CN113430152A - 一种提高菌体利用率的谷氨酸发酵方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于氨基酸生产技术领域，公开了一种提高菌体利用率的谷氨酸发酵方法，制备谷氨酸发酵液：将谷氨酸产生菌的种子液接种至种子罐中，并进行杂菌检测，利用不含杂菌的种子液进行发酵培养得到谷氨酸发酵液；将得到的谷氨酸发酵液利用高速碟片分离机将发酵液中的谷氨酸料液和菌体蛋白进行分离，去除发酵菌体；利用多效板式蒸发器低温蒸发浓缩，得到谷氨酸浓缩液；基于得到的谷氨酸浓缩液进行谷氨酸提取即可。本发明有效的延长了谷氨酸发酵产酸周期，提高了糖酸转化率。本发明将谷氨酸发酵废弃菌体配置发酵培养基，实现二次利用进行谷氨酸发酵，高速离心分离不仅可以有效提高菌体的产量，还能使菌体发酵的特性充分发挥，提高了菌体利用率。

Description

一种提高菌体利用率的谷氨酸发酵方法

技术领域

本发明属于氨基酸生产技术领域，尤其涉及一种提高菌体利用率的谷氨酸发酵方法。

背景技术

目前：氨基酸在食品工业、医药、农业、畜牧业、以及人类健康、保健、化妆品行业等方面，发挥了越来越广泛的作用。国际氨基酸科学协会公布的调查报告显示，亚太地区已成为全球最大的氨基酸市场。中国是氨基酸生产和消费大国，无论是在工业总产量还是在年产值方面，都居于世界前列，在我国国民经济发展中扮演着重要角色。

生物发酵行业作为传统工业生产行业，同样存在着高能耗、高消耗、高污染的问题，随着国家对生物发酵产业政策支持力度的加大，氨基酸行业在技术创新方面取得了很大进展。氨酸发酵企业绝大部分采用了高性能的温敏菌种发酵的工艺技术，使谷氨酸产酸率和转化率、糖酸转化明显提高，明显提高了产品质量，降低了粮耗、能耗和水耗，减少了COD的产生，很好的起到了节能降耗的作用。虽然我国发酵技术已经取得了显著进展，但与其他行业或国外氨基酸行业相比，我国氨基酸行业存在创新产品少、产品结构不合理、主要生产技术指标落后、能源消耗大、环境污染严重、生产成本较高等问题。随着国家节能环保政策的发布和实施及氨基酸行业工业升级转型需要，探索并开发出“高品质、高效率、高收益，低能耗、低消耗、低排废”的氨基酸生产及加工工艺和装备、既能节省生产成本，提高产品质量，又能达到节能减排、绿色清洁生产的新工艺技术路线和低碳循环生产模式，使行业能够健康快速实现产业化升级转型、使企业能够实现经济、环保和社会效益兼具，是氨基酸发酵行业发展的迫切要求和必然趋势。

随着国民经济的稳定高速发展，国家对高科技生物领域投资的不断加大，生物发酵行业得到迅速发展。近年来，我国的生物发酵产业有较大进步，产品种类也得到扩展。目前国内几大氨基酸品种中，谷氨酸产量已高居世界首位，生产企业向大型化、集约化发展，生产水平不断提高。第二大产量的赖氨酸，主要用于饲料工业，随着国内饲料行业的迅速发展，其产量逐年提高并逐步缩小与国外的差距。作为全球最第一大生物多糖产品的黄原胶，我国产能已达到13万吨，逐步掌握了国际市场话语权，但高端市场仍主要为国外巨头把控。

目前我国的生物发酵产业发展虽然很快，但还尚未完全适应经济发展需要，仍处于发展时期。其中对于一些要求较高的药用氨基酸、多糖及其衍生物的需求还十分巨大，所以我国生物发酵行业有着十分巨大的发展潜力。谷氨酸生产工艺已经发展相对成熟，主要技术指标为谷氨酸浓度10％-12％，糖酸转化率55％-60％。但是，与国外先进发酵工艺相比较，仍有较大的提升空间。有效地提高转化率，将可以节省原料成本、提升谷氨酸发酵的经济效益。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的谷氨酸发酵种子液不纯净，发酵副产物多，发酵转换率以及效率低。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种提高菌体利用率的谷氨酸发酵方法。

