CN111363707A - 一种提高丁酸发酵产酸速率和转化率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种提高丁酸发酵产酸速率和转化率的方法，涉及丁酸发酵技术领域。本发明所述方法利用新的ORP控制标准，二级种子培养ORP范围标准为‑400到‑200；发酵培养ORP范围标准为‑450到‑350。利用本发明所述方法，缩短了周期，提高了丁酸含量及转化率，使得产酸速率较现有技术提高了9.9％。

Description

一种提高丁酸发酵产酸速率和转化率的方法
技术领域
本发明属于丁酸发酵技术领域，具体涉及一种提高丁酸发酵产酸速率和转化率的方法。
背景技术
丁酸发酵是厌氧发酵系统(采用氮气)，发酵过程中通过调控pH、ORP(氧化还原电位)、酸碱度来控制发酵。现有发酵完全厌氧系统，一级种子培养工艺：温度37℃，厌氧，转速200rpm，pH自然，培养时间20～24h；二级种子培养：温度37℃，转速200rpm，培养周期10～24h，ORP控制-300到-500，pH控制在5.90；发酵培养：温度37℃，转速150～200rpm，培养周期40～55h，ORP控制-300到-600，pH控制在5.90。现有发酵ORP控制范围较广，控制不够精细，产酸速率及产品转化率有待提升。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种提高丁酸发酵产酸速率和转化率的方法，明确种子及发酵过程中ORP范围标准，提升丁酸产率。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种提高丁酸发酵产酸速率和转化率的方法，在丁酸发酵过程中，二级种子培养时的氧化还原电位为-400～-200；发酵培养时的氧化还原电位为-450～-350。
优选的，所述丁酸发酵过程中，一级种子培养的条件，包括：温度37℃，厌氧，转速200rpm，培养基pH自然，培养时间20～24h。
优选的，所述丁酸发酵过程中，二级种子培养的条件，包括：温度37℃，转速200rpm，培养周期10～24h，培养基pH值为5.90。
优选的，所述丁酸发酵过程中，发酵培养的条件，包括：温度37℃，转速150～200rpm，培养周期40～50h，培养基pH值为5.90。
本发明还提供了所述方法在提高丁酸产量中的应用。
本发明还提供了所述方法在缩短丁酸发酵周期中的应用。
本发明提供了一种提高丁酸发酵产酸速率和转化率的方法，利用新的ORP控制标准，二级种子培养ORP范围标准为-400到-200；发酵培养ORP范围标准为-450到-350。在本发明实施例中，利用本发明所述方法，缩短了周期，提高了丁酸含量及转化率，使得产酸速率较现有技术提高了9.9％(产酸速率及转化率可按照丁酸含量除以发酵周期近似计算)。
具体实施方式
本发明提供了一种提高丁酸发酵产酸速率和转化率的方法，在丁酸发酵过程中，二级种子培养时的氧化还原电位为-400～-200；发酵培养时的氧化还原电位为-450～-350。
本发明所述方法通过制定种子及发酵过程中ORP范围标准，从而提升了丁酸产率。在本发明中，所述丁酸发酵过程中，一级种子培养的条件，优选包括：温度37℃，厌氧，转速200rpm，培养基pH自然，培养时间20～24h。
本发明所述丁酸发酵过程中，二级种子培养的条件，优选包括：温度37℃，转速200rpm，培养周期10～24h，氧化还原电位为-400～-200，培养基pH值为5.90。
本发明所述丁酸发酵过程中，发酵培养的条件，优选包括：温度37℃，转速150～200rpm，培养周期40～50h，氧化还原电位为-450～-350，培养基pH值为5.90。
本发明优选通过向发酵罐中通入无菌空气的方式控制ORP，即种子罐通入无菌空气的量为物料体积的5％，发酵罐通入无菌空气的量为物料体积的8％，从而达到控制二级种子培养的ORP为-400～-200，发酵培养的ORP为-450～-350的目的。
利用本发明所述方法可提高丁酸的发酵产量和缩短发酵周期，当控制二级种子培养的ORP为-400～-200，发酵培养的ORP为-600～-300时，丁酸产量为47～56g/L，发酵周期为48～51h；当控制二级种子培养的ORP为-300～-500，发酵培养的ORP为-450～-350时，丁酸产量为49～58g/L，发酵周期为47～50h；当控制二级种子培养的ORP为-400～-200，发酵培养的ORP为-450～-350时，丁酸产量为51～58g/L，发酵周期为48～50h。
本发明还提供了所述方法在提高丁酸产量中的应用。
本发明所述应用与上述相同，在此不再赘述。
本发明还提供了所述方法在缩短丁酸发酵周期中的应用。本发明所述应用与上述相同，在此不再赘述。
