CN113774096A - 一种苏氨酸生产提取工艺的优化方法 - Google Patents
一种苏氨酸生产提取工艺的优化方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113774096A CN113774096A CN202111224121.0A CN202111224121A CN113774096A CN 113774096 A CN113774096 A CN 113774096A CN 202111224121 A CN202111224121 A CN 202111224121A CN 113774096 A CN113774096 A CN 113774096A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fermentation
- threonine
- concentration
- separation
- optimization method
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004473 Threonine Substances 0.000 title claims abstract description 56
- AYFVYJQAPQTCCC-UHFFFAOYSA-N Threonine Natural products CC(O)C(N)C(O)=O AYFVYJQAPQTCCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000005457 optimization Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000000605 extraction Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims abstract description 120
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims abstract description 120
- AYFVYJQAPQTCCC-GBXIJSLDSA-N L-threonine Chemical compound C[C@@H](O)[C@H](N)C(O)=O AYFVYJQAPQTCCC-GBXIJSLDSA-N 0.000 claims abstract description 66
- 229960002898 threonine Drugs 0.000 claims abstract description 55
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 29
- KPGXRSRHYNQIFN-UHFFFAOYSA-N 2-oxoglutaric acid Chemical compound OC(=O)CCC(=O)C(O)=O KPGXRSRHYNQIFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 20
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 18
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 18
- KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N Succinic acid Natural products OC(=O)CCC(O)=O KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- FBPFZTCFMRRESA-KVTDHHQDSA-N D-Mannitol Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-KVTDHHQDSA-N 0.000 claims description 15
- 229930195725 Mannitol Natural products 0.000 claims description 15
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 15
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 15
- 239000000594 mannitol Substances 0.000 claims description 15
- 235000010355 mannitol Nutrition 0.000 claims description 15
- 239000012452 mother liquor Substances 0.000 claims description 14
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 14
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 claims description 13
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 claims description 13
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 claims description 13
- HWXBTNAVRSUOJR-UHFFFAOYSA-N alpha-hydroxyglutaric acid Natural products OC(=O)C(O)CCC(O)=O HWXBTNAVRSUOJR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229940009533 alpha-ketoglutaric acid Drugs 0.000 claims description 11
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 11
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 11