本发明是这样实现的，一种提高菌体利用率的谷氨酸发酵方法，所述提高菌体利用率的谷氨酸发酵方法包括：

步骤一，制备谷氨酸发酵液：谷氨酸产生菌从种类上可以选择棒状杆菌属，培养时注意每1-2个月分纯一次，挑选出产酸高、生长快、无噬菌体感染的菌株作为菌种进行扩大培养；对得到的种子液进行杂菌检测，之后利用不含杂菌的种子液进行发酵培养得到谷氨酸发酵液；

步骤二，将得到的谷氨酸发酵液利用高速碟片分离机将发酵液中的谷氨酸料液和菌体蛋白进行分离，去除发酵菌体；

步骤三，将澄清的谷氨酸发酵液进行pH调节，并利用多效板式蒸发器低温蒸发浓缩，得到谷氨酸浓缩液；

步骤四，基于得到的谷氨酸浓缩液进行谷氨酸提取即可。

进一步，步骤一中，所述制备谷氨酸发酵液包括：

利用废弃的谷氨酸发酵废弃菌体配置发酵培养基并进行发酵培养基的灭菌；

将菌种室制备的摇瓶种子接入到种子罐中培养，得到种子液，取样做无菌检测，其结果不含杂菌时，用冷却水使其降温，备用；

将制备的种子液分别移入到二级种子罐中，培养6-8h，得到的二级种子液，取样做无菌检测；

将各个不含杂菌的二级种子液接入到其相对应的三级种子罐中培养8-10，得到三级种子液，取样做无菌检测；

将得到不含杂菌的三级种子液分别接入灭菌后的发酵培养基中进行发酵；

经实践可知，发酵时间可由28h放罐延长至34h，放罐的产酸率可由18％提高至20％左右。

进一步，所述利用废弃的谷氨酸发酵废弃菌体配置发酵培养基包括：

收集过滤收谷氨酸发酵废弃菌体，将得到的废弃菌体烘干，粉碎成粉末状，置于反应罐中,加入6mol/L的盐酸，在65℃温度下搅拌水解12小时，搅拌速度为150转/min，反应终止后用氨水中和残余盐酸，调节pH，即得菌体水解液；

将玉米秸秆投入到粉碎机中粉碎，过120目筛，添加浓度为6mol/L的盐酸，200rpm搅拌水解5小时，添加氨水，调节pH，得玉米秸秆水解液；

将米糠铺成1cm厚度的平层，紫外线照射8min，再投入到容器中，添加两倍重量的水浸泡1小时，随后添加占米糠1％重量份的α-淀粉酶，升温至70℃，保持70℃水解1小时，100℃灭酶，将酶解液浓缩至膏状；

按照质量份数取玉米秸秆水解液，菌体水解液，壳聚糖，米糠提取物，贝壳粉，七水硫酸亚铁，硫酸镁、氯化钾以及生物素，并依次添加到水中，搅拌均匀，灭菌处理制得发酵培养基。

进一步，所述灭菌处理包括：在温度120-130℃下进行灭菌处理。

进一步，所述按照质量份数取玉米秸秆水解液，菌体水解液，壳聚糖，米糠提取物，贝壳粉，七水硫酸亚铁，硫酸镁、氯化钾以及生物素包括：

玉米秸秆水解液35-40份，菌体水解液15-20份，壳聚糖5-8份，米糠提取物3-5份，贝壳粉2-3份，七水硫酸亚铁2-3份，硫酸镁2-3份，氯化钾2-3份、生物素3-5份以及水。

进一步，步骤二中，所述高速碟片分离机转速为2000～3000r/min。

进一步，所述谷氨酸发酵液进行pH调节包括：调节谷氨酸发酵液的pH为2.8-3.1。

进一步，步骤四中，所述基于得到的谷氨酸浓缩液进行谷氨酸提取包括：

在等电罐中连续流加硫酸对谷氨酸浓缩液进行连续等电沉降提取谷氨酸，将等电上清液加硫酸调pH为强酸后进行离子交换柱吸附提取谷氨酸，将液氨调至pH9.0，对离子交换柱进行洗脱，洗脱的谷氨酸加硫酸调pH为强酸后泵入等电罐，即可。

