CN111621530A - 一种半连续发酵生产谷氨酸的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于发酵工程领域，公开了一种半连续发酵生产谷氨酸的方法及系统，种子培养；温敏谷氨酸菌种在30‑32℃、pH7.0‑7.1条件下培养制备种子液；发酵培养：种子液接入培养基中，采用半连续式发酵，在发酵过程中流加补料。本发明采用的利用温敏谷氨酸半连续发酵工艺能够延长谷氨酸产酸周期，避免了发酵液中谷氨酸积累对菌体的抑制作用，及提高发酵液中氧、营养素传递速率，与现有发酵工艺相比，能够整体缩短发酵周期，提高发酵效率，同时单罐发酵液谷氨酸含量得到了极大的提升。
Description
技术领域
本发明属于发酵工程领域，尤其涉及一种半连续发酵生产谷氨酸的方法及系统。
背景技术
目前：目前工业上生产谷氨酸的菌种主要是温度敏感突变菌种，“温敏型”菌种发酵工艺主要通过调节温度影响酶的活性，改变细胞膜结构，使菌株转变成有利于胞内谷氨酸不断释放到胞外环境，解除细胞内谷氨酸积累引起的反馈抑制而不断合成谷氨酸。
但目前谷氨酸发酵生产主要以流加补料分批发酵工艺为主，虽然分批发酵操作简便，但在整个生产过程中，随着发酵时间的延长，一方面，发酵液中谷氨酸积累形成抑制效应，影响了菌体产酸效率；另一方面，随着发酵罐中料液容积增加，引起氧传递、流加营养素传递速率减缓，也进一步影响了菌体产酸效率，进而使得整个发酵周期延长，生产效率降低。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)发酵液中谷氨酸积累形成抑制效应，影响了菌体产酸效率；
(2)随着发酵罐中料液容积增加，引起氧传递、流加营养素传递速率减缓，也进一步影响了菌体产酸效率，进而使得整个发酵周期延长，生产效率降低。
解决以上问题及缺陷的难度为：
随着发酵的进行，谷氨酸积累形成抑制效应增加，要想解除抑制效应，必须降低发酵液中谷氨酸浓度，虽然有技术通过放出部分发酵液通过离心、膜过滤等分离技术分离谷氨酸后再将发酵菌体返回发酵罐继续发酵的方法解除抑制效应，但该技术操作繁琐，极易造成发酵液染菌。
另一方面，流加补料分批发酵中随着发酵罐中料液容积增加，高容积发酵引起的氧传递及营养素传递效率低等问题，虽然可以通过增加氧供应、加大搅拌等物流手段缓解，但也会造成电能消耗的增加以及高搅拌转速下高剪切力对菌体的损伤，影响发酵效率。
解决以上问题及缺陷的意义为：
通过本发明技术工艺，在发酵过程中间歇性放出部分发酵液，在流加补料基础上稀释了发酵液中谷氨酸浓度，同时有效降低了发酵液容积，缓解了氧传递及营养素传递效果差等问题。而且放出的发酵液直接分离纯化，整体提高了单罐产酸效率。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种半连续发酵生产谷氨酸的方法。
本发明是这样实现的，一种半连续发酵生产谷氨酸的方法，包括以下步骤：
步骤一、种子培养：温敏谷氨酸菌种在30-32℃、pH7.0-7.1条件下培养制备种子液；
步骤二、发酵培养：种子液接入培养基中，采用半连续式发酵，在发酵过程中流加补料。
进一步，在步骤一中，种子液经过三级种子扩大培养，接种体积比为8％-15％。
进一步，在步骤二中，当发酵液容积达到罐容积50％-60％或谷氨酸含量在14％-17％时，放出发酵液继续发酵；
当发酵液容积再次达到罐容积50％-60％或谷氨酸含量在14％-17％时，放出部分发酵液到储料罐中继续进行发酵；
重复操作1-4批，直至发酵结束。
进一步，在步骤二中，发酵培养温度为：发酵温度0h-2h为30℃-32℃，3h-4h后35℃-36℃，5h-25h为37℃-38℃。
进一步，在步骤二中，发酵过程中放罐体积为发酵液总体积的5-15％。
本发明的另一目的在于提供一种利用上述方法的半连续发酵生产谷氨酸的系统。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
第一，本发明放出的发酵液直接分离提取谷氨酸，省去了过滤后将菌体再返回发酵罐继续发酵工序，一方面简化了发酵过程，另一方面也避免了染菌的风险。
第二，本发明流加补料过程只流加高浓度糖，相比流加整个培养基成分更加便捷，既节约了生产成本，也可有效的控制发酵周期。
第三，本发明中间放料过程高速瞬时完成，避免长时间放料带来的染菌风险及流加糖损失。
第四，本发明流加糖速率控制在发酵液糖浓度稳定在一定水平(0.5％)，以糖浓度控制流加速率。
第五，本发明以发酵液体积或产酸浓度作为分批放料指标，即避免了高发酵液体积下溶氧浓度低对发酵产酸的不利影响，又可避免发酵液中高浓度谷氨酸对谷氨酸菌的抑制作用。
