CN113956987B - 一种赤藓糖醇高转化率发酵控制方法 - Google Patents

一种赤藓糖醇高转化率发酵控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种赤藓糖醇高转化率发酵控制方法，属于发酵技术领域。本发明公开的一种赤藓糖醇高转化率发酵控制方法，通过在线实时软件测算的RQ值反馈调节转速和风量达到最优发酵产赤藓糖醇速率，提高赤藓糖醇转化率和减少发酵时间，转化率能达到55％以上，发酵时间小于100小时。

Description

一种赤藓糖醇高转化率发酵控制方法
技术领域
本发明涉及发酵技术领域，更具体的说是涉及一种赤藓糖醇高转化率发酵控制方法。
背景技术
赤藓糖醇是一种4碳糖醇，可由葡萄糖发酵制得。赤藓糖醇具有结晶性好，低热量、高稳定性、甜味协调、无吸湿性、冰点低、无龋齿性、不会引起肠胃不适等特点，另外赤藓糖醇对热和酸十分稳定，在一般食品加工条件下，几乎不会出现褐变或分解现象。赤藓糖醇独特的代谢特性决定了它具有极低能量值，赤藓糖醇的能量值经测定仅有1.67k J/g，适合糖尿病人食用，可作为糖尿病人的替代性甜味剂。
赤藓糖醇可以通过三种工艺技术生产，分别是提取、化学合成和生物发酵。在某些蘑菇品种和海藻中赤藓糖醇的含量可高达5％，因此可以通过直接提取的方法生产，但通常这些菌类和藻类还含有甘露醇和其它多元醇类，如何将这些性质比较相似的多元醇有效分离以及经济性等成为提取法生产赤藓糖醇面临的难题。化学合成法可以由丁烯二醇与过氧化氢反应合成，也可以淀粉为原料用高碘酸氧化裂解生成赤藓糖醇，但化学合成生产赤藓糖醇的工艺方法存在流程长、成本高、条件要求高、产品安全性差等不足。发酵法是以葡萄糖为原料，经耐高渗酵母菌株发酵生产赤藓糖醇，经分离、提取、精制，获得高纯度的赤藓糖醇产品，与化学合成法相比，发酵法具有条件温和、易于控制、环境友好、污染少、产品安全、原料来源丰富、成本低等优点，更易于实现规模生产。
发酵发生产用菌株：主要有假丝酵母属、球拟酵母属、毛孢子菌属、三角酵母属、毕赤酵母属等，时下以类酵母真菌Moniliella(丛梗孢科)发酵产物浓度和收率最高，大约可以达到175g/L，国内生产菌株主要为解脂假丝酵母。发酵法还存在发酵周期长，赤藓糖醇纯度和转化率不稳定等问题。需要根据菌种的代谢特性优化发酵控制以达到提高赤藓糖醇纯度和转化率降低生产成本的目的。
因此，提供一种赤藓糖醇高转化率发酵控制方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种赤藓糖醇高转化率发酵控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种赤藓糖醇高转化率发酵控制方法，具体步骤如下：
(1)将解脂假丝酵母(山东省食品发酵工业研究设计院提供的普通解脂假丝酵母)活化，进行摇床培养；当菌液OD600值为0.3～0.8，接种到灭菌的装有一级种子培养液的一级种子罐中扩大培养，获得一级种子液；
(2)当步骤(1)所述一级种子液的OD600值为0.4～0.9，接种到灭菌的装有二级种子培养液的二级种子罐中扩大培养，获得二级种子液；所述一级种子液的接种量(二级种子罐的接种量)为接种后二级种子液总体积的8％～15％；
(3)当步骤(2)所述二级种子液的OD600值为0.5～1.8，接种到灭菌的装有发酵培养液的发酵罐中扩大培养；所述二级种子液的接种量(发酵罐的接种量)为接种后发酵液总体积的8％～12％；控制发酵罐的培养条件为：转速120-200转/分钟，通气量0.6-1.0VVM，温度29℃-31℃，调节pH为3.5-6.0，开始发酵；
(4)发酵10-20小时后根据RQ(呼吸商)反馈调节控制搅拌转速和通气量，维持RQ值为0.8-1.0；通过RQ值反馈控制增加转速、通气量或降低转速、通气量；
(5)当葡萄糖浓度≤0.3g/100ml时发酵结束。
进一步，步骤(1)所述一级种子培养液配方为：酵母膏或酵母粉18-22g/L，葡萄糖150-200g/L，硫酸镁7g/L，其余为水。
进一步，步骤(1)所述一级种子罐的培养条件为：转速200-350转/分钟，通气量0.3-0.5VVM，温度26℃-28℃。
进一步，步骤(2)所述二级种子培养液配方为：酵母膏或酵母粉15-18g/L，葡萄糖200-250g/L，磷酸二氢钾5g/L，柠檬酸4g/L，硫酸镁7g/L，其余为水。
