CN111019978A - 一种在不同溶氧条件下同时生产赤藓糖醇和甘露醇的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在不同溶氧条件下同时生产赤藓糖醇和甘露醇的方法。包括以下步骤：（1）将斜面保藏的市售解脂耶氏酵母菌株接入装有种子培养基的摇瓶中，摇床恒温培养，得到含有菌体的种子液；（2）将种子液接入装有发酵培养基的发酵罐中，接种量为8‑10％v/v，培养温度28‑30℃，前36‑38h，通气量0.9‑1.4vvm，搅拌转速600‑800rpm，36‑38h之后至发酵结束，通气量0.5‑1.2vvm，搅拌转速为200‑700rpm。结果：赤藓糖醇和甘露醇产量分别为32.61g/L和23.15g/L，葡萄糖转化率提高了12.43%，突破了菌体单一合成一种产物的限制，提高了葡萄糖的转化率，获得更多的菌体产物。为赤藓糖醇和甘露醇的生产提供了一种新方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种在不同溶氧条件下同时生产赤藓糖醇和甘露醇的方法，属于生物技术领域。
背景技术
赤藓糖醇（erythritol）是一种天然的四碳多元醇，化学名是1,2,3,4-丁四醇，分子式为C4H10O4, 白色无味晶体，作为低热量糖醇已经使用了几十年，是针对糖尿病患者理想的甜味剂之一。随着美国、欧盟、日本等市场对低热值功能性甜味剂的需求不断增长及赤藓糖醇应用领域的不断扩展，赤藓糖醇依然供不应求。微生物发法是目前赤藓糖醇的主要生产方法。甘露醇（mannitol）是一种功能性甜味剂，在人体中代谢与胰岛素无关，常用于制成防龋齿的甜味剂和口中清凉剂等。然而，甘露醇现阶段的生产工艺还停留在自然提取法和化学合成法两种，但是发酵法凭借其生产条件温和、同时没有副产物山梨醇生成等优势，势必将在未来取代现有的生产工艺。近年来，随着人们对赤藓糖醇和甘露醇认识的加深以及对健康饮食的追求，未来全球对赤藓糖醇和甘露醇的需求量将不断增长。无论是微生物发酵生产赤藓糖醇还是甘露醇，葡萄糖的利用率都不高，在工业生产中如何实现提高葡萄糖利用率，获得更多的菌体产物仍是一个技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种在不同溶氧条件下同时生产赤藓糖醇和甘露醇的方法，通过控制发酵罐搅拌转速或通气量，克服了菌体单一合成一种产物的限制，提高了葡萄糖的利用率，获得了更多的菌体产物。
具体的，本发明的方法包括以下步骤：
（1）种子培养基的配制
种子培养基的组成为：葡萄糖98-102g/L、酵母浸粉9-11g/L、尿素0.8-1.1g/L，pH值自然；
（2）发酵基础培养基的配制
发酵基本培养基组成：葡萄糖240-260g/L、玉米浆干粉14-16g/L、酵母浸粉2.8-3.2g/L、尿素0.1-0.2g/L，初始pH值为3.9-4.1；
（3）种子液培养
将斜面保藏的市售解脂耶氏酵母菌株（Yarrowialipolytica）接入装有100mL的种子培养基的摇瓶中，摇床恒温培养，培养条件为：摇床转速200-220rpm，培养温度为30-32℃，培养时间为22-24小时，得到含有菌体的种子液；
（4）两阶段控制搅拌转速和通气量
将种子液接入装有发酵基础培养基的发酵罐中，接种量为8-10％v/v，培养温度28-30℃，从开始36-38h，通气量0.9-1.4vvm，搅拌转速600-800rpm，36-38h之后至发酵结束，通气量0.5-1.2vvm，搅拌转速为200-700rpm，得到赤藓糖醇和甘露醇。
本发明的原理：解脂耶氏酵母（Yarrowialipolytica）合成赤藓糖醇是一个高耗氧的过程，氧气供给不足是限制菌体合成赤藓糖醇的主要原因之一。解脂耶氏酵母（Yarrowialipolytica）合成甘露醇是一个低耗氧的过程，低浓度的氧气有利于甘露醇的合成。通过调节转速或通气量，找到两者合成的平衡点，可同时获得两种产物。
本发明取得以下有益效果：通过调节发酵罐搅拌转速或通气量，克服了菌体单一合成一种产物的限制，提高了葡萄糖的利用率，获得更多的菌体产物。为赤藓糖醇和甘露醇的生产提供了新的有效方法。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明。
实施例1
（1）种子培养基的配制
种子培养基组成：葡萄糖100g/L、酵母浸粉10g/L、尿素1g/L，种子培养基pH值自然；