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 11
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 claims description 10
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- LWIHDJKSTIGBAC-UHFFFAOYSA-K potassium phosphate Substances [K+].[K+].[K+].[O-]P([O-])([O-])=O LWIHDJKSTIGBAC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 10
- 239000001509 sodium citrate Substances 0.000 claims description 10
- NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K sodium citrate Chemical compound O.O.[Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 10
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 claims description 9
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 9
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 7
- 239000001384 succinic acid Substances 0.000 claims description 7
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 claims description 6
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 6
- 238000013375 chromatographic separation Methods 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 6
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 claims description 6
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 6
- 239000012466 permeate Substances 0.000 claims description 6
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 claims description 6
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 claims description 5
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 claims description 5
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 claims description 5
- 238000005273 aeration Methods 0.000 claims description 5
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 5
- BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N ammonium sulfate Chemical compound N.N.OS(O)(=O)=O BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052921 ammonium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 235000011130 ammonium sulphate Nutrition 0.000 claims description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 5
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 claims description 5
- ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L dipotassium hydrogen phosphate Chemical compound [K+].[K+].OP([O-])([O-])=O ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- 229910000396 dipotassium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 235000019797 dipotassium phosphate Nutrition 0.000 claims description 5
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims description 5
- SURQXAFEQWPFPV-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate heptahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.[Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O SURQXAFEQWPFPV-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- WRUGWIBCXHJTDG-UHFFFAOYSA-L magnesium sulfate heptahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.[Mg+2].[O-]S([O-])(=O)=O WRUGWIBCXHJTDG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- 229940061634 magnesium sulfate heptahydrate Drugs 0.000 claims description 5