进一步，步骤(2)所述二级种子罐的培养条件为：转速150-250转/分钟，通气量0.5-0.8VVM，温度29℃-31℃。
进一步，步骤(3)所述发酵培养液配方为：酵母膏或酵母粉10-15g/L，葡萄糖300-350g/L，磷酸二氢钾8g/L，柠檬酸9g/L，硫酸镁12g/L，其余为水。
进一步，步骤(1)-步骤(3)所述灭菌方法为115℃灭菌20分钟。
进一步，步骤(4)所述RQ通过发酵之星软件或IKonw软件在线测算。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种赤藓糖醇高转化率发酵控制方法，通过在线实时软件测算的RQ值反馈调节转速和风量达到最优发酵产赤藓糖醇速率，提高赤藓糖醇转化率和减少发酵时间，转化率能达到55％以上，发酵时间小于100小时。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种赤藓糖醇高转化率发酵控制方法，具体步骤如下：
(1)解脂假丝酵母菌种活化，四个5L摇瓶摇床28℃培养；
(2)一级种子罐200L，酵母膏2.7kg、葡萄糖24.5kg，硫酸镁0.98kg，加水至140L，115℃灭菌20分钟；摇瓶菌液OD600值为0.4时接种到灭菌降温后的一级种子罐中扩大培养，获得一级种子液；一级种子罐的培养条件为转速300转/分钟，通气量0.3VVM，温度28℃；
(3)二级种子罐2000L，酵母粉20.8kg、葡萄糖285kg，磷酸二氢钾6.3kg，柠檬酸5.04kg，硫酸镁8.82kg，加水至1260L，115℃灭菌20分钟；一级种子液的OD600值为0.6时，接种到二级种子罐中扩大培养，获得二级种子液；一级种子液的接种量为接种后二级种子液总体积的10％；二级种子罐的培养条件为转速200转/分钟，通气量0.6VVM，温度29℃；
(4)发酵罐20000L，酵母粉155kg、葡萄糖4200kg，磷酸二氢钾99.8kg，柠檬酸112.3kg，硫酸镁149.8kg，加水至12480L，115℃灭菌20分钟；二级种子液的OD600值为1.1时，接种到发酵罐中扩大培养，接种量为接种后发酵液总体积的10％；控制发酵罐的培养条件为：转速120转/分钟，通气量0.6VVM，温度30℃，pH5.0；
(5)发酵12小时开始根据RQ(呼吸商)反馈调节控制搅拌转速和通气量，维持RQ值为0.8，控制转速范围：120-200转/分钟，控制通气量范围：0.6-1.0VVM。
(6)当葡萄糖浓度≤0.3g/100ml时发酵结束。
最终赤藓糖醇转化率为57％，发酵时间89小时。
实施例2
一种赤藓糖醇高转化率发酵控制方法，具体步骤如下：
(1)解脂假丝酵母菌种活化，四个5L摇瓶摇床28℃培养；
(2)一级种子罐200L，酵母膏2.7kg、葡萄糖24.5kg，硫酸镁0.98kg，加水至140L，115℃灭菌20分钟；摇瓶菌液OD600值为0.5时接种到灭菌降温后的一级种子罐中扩大培养，获得一级种子液；一级种子罐的培养条件为转速300转/分钟，通气量0.4VVM，温度28℃；
(3)二级种子罐2000L，酵母粉20.8kg、葡萄糖285kg，磷酸二氢钾6.3kg，柠檬酸5.04kg，硫酸镁8.82kg，加水至1260L，115℃灭菌20分钟；一级种子液的OD600值为0.7时，接种到二级种子罐中扩大培养，获得二级种子液；一级种子液的接种量为接种后二级种子液总体积的10％；二级种子罐的培养条件为转速180转/分钟，通气量0.6VVM，温度29℃；
(4)发酵罐20000L，酵母粉155kg、葡萄糖4200kg，磷酸二氢钾99.8kg，柠檬酸112.3kg，硫酸镁149.8kg，加水至12480L，115℃灭菌20分钟；二级种子液的OD600值为1.5时，接种到发酵罐中扩大培养，接种量为接种后发酵液总体积的10％；控制发酵罐的培养条件为：转速120转/分钟，通气量0.6VVM，温度30℃，pH5.0开始发酵；
(5)发酵20小时开始根据RQ(呼吸商)反馈调节控制搅拌转速和通气量，维持RQ值为1.0，控制转速范围：120-200转/分钟，控制通气量范围：0.6-1.0VVM。
(6)当葡萄糖浓度≤0.3g/100ml时发酵结束。
最终赤藓糖醇转化率为59％，发酵时间95小时。