进一步，所述强酸为pH为1.2-1.6。

本发明的另一目的在于提供一种利用所述提高菌体利用率的谷氨酸发酵方法发酵得到的谷氨酸。

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：本发明有效的延长了谷氨酸发酵产酸周期，提高了菌体利用率，提高了糖酸转化率，即提高了发酵效率，又降低了副产物的产量。

本发明利用无杂菌的种子液进行发酵液的制备，解决了菌种室制备种子数量不足，减少了菌种室人员手动操作所致的染菌机会，为种子罐提供足够数量的菌种。

本发明直接水解发酵废弃菌体作为发酵原料，提供了丰富的氯化铵以及氨基酸氮源，可作为微生物发酵养料，实现了废物重新利用；米糠均属于农业废弃物，其含有大量的蛋白质，脂肪，糖以及维生素等，但是菌株利用率较低，通过不同的生化处理后，提高了各养分的浸出率，菌株利用率大大提高；对农业废弃物秸秆进行了粉碎和蒸汽处理，使得氮、磷、钾、钙、镁以及纤维素多糖等得到有效利用；贝壳粉中含有多种菌株需要的矿物质；本发明培养基组分采用发酵废弃菌体、多种农业废弃物以及贝壳粉，原料成本低廉，实现了变废为宝，提高了工业附加值，企业利润大大提高；本发明培养基各原料配伍合理，成本低廉，可完全取代市场常用培养基，糖酸转化率和产谷氨酸水平高，适用于谷氨酸发酵。

本发明对于废弃的菌体将废弃的谷氨酸发酵废弃菌体配置发酵培养基，实现二次利用进行谷氨酸发酵，其中使用高速喷阻离心机进行高速离心分离不仅可以有效提高菌体的产量，还能使菌体发酵的特性充分发挥，有效提高了菌体利用率。

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提高菌体利用率的谷氨酸发酵方法方法流程图。

图2是本发明实施例提供的制备谷氨酸发酵液的方法流程图。

图3是本发明实施例提供的利用废弃的谷氨酸发酵废弃菌体配置发酵培养基的方法流程图。

图4是本发明实施例提供的制备菌体水解液的方法流程图。

图5是本发明实施例提供的基于得到的谷氨酸浓缩液进行谷氨酸提取的方法流程图。

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，本发明提供了一种提高菌体利用率的谷氨酸发酵方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的提高菌体利用率的谷氨酸发酵方法包括：

S101，制备谷氨酸发酵液：将谷氨酸产生菌的种子液接种至种子罐中，并进行杂菌检测，利用不含杂菌的种子液进行发酵培养得到谷氨酸发酵液；

S102，将得到的谷氨酸发酵液利用高速碟片分离机将发酵液中的谷氨酸料液和菌体蛋白进行分离，去除发酵菌体；

S103，将澄清的谷氨酸发酵液进行pH调节，并利用多效板式蒸发器低温蒸发浓缩，得到谷氨酸浓缩液；

S104，基于得到的谷氨酸浓缩液进行谷氨酸提取即可。

如图2所示，本发明实施例提供的制备谷氨酸发酵液包括：

S201，利用废弃的谷氨酸发酵废弃菌体配置发酵培养基并进行发酵培养基的灭菌；

S202，将菌种室制备的摇瓶种子接入到种子罐中培养，得到种子液，取样做无菌检测，其结果不含杂菌时，用冷却水使其降温，备用；

S203，将制备的种子液分别移入到二级种子罐中，培养6-8h，得到的二级种子液，取样做无菌检测；

S204，将各个不含杂菌的二级种子液接入到其相对应的三级种子罐中培养8-10，得到三级种子液，取样做无菌检测；

S205，将得到不含杂菌的三级种子液分别接入灭菌后的发酵培养基中进行发酵，即可得谷氨酸发酵液。

如图3所示，本发明实施例提供的利用废弃的谷氨酸发酵废弃菌体配置发酵培养基包括：

S301，制备菌体水解液；将玉米秸秆投入到粉碎机中粉碎，过120目筛，添加浓度为6mol/L的盐酸，200rpm搅拌水解5小时，添加氨水，调节pH，得玉米秸秆水解液；