- ISPYRSDWRDQNSW-UHFFFAOYSA-L manganese(II) sulfate monohydrate Chemical compound O.[Mn+2].[O-]S([O-])(=O)=O ISPYRSDWRDQNSW-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- 229910000402 monopotassium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 235000019796 monopotassium phosphate Nutrition 0.000 claims description 5
- GNSKLFRGEWLPPA-UHFFFAOYSA-M potassium dihydrogen phosphate Chemical compound [K+].OP(O)([O-])=O GNSKLFRGEWLPPA-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 claims description 5
- KDYFGRWQOYBRFD-NUQCWPJISA-N butanedioic acid Chemical compound O[14C](=O)CC[14C](O)=O KDYFGRWQOYBRFD-NUQCWPJISA-N 0.000 claims description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 3
- 239000000049 pigment Substances 0.000 claims description 3
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 claims description 2
- 229940024606 amino acid Drugs 0.000 abstract description 8
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 abstract description 7
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 description 6
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 244000144972 livestock Species 0.000 description 3
- 244000144977 poultry Species 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241001052560 Thallis Species 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000003797 essential amino acid Substances 0.000 description 2
- 235000020776 essential amino acid Nutrition 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 2
- NAOLWIGVYRIGTP-UHFFFAOYSA-N 1,3,5-trihydroxyanthracene-9,10-dione Chemical compound C1=CC(O)=C2C(=O)C3=CC(O)=CC(O)=C3C(=O)C2=C1 NAOLWIGVYRIGTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000186226 Corynebacterium glutamicum Species 0.000 description 1
- KDXKERNSBIXSRK-YFKPBYRVSA-N L-lysine Chemical compound NCCCC[C@H](N)C(O)=O KDXKERNSBIXSRK-YFKPBYRVSA-N 0.000 description 1
- FFEARJCKVFRZRR-BYPYZUCNSA-N L-methionine Chemical compound CSCC[C@H](N)C(O)=O FFEARJCKVFRZRR-BYPYZUCNSA-N 0.000 description 1
- QIVBCDIJIAJPQS-VIFPVBQESA-N L-tryptophane Chemical compound C1=CC=C2C(C[C@H](N)C(O)=O)=CNC2=C1 QIVBCDIJIAJPQS-VIFPVBQESA-N 0.000 description 1
- KDXKERNSBIXSRK-UHFFFAOYSA-N Lysine Natural products NCCCCC(N)C(O)=O KDXKERNSBIXSRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004472 Lysine Substances 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 241000607715 Serratia marcescens Species 0.000 description 1
- QIVBCDIJIAJPQS-UHFFFAOYSA-N Tryptophan Natural products C1=CC=C2C(CC(N)C(O)=O)=CNC2=C1 QIVBCDIJIAJPQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009098 adjuvant therapy Methods 0.000 description 1