（2）发酵基础培养基的配制
发酵基本培养基组成：葡萄糖250g/L、玉米浆干粉15g/L、酵母浸粉3g/L、尿素0.1g/L ，初始pH值为3.9-4.1；
（3）种子液培养
将斜面保藏的市售解脂耶氏酵母（Yarrowialipolytica）菌株接入装有100mL的种子培养基的摇瓶中，摇床恒温培养，培养条件为：摇床转速200rpm，设定培养温度为31℃，培养时间为24小时，得到含有菌体的种子液；
（4）两阶段控制搅拌转速和通气量
将种子液接入装有3L发酵基础培养基的5L发酵罐中，接种量为9％v/v，培养温度29.5℃，前37h通气量1.1vvm，搅拌转速600 rpm，37h之后至发酵结束，通气量1.1vvm，搅拌转速为300rpm，得到赤藓糖醇和甘露醇，其产量分别为32.61g/L和23.15g/L，葡萄糖转化率提高了12.43%。
实施例2
（1）种子培养基的配制
种子培养基组成：葡萄糖100g/L、酵母浸粉10g/L、尿素1g/L，种子培养基pH值自然；
（2）发酵基础培养基的配制
发酵基本培养基组成：葡萄糖250g/L、玉米浆干粉15g/L、酵母浸粉3g/L、尿素0.1g/L ，初始pH值为3.9-4.1；
（3）种子液培养
将斜面保藏的市售解脂耶氏酵母（Yarrowialipolytica）菌株接入装有100mL的种子培养基的摇瓶中，摇床恒温培养，培养条件为：摇床转速200rpm，设定培养温度为31℃，培养时间为24小时，得到含有菌体的种子液；
（4）两阶段控制搅拌转速和通气量
将种子液接入装有3L发酵基础培养基的5L发酵罐中，接种量为9％v/v，培养温度29.5℃，前37h通气量1 vvm，搅拌转速600 rpm，37h之后至发酵结束，通气量1vvm，搅拌转速为400 rpm，得到赤藓糖醇和甘露醇，其产量分别为35.52g/L和19.88g/L，葡萄糖转化率提高了11.17%。
实施例3
（1）种子培养基的配制
种子培养基组成：葡萄糖100g/L、酵母浸粉10g/L、尿素1g/L，种子培养基pH值自然；
（2）发酵基础培养基的配制
发酵基本培养基组成：葡萄糖250g/L、玉米浆干粉15g/L、酵母浸粉3g/L、尿素0.1g/L ，初始pH值为3.9-4.1；
（3）种子液培养
将斜面保藏的市售解脂耶氏酵母菌株（Yarrowialipolytica）接入装有100mL的种子培养基的摇瓶中，摇床恒温培养，培养条件为：摇床转速220rpm，设定培养温度为31℃，培养时间为23小时，得到含有菌体的种子液；
（4）两阶段控制搅拌转速和通气量
将种子液接入装有3L发酵基础培养基的5L发酵罐中，接种量为10％v/v，培养温度29.5℃，前37h通气量1.1vvm，搅拌转速600rpm，37h之后至发酵结束，通气量0.5vvm，搅拌转速为600rpm，得到赤藓糖醇和甘露醇，其产量分别为36.26g/L和20.10g/L，葡萄糖转化率提高了13.63%。
上述实施例中，培养基组成中的各组分的含量表述g/L含义指的是质量/体积浓度（单位克/升）。
Claims (1)
1.一种在不同溶氧条件下同时生产赤藓糖醇和甘露醇的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）种子培养基的配制
种子培养基的组成为：葡萄糖98-102g/L、酵母浸粉9-11g/L、尿素0.8-1.1g/L；
（2）发酵基础培养基的配制
发酵基础培养基组成：葡萄糖240-260g/L、玉米浆干粉14-16g/L、酵母浸粉2.8-3.2g/L、尿素0.1-0.2g/L ，初始pH值为3.9-4.1；
（3）种子液培养
将斜面保藏的解脂耶氏酵母菌株（Yarrowialipolytica）接入装有100mL的种子培养基的摇瓶中，摇床恒温培养，培养条件为：摇床转速200-220rpm，培养温度为30-32℃，培养时间为22-24小时，得到含有菌体的种子液；
（4）两阶段控制搅拌转速和通气量
将种子液接入装有发酵基础培养基的发酵罐中，接种量为8-10％v/v，培养温度28-30℃，前36-38h，通气量0.9-1.4vvm，搅拌转速600-800rpm，36-38h之后至发酵结束，通气量0.5-1.2vvm，搅拌转速为200-700rpm，得到赤藓糖醇和甘露醇。
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