S302，将米糠铺成1cm厚度的平层，紫外线照射8min，再投入到容器中，添加两倍重量的水浸泡1小时，随后添加占米糠1％重量份的α-淀粉酶，升温至70℃，保持70℃水解1小时，100℃灭酶，将酶解液浓缩至膏状；

S303，按照质量份数取玉米秸秆水解液，菌体水解液，壳聚糖，米糠提取物，贝壳粉，七水硫酸亚铁，硫酸镁、氯化钾以及生物素，并依次添加到水中，搅拌均匀，灭菌处理制得发酵培养基。

如图4所示，本发明实施例提供的制备菌体水解液包括：

S401，收集过滤收谷氨酸发酵废弃菌体，将得到的废弃菌体烘干，粉碎成粉末状，置于反应罐中；

S402，加入6mol/L的盐酸，在65℃温度下搅拌水解12小时，搅拌速度为150转/min，反应终止后用氨水中和残余盐酸，调节pH，即得菌体水解液。

本发明实施例提供的灭菌处理包括：在温度120-130℃下进行灭菌处理。

本发明实施例提供的按照质量份数取玉米秸秆水解液，菌体水解液，壳聚糖，米糠提取物，贝壳粉，七水硫酸亚铁，硫酸镁、氯化钾以及生物素包括：

玉米秸秆水解液35-40份，菌体水解液15-20份，壳聚糖5-8份，米糠提取物3-5份，贝壳粉2-3份，七水硫酸亚铁2-3份，硫酸镁2-3份，氯化钾2-3份、生物素3-5份以及水。

本发明实施例提供的高速碟片分离机转速为2000～3000r/min。

本发明实施例提供的谷氨酸发酵液进行pH调节包括：调节谷氨酸发酵液的pH为2.8-3.1。

如图5所示，本发明实施例提供的基于得到的谷氨酸浓缩液进行谷氨酸提取包括：

S501，在等电罐中连续流加硫酸对谷氨酸浓缩液进行连续等电沉降提取谷氨酸；

S502，将等电上清液加硫酸调pH为强酸后进行离子交换柱吸附提取谷氨酸，将液氨调至pH9.0；

S503，对离子交换柱进行洗脱，洗脱的谷氨酸加硫酸调pH为强酸后泵入等电罐，即可。

本发明实施例提供的强酸为pH为1.2-1.6。

本发明通过膜处理的发酵液质量得到很大提高，对后提取非常有利。通过实验，分别投入未经膜处理的发酵液和经超滤膜和纳膜处理过的发酵液5.16kg，经过膜处理后的总产出4.75kg,实验收率为92％，相比于未经膜处理的总产出4.57kg，提高了收率3.4％。

以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，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 (10)

1.一种提高菌体利用率的谷氨酸发酵方法，其特征在于，所述提高菌体利用率的谷氨酸发酵方法包括以下步骤：

步骤一，制备谷氨酸发酵液：谷氨酸产生菌从种类上可以选择棒状杆菌属，培养时注意每1-2个月分纯一次，挑选出产酸高、生长快、无噬菌体感染的菌株作为菌种进行扩大培养；对得到的种子液进行杂菌检测，之后利用不含杂菌的种子液进行发酵培养得到谷氨酸发酵液；

步骤二，将得到的谷氨酸发酵液利用高速碟片分离机将发酵液中的谷氨酸料液和菌体蛋白进行分离，去除发酵菌体；

步骤三，将澄清的谷氨酸发酵液进行pH调节，并利用多效板式蒸发器低温蒸发浓缩，得到谷氨酸浓缩液；

步骤四，基于得到的谷氨酸浓缩液进行谷氨酸提取即可。

2.如权利要求1所述提高菌体利用率的谷氨酸发酵方法，其特征在于，步骤一中，所述制备谷氨酸发酵液包括：

利用废弃的谷氨酸发酵废弃菌体配置发酵培养基并进行发酵培养基的灭菌；

将菌种室制备的摇瓶种子接入到种子罐中培养，培养基组成是葡萄糖2.5％，尿素0.5％，硫酸镁0.04％，磷酸二氢钾0.12％，玉米浆2.5％～3.5％，根据玉米浆质量指标增减用量，硫酸亚铁、硫酸锰各22mg/kg，pH7.0；对得到的种子液，取样做无菌检测，其结果不含杂菌时，用冷却水使其降温，备用；