- -1 aliphatic amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000003674 animal food additive Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 1
- 238000006473 carboxylation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 235000015872 dietary supplement Nutrition 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 235000021050 feed intake Nutrition 0.000 description 1
- 239000011790 ferrous sulphate Substances 0.000 description 1
- 235000003891 ferrous sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 239000003978 infusion fluid Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000359 iron(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940001087 magnesium sulfate 10 mg Drugs 0.000 description 1
- 229930182817 methionine Natural products 0.000 description 1
- 230000014075 nitrogen utilization Effects 0.000 description 1
- 235000021049 nutrient content Nutrition 0.000 description 1
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 1
- KHPXUQMNIQBQEV-UHFFFAOYSA-N oxaloacetic acid Chemical compound OC(=O)CC(=O)C(O)=O KHPXUQMNIQBQEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 102000028703 oxygen binding proteins Human genes 0.000 description 1
- 108091009355 oxygen binding proteins Proteins 0.000 description 1
- 229930029653 phosphoenolpyruvate Natural products 0.000 description 1
- DTBNBXWJWCWCIK-UHFFFAOYSA-N phosphoenolpyruvic acid Chemical compound OC(=O)C(=C)OP(O)(O)=O DTBNBXWJWCWCIK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035790 physiological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000007065 protein hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 230000022558 protein metabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000001243 protein synthesis Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000014616 translation Effects 0.000 description 1
- 230000004102 tricarboxylic acid cycle Effects 0.000 description 1
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P13/00—Preparation of nitrogen-containing organic compounds
- C12P13/04—Alpha- or beta- amino acids
- C12P13/08—Lysine; Diaminopimelic acid; Threonine; Valine
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C227/00—Preparation of compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton
- C07C227/38—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
- C07C227/40—Separation; Purification
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
- C12N1/20—Bacteria; Culture media therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
- C12N1/38—Chemical stimulation of growth or activity by addition of chemical compounds which are not essential growth factors; Stimulation of growth by removal of a chemical compound