下面结合实施例对本发明提供的提高丁酸发酵产酸速率和转化率的方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一级种子培养工艺：温度37℃，厌氧，转速200rpm，pH自然，培养时间20～24h。
通过向种子罐中通入无菌空气改变ORP值(通入无菌空气的量为物料体积的5％)，发酵罐不通无菌空气正常培养，即二级种子培养时ORP为-400～-200，温度37℃，转速200rpm，培养周期18h。发酵培养时ORP为-600～-300，温度37℃，转速200rpm，培养周期48-51h，pH控制在5.90。发酵结束后测定丁酸含量。
一级种子培养和二级种子培养时，所用的种子生长培养基为：葡萄糖20g/L、酵母提取物2g/L、蛋白胨4g/L、(NH4)2SO4 2g/L、K2HPO4 1g/L、KH2PO4 1g/L、MgSO4·7H2O 0.1g/L、FeSO4·7H2O 0.015g/L、CaCl2·2H2O 0.015g/L、MnSO4·H2O 0.01g/L、CoCl2·6H2O 0.02g/L、ZnSO4·7H2O 0.002g/L，余量为水。
(下同)
发酵罐中所用的发酵培养基为：碳源50～60g/L、有机氮源2～8g/L、(NH4)2SO4 2g/L、K2HPO4 1g/L、KH2PO4 1g/L、MgSO4·7H2O 0.1g/L、FeSO4·7H2O 0.015g/L、CaCl2·2H2O0.015g/L、MnSO4·H2O 0.01g/L、CoCl2·6H2O 0.02g/L、ZnSO4·7H2O 0.002g/L，余量为水。(下同)
实施例2
种子罐正常培养，发酵罐通入无菌空气改变ORP值(通入无菌空气的量为物料体积的8％)，即二级种子培养的ORP为-500～-300，温度37℃，转速200rpm，培养周期18h，pH控制在5.90。发酵培养的ORP为-450～-350，温度37℃，转速200rpm，培养周期49h，pH控制在5.90。发酵结束后测定丁酸含量。
实施例3
分别通入无菌空气培养(种子罐通入无菌空气的量为物料体积的5％，发酵罐通入无菌空气的量为物料体积的8％)，即二级种子培养的ORP为-400～-200，速200rpm，培养周期18h，pH控制在5.90。发酵培养的ORP为-450～-350，温度37℃，转速200rpm，培养周期49h，pH控制在5.90。发酵结束后测定丁酸含量。
对比例
一级种子培养工艺：温度37℃，厌氧，转速200rpm，pH自然，培养时间20-24h；二级种子培养：温度37℃，转速200rpm，培养周期10-24h，ORP控制-500到-300，pH控制在5.90；发酵培养：温度37℃，转速150-200rpm培养周期40-55h，ORP控制-600到-300，pH控制在5.90。发酵结束后测定丁酸含量。
统计实施例1～3及对比例的丁酸产量及发酵周期，如表1所示，利用本发明所述方法，缩短了周期，提高了丁酸含量及转化率，使得产酸速率较现有技术提高了9.9％(产酸速率及转化率可按照丁酸含量除以发酵周期近似计算)。
表1不同方案下的丁酸发酵对比
Figure BDA0002467527290000041
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以通过ORP/pH/温度联合控制或者设备改进进行精细化控制，选出更加优选的实施方式，实现提高丁酸含量及转化率的目的。另外改变ORP的值也可通过在基础原料中添加过氧化物实现。

Claims (6)

1.一种提高丁酸发酵产酸速率和转化率的方法，其特征在于，在丁酸发酵过程中，二级种子培养时的氧化还原电位为-400～-200；发酵培养时的氧化还原电位为-450～-350。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述丁酸发酵过程中，一级种子培养的条件，包括：温度37℃，厌氧，转速200rpm，培养基pH自然，培养时间20～24h。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述丁酸发酵过程中，二级种子培养的条件，包括：温度37℃，转速200rpm，培养周期10～24h，培养基pH值为5.90。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述丁酸发酵过程中，发酵培养的条件，包括：温度37℃，转速150～200rpm，培养周期40～50h，培养基pH值为5.90。
5.权利要求1～4任一项所述方法在提高丁酸产量中的应用。
6.权利要求1～4任一项所述方法在缩短丁酸发酵周期中的应用。
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