将制备的种子液分别移入到二级种子罐中，培养基组成可以选择葡萄糖25g/L，MgSO₄.7H，00.7g/L，KH₂PO41.5g/L，糖蜜125g/L，玉米浆250g/L，纯生物素18.8ug/L，尿素5g/L，FeSO4、MnSo4各2mg/L；在pH7.0，实消，121℃保温10min条件下；培养6-8h，对得到的二级种子液，取样做无菌检测；

将各个不含杂菌的二级种子液接入到其相对应的三级种子罐中培养8-10h，得到三级种子液，取样做无菌检测；

将得到不含杂菌的三级种子液分别接入灭菌后的发酵培养基中进行发酵，即可得谷氨酸发酵液；

发酵时间可由28h放罐延长至34h，放罐的产酸率由18％提高至20％。

3.如权利要求2所述提高菌体利用率的谷氨酸发酵方法，其特征在于，所述利用废弃的谷氨酸发酵废弃菌体配置发酵培养基包括：

对于谷氨酸发酵废弃菌体，通过高速喷阻离心机高速离心分离，将得到的废弃菌体烘干，粉碎成粉末状，置于反应罐中,加入6mol/L的盐酸，在65℃温度下搅拌水解12小时，搅拌速度为150转/min，反应终止后用氨水中和残余盐酸，调节pH，即得菌体水解液；

将玉米秸秆投入到粉碎机中粉碎，过120目筛，添加浓度为6mol/L的盐酸，200rpm搅拌水解5小时，添加氨水，调节pH，得玉米秸秆水解液；

将米糠铺成1cm厚度的平层，紫外线照射8min，再投入到容器中，添加两倍重量的水浸泡1小时，随后添加占米糠1％重量份的α-淀粉酶，升温至70℃，保持70℃水解1小时，100℃灭酶，将酶解液浓缩至膏状；

按照质量份数取玉米秸秆水解液，菌体水解液，壳聚糖，米糠提取物，贝壳粉，七水硫酸亚铁，硫酸镁、氯化钾以及生物素，并依次添加到水中，搅拌均匀，灭菌处理制得发酵培养基。

4.如权利要求3所述提高菌体利用率的谷氨酸发酵方法，其特征在于，所述灭菌处理包括：在温度120-130℃下进行灭菌处理。

5.如权利要求3所述提高菌体利用率的谷氨酸发酵方法，其特征在于，所述按照质量份数取玉米秸秆水解液，菌体水解液，壳聚糖，米糠提取物，贝壳粉，七水硫酸亚铁，硫酸镁、氯化钾以及生物素包括：

玉米秸秆水解液35-40份，菌体水解液15-20份，壳聚糖5-8份，米糠提取物3-5份，贝壳粉2-3份，七水硫酸亚铁2-3份，硫酸镁2-3份，氯化钾2-3份、生物素3-5份以及水。

6.如权利要求1所述提高菌体利用率的谷氨酸发酵方法，其特征在于，步骤二中，所述高速碟片分离机转速为2000～3000r/min。

7.如权利要求1所述提高菌体利用率的谷氨酸发酵方法，其特征在于，所述谷氨酸发酵液进行pH调节包括：调节谷氨酸发酵液的pH为2.8-3.1。

8.如权利要求1所述提高菌体利用率的谷氨酸发酵方法，其特征在于，步骤四中，所述基于得到的谷氨酸浓缩液进行谷氨酸提取包括：

首先对谷氨酸浓缩液采用超滤膜去除谷氨酸浓缩液的菌体，之后在等电罐中连续流加硫酸对谷氨酸浓缩液进行连续等电沉降提取谷氨酸，将等电上清液加硫酸调pH为强酸后进行离子交换柱吸附提取谷氨酸，将液氨调至pH9.0，对离子交换柱进行洗脱，洗脱的谷氨酸加硫酸调pH为强酸后泵入等电罐。

9.如权利要求8所述提高菌体利用率的谷氨酸发酵方法，其特征在于，所述强酸为pH为1.2-1.6。

10.一种利用如权利要求1-9任意一项所述提高菌体利用率的谷氨酸发酵方法发酵得到的谷氨酸。

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