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07B—GENERAL METHODS OF ORGANIC CHEMISTRY; APPARATUS THEREFOR
- C07B2200/00—Indexing scheme relating to specific properties of organic compounds
- C07B2200/07—Optical isomers
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Microbiology (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
- Virology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
本发明属于氨基酸生产技术领域，公开了一种苏氨酸生产提取工艺的优化方法，其包括生产发酵工艺和分离提取工艺。采用上述工艺流程生产的苏氨酸产品质量稳定，主要指标明显优于《饲料级L‑苏氨酸》（GB/T21979‑2008）的要求。
Description
技术领域
本发明属于氨基酸生产技术领域，具体涉及一种苏氨酸生产提取工艺的优化方法。
背景技术
苏氨酸属于脂肪族氨基酸，是八种必需氨基酸之一。L-苏氨酸在促进人体生长发育以及维持正常的生理功能中发挥着重要的作用，因此广泛应用于食品药品等领域。由于当前食品较大的生产量和广泛的流通区域的影响，食品中的营养成分容易受到破坏并造成部分损失，因此营养添加剂在食品行业具有重要的作用。其中，苏氨酸作为一种氨基酸类添加剂，能够有效丰富营养成分，并提高食品的抗氧化性。同时，苏氨酸与葡萄糖的共热也起到了良好的增香作用。其次，苏氨酸也是畜禽类必需氨基酸。与甲硫氨酸、赖氨酸和色氨酸并称为四大氨基酸类饲料添加剂。在畜禽饲料中加入苏氨酸，能够有效丰富饲料中的氨基酸种类，提高氮利用率，促进蛋白质的合成，降低饲料生产成本。研究表明，苏氨酸的添加能够有效提高和维持畜禽的采食量和免疫能力，调节动物脂肪代谢。此外，氨基酸在医学领域也有着很大的需求量。苏氨酸是人体内合成多种生物成分的重要前体，同时具有提高免疫的能力，因此它作为氨基酸大输液的成分之一，广泛用于手术前后及多种疾病的辅助治疗。另外，苏氨酸铁盐还是一种广泛应用的抗贫血药。
目前，苏氨酸的生产方法主要有发酵法、蛋白质水解法和化学合成法三种，其中微生物发酵法已经成为生产苏氨酸的主流方法。L-苏氨酸的主要生产菌株有大肠杆菌、谷氨酸棒状杆菌以及粘质沙雷氏菌等。另外，由于大肠杆菌具有容易培养，发酵时间短，遗传背景清晰等优点，截至目前为止，大肠杆菌已经成为发酵工业上用于生产 L-苏氨酸的最主要的菌种之一。
申请人对苏氨酸发酵作了大量研究。例如专利技术“CN110904167A”公开了L-苏氨酸发酵过程优化方法，其包括如下步骤：步骤1）制备发酵培养基：蔗糖60g/L，葡萄糖30g/L，玉米浆20g/L，硫酸铵5g/L，磷酸二氢钾0.5g/L，磷酸氢二钾0.5g/L，七水硫酸镁0.1g/L，七水硫酸亚铁 10mg/L，一水硫酸锰10mg/L，VB1 2mg/L，VH 50μg/L。步骤2）发酵：将L-苏氨酸生产菌株（以大肠杆菌工程菌TRFC为例）种子液按照1.5%的接种量接入到含有发酵培养基的发酵罐中进行发酵，接种密度OD600为0.4，温度36℃，搅拌转速为300-500rpm，通过通气和搅拌控制溶氧量为20%，以泡敌消泡，发酵时间为36h，停止发酵，收集发酵液；发酵过程中需要流加补料液，具体如下：1）通过流加50%（蔗糖50g加水定溶至100ml即为50%溶液）的蔗糖溶液控制含糖量为3%，直至发酵结束；2）通过流加20%的氨水控制pH为7.0，直至发酵结束；3）在发酵至20h左右，于每升发酵液中以2ml/h的流速往发酵罐中补料流加双氧水，直至发酵结束；4）在发酵至20h左右，于每升发酵液中以15ml/h的流速往发酵罐中补料流加琥珀酸和柠檬酸钠的混合水溶液，直至发酵结束；所述混合水溶液中，琥珀酸和柠檬酸钠的浓度均为50g/L；5）在发酵至30h左右，往发酵罐中一次性添加壳聚糖，控制壳聚糖的浓度为40mg/L。经过检测，上述发酵液中苏氨酸的含量接近120g/L。在上述专利技术的基础上，申请人继续进行改进优化，旨在进一步提升苏氨酸发酵产量。
氧的供应量和利用率对维持细菌活力以及产酸能力尤为重要。苏氨酸前体物草酰乙酸主要由对氧浓度要求高的 TCA循环和磷酸烯醇丙酮酸羧化反应提供，充分供氧，可使菌体呼吸充足，将有利于提高产酸和糖酸转化。在发酵过程中，需要改善发酵过程中的供氧矛盾，才能大幅度提高产物的产量。解决微生物发酵过程中的氧气供求矛盾为实现高密度发酵培养提供了良好途径。靠调节转速和通气量来保持整个发酵过程中稳定的溶氧，简单有效，但是随着发酵时间的增加，溶氧环境以及菌体对氧的吸收利用变差，无法通过搅拌和通风等常规手段来维持和提升菌体对氧的利用率。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种苏氨酸生产提取工艺的优化方法。
为了实现上述目的，本发明是通过如下技术方案来实现的：
一种苏氨酸生产提取工艺的优化方法，其包括生产发酵工艺和分离提取工艺。
进一步地，所述生产发酵工艺包括：
将生产L-苏氨酸的大肠杆菌工程菌种子液接入到含有发酵培养基的发酵罐中进行发酵，接种密度OD600为0.4，温度36℃，搅拌转速为300rpm，通过通气和搅拌控制溶氧量为20%，以泡敌消泡，发酵时间为36h，停止发酵，收集发酵液；发酵过程中需要流加补料液，具体如下：
1）通过流加50%的蔗糖溶液控制含糖量为3%，直至发酵结束；2）通过流加20%的氨水控制pH为7.0，直至发酵结束；3）在发酵至20h左右，于每升发酵液中以2ml/h的流速往发酵罐中补料流加双氧水，直至发酵结束；4）在发酵至20h左右，于每升发酵液中以15ml/h的流速往发酵罐中补料流加琥珀酸、柠檬酸钠、甘露醇以及α-酮戊二酸的混合水溶液，直至发酵结束；5）在发酵至30h左右，往发酵罐中一次性添加壳聚糖。
进一步地，所述分离提取工艺包括：
1）过滤：将发酵液首先经过碟片离心机以4000rpm离心5min，收集上层液体和沉淀；上层液体经过陶瓷膜过滤，收集滤过液，将滤过液经卧螺离心机分离，离心速度为5000rpm，离心时间为3min，收集上清液；然后经过超滤膜过滤，收集透过液；
2）浓缩结晶：将透过液经过蒸发器浓缩至原液体积的1/3，用间歇式单效浓缩结晶锅结晶，当锅内料液浓缩至波美度27-30时开始加晶种，结晶过程控制温度65℃，真空度0.08MPa；
