草芽孢杆菌菌种接种到种子培养基中，在35℃，200-240rpm发酵装置上震荡培养24小时，获得种子培养基；
发酵培养：将得到的种子培养液接种到发酵培养基中，发酵60小时加入无菌的氧载体正己烷，正己烷加入量为5％，最终获得含有核黄素的发酵液，发酵条件为：500mL挡板三角瓶，装液量为30毫升，在30-38℃，200-240rpm发酵装置上震荡培养120小时。
产量检测：方法同对比实施例，实施例6发酵液中核黄素含量为13746μg/mL，较对比实施例提高20.3％。
本发明中，使用时，将核黄素生产菌枯草芽孢杆菌菌种接种到种子培养基中，通过把手4打开箱门5，拉出放置板34，反向转动转盘18，转盘18带动螺杆29转动，从而带动限位板32上升，将种子培养基放置在放置槽33内，从而正向转动转盘18，从而带动限位板32下降，通过开口31能够将种子培养基夹持固定，将放置板34推入，通过螺纹插杆23将移动板12固定在U型板13上，关闭箱门5，通过按钮7和显示屏3能够设置振动频率、温湿度和时间，设置温度为35℃，设定震动频率为200-240rpm，设定时间为24小时，通过温度传感器11和湿度传感器21能够感知箱体2内的温湿度，从而方便温度控制装置14和加湿器24控制箱体2内的温湿度，伺服电机9转动，从而带动第一转动轮16转动，继而通过传动带17带动第二转动轮19转动，从而带动转动杆10转动，转动杆10带动抵触轮22转动，继而带动两个抵触块20左右移动，通过弹簧36能够辅助放置板34复位，从而带动放置板34震动，从而使装有培养液的挡板三角瓶38在温度为35℃，震动频率为200-240rpm的放置板上震荡培养24小时，获得种子培养基，将得到的种子培养液接种到发酵培养基中，依据各实施例的氧载体类别、添加浓度和时间进行无菌氧载体添加，，继而以相同的方式将发酵培养基固定，根据各个实施例进行培养时间、震动频率、培养温度设定，最终获得含有核黄素的发酵液。
以实施例3的实验条件不变，仅将发酵装置改为来普通旋转式摇床。产量检测：普通旋转式摇床最终的发酵液中核黄素含量为13540μg/mL，而实施例3发酵液中核黄素含量为15820μg/mL。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种利用氧载体提高核黄素产量的方法，其特征在于：
S1，种子培养：将核黄素生产菌枯草芽孢杆菌菌种接种到种子培养基中，培养获得种子培养液；
S2，发酵培养：将得到的种子培养液接种到发酵培养基中，然后加入无菌的氧载体，发酵得到核黄素；
所述氧载体为正十二烷或正己烷，所述正十二烷的添加量为发酵培养基体积的3%，所述正己烷的添加量为发酵培养基体积的3%，氧载体的添加时间为发酵48-50小时；
种子培养基为：糖蜜55g/L、玉米浆35g/L、MgSO4·7H2O 0.8g/L、(NH4)2SO4 7g/L、KH2PO42g/L、红霉素5μg/mL，发酵培养基为酵母粉35g/L、蔗糖130g/L、玉米浆8g/L、MgSO4·7H2O0.2g/L、KH2PO4 2.8 g/L、K2HPO4 3.7g/L、尿素9g/L、红霉素5 μg/mL；
种子培养条件为 35-38℃，200-240rpm发酵装置上震荡培养15-24小时，发酵培养条件为35-38℃，200-240rpm发酵装置上震荡培养90-120小时。
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