第六，本发明采用的利用温敏谷氨酸半连续发酵工艺能够延长谷氨酸产酸周期，避免了发酵液中谷氨酸积累对菌体的抑制作用，及提高发酵液中氧、营养素传递速率，与现有发酵工艺相比，能够整体缩短发酵周期，提高发酵效率，同时单罐发酵液谷氨酸含量得到了极大的提升。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的半连续发酵生产谷氨酸的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，解决现有谷氨酸分批发酵发酵产酸低，生产效率低等问题，本发明提供了一种半连续发酵生产谷氨酸的方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
该半连续发酵生产谷氨酸的方法包括以下步骤：将种子扩大培养后按一定体积比接入发酵罐中进行发酵，发酵过程中流加补糖，保证发酵液糖浓度稳定，当发酵液容积达到一定体积或谷氨酸含量达到一定浓度时放出部分发酵液到储料罐中分离提取，罐内继续进行发酵，如此重复进行1-4批，得到含谷氨酸的发酵液。
(1)种子培养：温敏谷氨酸菌种在30-32℃、pH7.0-7.1条件下培养制备种子液；
(2)发酵培养：种子液接入培养基中，采用半连续式发酵，在发酵过程中流加补料，当发酵液容积达到罐容积50％-60％或谷氨酸含量在14-17％时，放出发酵液继续发酵；当发酵液容积再次达到罐容积50％-60％或谷氨酸含量在14-17％时，放出部分发酵液到储料罐中继续进行发酵，重复操作1-4批，直至发酵结束。
种子液经过三级种子扩大培养，接种体积比为8％-15％；
种子液接入量按体积比的10-15％；
所述步骤(2)中发酵培养温度为：发酵温度0-2h为30-32℃，3-4h后35-36℃，5-25h为37-38℃；
当发酵液容积达到罐容积50％-60％时放出部分发酵液，谷氨酸含量14-17％同时作为判断参数；
所述步骤(2)中发酵过程中放罐体积为发酵总体积的5-15％。
所述对照例为分批补料发酵，发酵过程中不放料，其他发酵条件与实施例发酵条件相同。
实施例1：
在50m3发酵罐中装入14m3发酵培养基，121℃灭菌30min后按体积比8％接入三级种子液进行发酵培养。发酵产酸14.4％时放出2m3发酵液继续进行发酵；当发酵产酸15.72％时放出发酵液2.5m3继续发酵；当发酵产酸16.5％时放出发酵液2.5m3继续发酵直至结束，发酵周期25h，期间自动控制连续流加补糖控制底糖含量0.5g/L，自动流加氨水控制pH在7.0。通过测算，总发酵液体积33.8m3，平均产酸18.72％，转化率70.59％。
实施例2：
在380m3发酵罐中装入98m3发酵培养基，121℃灭菌30min后按体积比10％接入三级种子液进行发酵培养。发酵12h时发酵液容积含量达到200m3，放出18m3发酵液继续进行发酵；发酵15h时发酵液体积再次达到220m3，放出发酵液20m3后继续发酵；发酵进行到17h时发酵液体积达到200m3，放出发酵液20m3继续发酵直至发酵结束，发酵周期25h，期间自动控制连续流加补糖控制底糖含量0.5g/L，自动流加氨水控制pH在7.0。通过测算，总发酵液体积265.2m3，平均产酸17.97％，转化率68.47％。
表1：本发明发酵工艺与传统补料分批发酵工艺技术对比表
通过对比实验数据可以看出，在同周期下半连续发酵工艺相对分批发酵总发酵液体积有所增加，平均产酸及转化率也有所提升，整体上对谷氨酸发酵产率及效率的提升有较大的积极作用。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种半连续发酵生产谷氨酸的方法，其特征在于，所述半连续发酵生产谷氨酸的方法包括以下步骤：
步骤一、种子培养；温敏谷氨酸菌种在30-32℃、pH7.0-7.1条件下培养制备种子液；
步骤二、发酵培养：种子液接入培养基中，采用半连续式发酵，在发酵过程中流加补料。
2.如权利要求1所述的半连续发酵生产谷氨酸的方法，其特征在于，在步骤一中，种子液经过三级种子扩大培养，接种体积比为8％-15％。
3.如权利要求1所述的半连续发酵生产谷氨酸的方法，其特征在于，在步骤二中，
当发酵液容积达到罐容积50％-60％或谷氨酸含量在14％-17％时，放出发酵液继续发酵；
当发酵液容积再次达到罐容积50％-60％或谷氨酸含量在14％-17％时，放出部分发酵液到储料罐中继续进行发酵；
重复操作1-4批，直至发酵结束。
4.如权利要求1所述的半连续发酵生产谷氨酸的方法，其特征在于，在步骤二中，发酵培养温度为：发酵温度0h-2h为30℃-32℃，3h-4h后35℃-36℃，5h-25h为37℃-38℃。
5.如权利要求1所述的半连续发酵生产谷氨酸的方法，其特征在于，在步骤二中，发酵过程中放罐体积为发酵液总体积的5-15％。
6.一种利用1-5所述方法的半连续发酵生产谷氨酸的系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200904 |