3）分离晶体：当锅内晶体大小在0.7-1.8mm间时；用离心机进行离心，收集晶体和一次母液；
4）干燥：分离出的晶体进行干燥，得到苏氨酸产品；
5）一次母液结晶和分离：将一次母液进行浓缩结晶，然后离心，收集晶体和二次母液；
6）色谱分离：二次母液利用顺序式模拟移动床进行色谱分离，去除糖、盐以及色素等杂质，得到富含苏氨酸的分离液；
7）结晶和分离：将所得分离液进行结晶处理，离心分离晶体，然后与步骤5）所得晶体合并，打入步骤2）中的间歇式单效浓缩结晶锅中，进行结晶。
优选地，所述混合水溶液中，琥珀酸和柠檬酸钠的浓度均为50g/L，甘露醇的浓度为15g/L，α-酮戊二酸的浓度为25g/L。
优选地，所述壳聚糖的浓度为40mg/L。
优选地，所述发酵培养基为：蔗糖60g/L，葡萄糖30g/L，玉米浆20g/L，硫酸铵5g/L，磷酸二氢钾0.5g/L，磷酸氢二钾0.5g/L，七水硫酸镁0.1g/L，七水硫酸亚铁 10mg/L，一水硫酸锰10mg/L，VB1 2mg/L，VH 50μg/L。
优选地，所述陶瓷膜截留分子量为1万Da。
优选地，所述超滤膜截留分子量为300Da。
本发明研究的出发点以及取得的有益效果主要包括但是并不限于以下几个方面：
发酵中后期，添加甘露醇能够提高细胞对氧的利用效率，可能原因是适当浓度的甘露醇能够刺激大肠杆菌氧结合蛋白的表达，提高对环境中氧的摄入，将氧进行转运直至代谢，进而提升苏氨酸的生产效率。流加适当浓度的α-酮戊二酸能够调节蛋白代谢，提高菌体细胞的生长速率，有利于提高苏氨酸的产量。本发明在现有研究的基础上，通过改进菌体细胞对氧的摄入效率，来提高苏氨酸的产量，为工业化推广生产打下基础。
附图说明
图1：甘露醇对发酵液中苏氨酸含量的影响；
图2：α-酮戊二酸对发酵液中苏氨酸含量的影响。
具体实施方式
本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的产品及方法已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的产品及方法进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
苏氨酸发酵生产工艺：
步骤1）制备发酵培养基：蔗糖60g/L，葡萄糖30g/L，玉米浆20g/L，硫酸铵5g/L，磷酸二氢钾0.5g/L，磷酸氢二钾0.5g/L，七水硫酸镁0.1g/L，七水硫酸亚铁 10mg/L，一水硫酸锰10mg/L，VB1 2mg/L，VH 50μg/L。步骤2）发酵：将L-苏氨酸生产菌株（以大肠杆菌工程菌TRFC为例）种子液按照1.5%的接种量接入到含有发酵培养基的发酵罐中进行发酵，接种密度OD600为0.4，温度36℃，搅拌转速为300rpm，通过通气和搅拌控制溶氧量为20%，以泡敌消泡，发酵时间为36h，停止发酵，收集发酵液；发酵过程中需要流加补料液，具体如下：1）通过流加50%（蔗糖50g加水定溶至100ml即为50%溶液）的蔗糖溶液控制含糖量为3%，直至发酵结束；2）通过流加20%的氨水控制pH为7.0，直至发酵结束；3）在发酵至20h左右，于每升发酵液中以2ml/h的流速往发酵罐中补料流加双氧水，直至发酵结束；4）在发酵至20h左右，于每升发酵液中以15ml/h的流速往发酵罐中补料流加琥珀酸、柠檬酸钠、甘露醇以及α-酮戊二酸的混合水溶液，直至发酵结束；所述混合水溶液中，琥珀酸和柠檬酸钠的浓度均为50g/L，甘露醇的浓度为15g/L，α-酮戊二酸的浓度为25g/L；5）在发酵至30h左右，往发酵罐中一次性添加壳聚糖，控制壳聚糖的浓度为40mg/L。
对比例1
苏氨酸发酵生产工艺：
步骤1）制备发酵培养基：蔗糖60g/L，葡萄糖30g/L，玉米浆20g/L，硫酸铵5g/L，磷酸二氢钾0.5g/L，磷酸氢二钾0.5g/L，七水硫酸镁0.1g/L，七水硫酸亚铁 10mg/L，一水硫酸锰10mg/L，VB1 2mg/L，VH 50μg/L。步骤2）发酵：将L-苏氨酸生产菌株（以大肠杆菌工程菌TRFC为例）种子液按照1.5%的接种量接入到含有发酵培养基的发酵罐中进行发酵，接种密度OD600为0.4，温度36℃，搅拌转速为300rpm，通过通气和搅拌控制溶氧量为20%，以泡敌消泡，发酵时间为36h，停止发酵，收集发酵液；发酵过程中需要流加补料液，具体如下：1）通过流加50%（蔗糖50g加水定溶至100ml即为50%溶液）的蔗糖溶液控制含糖量为3%，直至发酵结束；2）通过流加20%的氨水控制pH为7.0，直至发酵结束；3）在发酵至20h左右，于每升发酵液中以2ml/h的流速往发酵罐中补料流加双氧水，直至发酵结束；4）在发酵至20h左右，于每升发酵液中以15ml/h的流速往发酵罐中补料流加琥珀酸、柠檬酸钠的混合水溶液，直至发酵结束；所述混合水溶液中，琥珀酸和柠檬酸钠的浓度均为50g/L；5）在发酵至30h左右，往发酵罐中一次性添加壳聚糖，控制壳聚糖的浓度为40mg/L。
实施例2
苏氨酸提取工艺：
1）过滤：发酵液首先经过碟片离心机以4000rpm离心5min，收集上层液体和沉淀；上层液体经过陶瓷膜（1万Da截留分子量）过滤，收集滤过液，将滤过液经卧螺离心机分离，离心速度为5000rpm，离心时间为3min，收集上清液；然后经过超滤膜过滤，收集透过液，超滤膜截留分子量为300Da；
2）浓缩结晶：将透过液经过蒸发器浓缩至原液体积的1/3，用间歇式单效浓缩结晶锅结晶，当锅内料液浓缩至波美度27-30时开始加晶种，结晶过程控制温度65℃左右，真空度0.08MPa左右；
3）分离晶体：当锅内晶体大小在0.7-1.8mm间时；用离心机进行离心，离心机转速由400-500r/min以10r/s的速率升至900-980r/min，然后维持900-980r/min的转速离心150s左右，最后收集晶体和一次母液；
4）干燥：分离出的晶体进行干燥，得到苏氨酸产品；
5）一次母液结晶和分离：将一次母液进行浓缩结晶，然后离心，收集晶体和二次母液；
6）色谱分离：二次母液利用顺序式模拟移动床进行色谱分离，去除糖、盐以及色素等杂质，得到富含苏氨酸的分离液；
结晶和分离：将所得分离液进行结晶处理，离心分离晶体，然后与步骤5）所得晶体合并，打入步骤2）中的间歇式单效浓缩结晶锅中，进行结晶。
经检测，采用上述工艺流程生产的苏氨酸产品质量稳定，主要指标明显优于《饲料级L-苏氨酸》（GB/T21979-2008）的要求。
实施例3
在对比例1的基础上，进行改进，旨在提高苏氨酸的发酵产量。
1.设置混合水溶液中，甘露醇的浓度为0，5，10，15，20，25，30，单位为g/L，如图1所示，随着甘露醇浓度的添加，发酵液中苏氨酸含量也随之增加，当甘露醇浓度达到15g/L时，苏氨酸含量接近峰值，继续增加甘露醇浓度，对苏氨酸产量影响不大。因此，选择甘露醇的浓度为15g/L。
2.选择甘露醇的添加浓度为15g/L，设置α-酮戊二酸的浓度为0，5，10，15，20，25，30，单位为g/L，如图2所示，低浓度添加量（0-10g/L）对发酵液中苏氨酸含量影响较小，当α-酮戊二酸的浓度增加到20g/L时，苏氨酸含量有明显的提高，较不添加提高了2.2%，当α-酮戊二酸的浓度增加到25g/L时，苏氨酸含量达到峰值。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然而，并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当然会利用揭示的技术内容作出些许更动或修饰，成为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种苏氨酸生产提取工艺的优化方法，其包括生产发酵工艺和分离提取工艺。
2.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，所述生产发酵工艺包括：
将生产L-苏氨酸的大肠杆菌工程菌种子液接入到含有发酵培养基的发酵罐中进行发酵，接种密度OD600为0.4，温度36℃，搅拌转速为300rpm，通过通气和搅拌控制溶氧量为20%，以泡敌消泡，发酵时间为36h，停止发酵，收集发酵液；发酵过程中需要流加补料液，具体如下：
1）通过流加50%的蔗糖溶液控制含糖量为3%，直至发酵结束；2）通过流加20%的氨水控制pH为7.0，直至发酵结束；3）在发酵至20h左右，于每升发酵液中以2ml/h的流速往发酵罐中补料流加双氧水，直至发酵结束；4）在发酵至20h左右，于每升发酵液中以15ml/h的流速往发酵罐中补料流加琥珀酸、柠檬酸钠、甘露醇以及α-酮戊二酸的混合水溶液，直至发酵结束；5）在发酵至30h左右，往发酵罐中一次性添加壳聚糖。
3.根据权利要求2所述的优化方法，其特征在于，所述分离提取工艺包括：
1）过滤：将发酵液首先经过碟片离心机以4000rpm离心5min，收集上层液体和沉淀；上层液体经过陶瓷膜过滤，收集滤过液，将滤过液经卧螺离心机分离，离心速度为5000rpm，离心时间为3min，收集上清液；然后经过超滤膜过滤，收集透过液；
2）浓缩结晶：将透过液经过蒸发器浓缩至原液体积的1/3，用间歇式单效浓缩结晶锅结晶，当锅内料液浓缩至波美度27-30时开始加晶种，结晶过程控制温度65℃，真空度0.08MPa；
3）分离晶体：当锅内晶体大小在0.7-1.8mm间时；用离心机进行离心，收集晶体和一次母液；
4）干燥：分离出的晶体进行干燥，得到苏氨酸产品；
5）一次母液结晶和分离：将一次母液进行浓缩结晶，然后离心，收集晶体和二次母液；
6）色谱分离：二次母液利用顺序式模拟移动床进行色谱分离，去除糖、盐以及色素等杂质，得到富含苏氨酸的分离液；
7）结晶和分离：将所得分离液进行结晶处理，离心分离晶体，然后与步骤5）所得晶体合并，打入步骤2）中的间歇式单效浓缩结晶锅中，进行结晶。
4.根据权利要求2所述的优化方法，其特征在于，所述混合水溶液中，琥珀酸和柠檬酸钠的浓度均为50g/L，甘露醇的浓度为15g/L，α-酮戊二酸的浓度为25g/L。
5.根据权利要求2所述的优化方法，其特征在于，所述壳聚糖的浓度为40mg/L。
6.根据权利要求2所述的优化方法，其特征在于，所述发酵培养基为：蔗糖60g/L，葡萄糖30g/L，玉米浆20g/L，硫酸铵5g/L，磷酸二氢钾0.5g/L，磷酸氢二钾0.5g/L，七水硫酸镁0.1g/L，七水硫酸亚铁 10mg/L，一水硫酸锰10mg/L，VB1 2mg/L，VH 50μg/L。
7.根据权利要求3所述的优化方法，其特征在于，所述陶瓷膜截留分子量为1万Da。
8.根据权利要求3所述的优化方法，其特征在于，所述超滤膜截留分子量为300Da。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111224121.0A CN113774096A (zh) | 2021-10-21 | 2021-10-21 | 一种苏氨酸生产提取工艺的优化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111224121.0A CN113774096A (zh) | 2021-10-21 | 2021-10-21 | 一种苏氨酸生产提取工艺的优化方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113774096A true CN113774096A (zh) | 2021-12-10 |
Family
ID=78873239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111224121.0A Pending CN113774096A (zh) | 2021-10-21 | 2021-10-21 | 一种苏氨酸生产提取工艺的优化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113774096A (zh) |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1372597A (zh) * | 1999-07-23 | 2002-10-02 | 阿彻-丹尼尔斯-米德兰公司 | 通过提高细胞nadph生产l－氨基酸的方法 |
| CN101389752A (zh) * | 2006-02-24 | 2009-03-18 | 三菱化学株式会社 | 能够产生有机酸的细菌以及产生有机酸的方法 |
| CN101688176A (zh) * | 2007-04-17 | 2010-03-31 | 味之素株式会社 | 具有羧基的酸性物质的生产方法 |
| CN109486876A (zh) * | 2018-12-24 | 2019-03-19 | 齐齐哈尔龙江阜丰生物科技有限公司 | 一种发酵、提取和纯化苏氨酸的方法 |
| CN110396530A (zh) * | 2018-04-25 | 2019-11-01 | 卢松 | 一种提高苏氨酸产量和收率的方法 |
| CN110846350A (zh) * | 2019-09-12 | 2020-02-28 | 赵兰坤 | 一种苏氨酸生产和分离精制工艺 |
| CN110904167A (zh) * | 2019-12-19 | 2020-03-24 | 赵兰坤 | L-苏氨酸发酵过程优化方法 |
| CN110923273A (zh) * | 2019-12-02 | 2020-03-27 | 齐齐哈尔龙江阜丰生物科技有限公司 | 一种提高微生物发酵产苏氨酸的方法 |
| CN111004822A (zh) * | 2019-12-21 | 2020-04-14 | 赵兰坤 | 高纯度苏氨酸的生产工艺 |
| CN112481322A (zh) * | 2020-12-27 | 2021-03-12 | 赵兰坤 | 苏氨酸高效发酵生产工艺 |
| CN112501221A (zh) * | 2020-12-14 | 2021-03-16 | 呼伦贝尔东北阜丰生物科技有限公司 | 一种提高苏氨酸糖酸转化率的方法 |
-
2021
- 2021-10-21 CN CN202111224121.0A patent/CN113774096A/zh active Pending
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1372597A (zh) * | 1999-07-23 | 2002-10-02 | 阿彻-丹尼尔斯-米德兰公司 | 通过提高细胞nadph生产l－氨基酸的方法 |
| CN101389752A (zh) * | 2006-02-24 | 2009-03-18 | 三菱化学株式会社 | 能够产生有机酸的细菌以及产生有机酸的方法 |
| CN101688176A (zh) * | 2007-04-17 | 2010-03-31 | 味之素株式会社 | 具有羧基的酸性物质的生产方法 |
| CN110396530A (zh) * | 2018-04-25 | 2019-11-01 | 卢松 | 一种提高苏氨酸产量和收率的方法 |
| CN109486876A (zh) * | 2018-12-24 | 2019-03-19 | 齐齐哈尔龙江阜丰生物科技有限公司 | 一种发酵、提取和纯化苏氨酸的方法 |
| CN110846350A (zh) * | 2019-09-12 | 2020-02-28 | 赵兰坤 | 一种苏氨酸生产和分离精制工艺 |
| CN110923273A (zh) * | 2019-12-02 | 2020-03-27 | 齐齐哈尔龙江阜丰生物科技有限公司 | 一种提高微生物发酵产苏氨酸的方法 |
| CN110904167A (zh) * | 2019-12-19 | 2020-03-24 | 赵兰坤 | L-苏氨酸发酵过程优化方法 |
| CN111004822A (zh) * | 2019-12-21 | 2020-04-14 | 赵兰坤 | 高纯度苏氨酸的生产工艺 |
| CN112501221A (zh) * | 2020-12-14 | 2021-03-16 | 呼伦贝尔东北阜丰生物科技有限公司 | 一种提高苏氨酸糖酸转化率的方法 |
| CN112481322A (zh) * | 2020-12-27 | 2021-03-12 | 赵兰坤 | 苏氨酸高效发酵生产工艺 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 李杰等: "代谢组学分析甜菜碱对大肠杆菌合成苏氨酸的影响", 食品与发酵工业, vol. 47, no. 17, pages 34 - 40 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107058416B (zh) | 一种精制谷氨酸的发酵工艺 | |
| CN109486876B (zh) | 一种发酵、提取和纯化苏氨酸的方法 | |
| CN104694612B (zh) | 一种工业化发酵高产l‑色氨酸的方法 | |
| CN103215322A (zh) | 一种提高l-缬氨酸产率的发酵方法 | |
| CN111004822A (zh) | 高纯度苏氨酸的生产工艺 | |
| CN109136299B (zh) | 一种制备、提取以及纯化苏氨酸的方法 | |
| CN111139273B (zh) | 一种制备、分离和提取l-色氨酸的方法 | |
| CN112501221A (zh) | 一种提高苏氨酸糖酸转化率的方法 | |
| CN112322673A (zh) | 一种谷氨酸的发酵方法 | |
| CN103992964B (zh) | 一种耐高pH值菌种及发酵法生产赖氨酸方法 | |
| CN113774096A (zh) | 一种苏氨酸生产提取工艺的优化方法 | |
| CN106086099B (zh) | L-缬氨酸发酵培养基及用其生产l-缬氨酸的发酵方法 | |
| CN102703525A (zh) | 一种调节发酵液渗透压提高赤藓糖醇产量的方法 | |
| CN112481321B (zh) | 颗粒型苏氨酸的生产工艺 | |
| CN111154815B (zh) | 一种提高l-色氨酸生产效率的方法 | |
| CN110004192A (zh) | 一种制取颗粒型苏氨酸的方法 | |
| CN108060192B (zh) | 用于提高麦白霉素发酵水平的发酵培养基及补料方法 | |
| CN110885865B (zh) | 一种发酵生产α型谷氨酸的方法 | |
| CN112481322A (zh) | 苏氨酸高效发酵生产工艺 | |
| CN113930465A (zh) | 一种苏氨酸发酵代谢调控工艺 | |
| CN110878325B (zh) | 一种优化的谷氨酸发酵培养基 | |
| CN102399845A (zh) | 基于尾气中co2浓度的维生素b12发酵生产控制工艺 | |
| CA2073974A1 (en) | Process for the high density fermentation of escherichia coli in an agitator vessel fermentor | |
| CN110846350A (zh) | 一种苏氨酸生产和分离精制工艺 | |
| CN110923275A (zh) | 谷氨酸的发酵和提取工艺 |
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 | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20211210 |