实施例3
一种赤藓糖醇高转化率发酵控制方法，具体步骤如下：
(1)解脂假丝酵母菌种活化，四个5L摇瓶摇床28℃培养；
(2)一级种子罐200L，酵母膏2.52kg、葡萄糖21kg，硫酸镁0.98kg，加水至140L，115℃灭菌20分钟；摇瓶菌液OD600值为0.7时接种到灭菌降温后的一级种子罐中扩大培养，获得一级种子液；一级种子罐的培养条件为转速350转/分钟，通气量0.5VVM，温度28℃；
(3)二级种子罐2000L，酵母粉18.9kg、葡萄糖252kg，磷酸二氢钾6.3kg，柠檬酸5.04kg，硫酸镁8.82kg，加水至1260L，115℃灭菌20分钟；一级种子液的OD600值为0.7时，接种到二级种子罐中扩大培养，获得二级种子液；一级种子液的接种量为接种后二级种子液总体积的8％；二级种子罐的培养条件为转速200转/分钟，通气量0.8VVM，温度31℃；
(4)发酵罐20000L，酵母粉124.8kg、葡萄糖3744kg，磷酸二氢钾99.8kg，柠檬酸112.3kg，硫酸镁149.8kg，加水至12480L，115℃灭菌20分钟；二级种子液的OD600值为1.5时，接种到发酵罐中扩大培养，接种量为接种后发酵液总体积的12％；控制发酵罐的培养条件为：转速150转/分钟，通气量0.8VVM，温度29℃，pH6.0开始发酵；
(5)发酵20小时开始根据RQ(呼吸商)反馈调节控制搅拌转速和通气量，维持RQ值为1.0，控制转速范围：120-200转/分钟，控制通气量范围：0.6-1.0VVM。
(6)当葡萄糖浓度≤0.3g/100ml时发酵结束。
最终赤藓糖醇转化率为58％，发酵时间93小时。
实施例4
一种赤藓糖醇高转化率发酵控制方法，具体步骤如下：
(1)解脂假丝酵母菌种活化，四个5L摇瓶摇床28℃培养；
(2)一级种子罐200L，酵母膏3.08kg、葡萄糖28kg，硫酸镁0.98kg，加水至140L，115℃灭菌20分钟；摇瓶菌液OD600值为0.5时接种到灭菌降温后的一级种子罐中扩大培养，获得一级种子液；一级种子罐的培养条件为转速200转/分钟，通气量0.3VVM，温度26℃；
(3)二级种子罐2000L，酵母粉22.68kg、葡萄糖315kg，磷酸二氢钾6.3kg，柠檬酸5.04kg，硫酸镁8.82kg，加水至1260L，115℃灭菌20分钟；一级种子液的OD600值为0.7时，接种到二级种子罐中扩大培养，获得二级种子液；一级种子液的接种量为接种后二级种子液总体积的15％；二级种子罐的培养条件为转速150转/分钟，通气量0.5VVM，温度29℃；
(4)发酵罐20000L，酵母粉187.2kg、葡萄糖4368kg，磷酸二氢钾99.8kg，柠檬酸112.3kg，硫酸镁149.8kg，加水至12480L，115℃灭菌20分钟；二级种子液的OD600值为1.5时，接种到发酵罐中扩大培养，接种量为接种后发酵液总体积的8％；控制发酵罐的培养条件为：转速200转/分钟，通气量1VVM，温度31℃，pH3.5开始发酵；
(5)发酵20小时开始根据RQ(呼吸商)反馈调节控制搅拌转速和通气量，维持RQ值为1.0，控制转速范围：120-200转/分钟，控制通气量范围：0.6-1.0VVM。
(6)当葡萄糖浓度≤0.3g/100ml时发酵结束。
最终赤藓糖醇转化率为56％，发酵时间98小时。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种赤藓糖醇高转化率发酵控制方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将解脂假丝酵母活化，进行摇床培养；当菌液OD600值为0.3～0.8，接种到灭菌的装有一级种子培养液的一级种子罐中扩大培养，获得一级种子液；控制一级种子罐的培养条件为：转速200-350转/分钟，通气量0.3-0.5VVM，温度26℃-28℃；
(2)当步骤(1)所述一级种子液的OD600值为0.4～0.9，接种到灭菌的装有二级种子培养液的二级种子罐中扩大培养，获得二级种子液；所述一级种子液的接种量为接种后二级种子液总体积的8％～15％；控制二级种子罐的培养条件为：转速150-250转/分钟，通气量0.5-0.8VVM，温度29℃-31℃；
(3)当步骤(2)所述二级种子液的OD600值为0.5～1.8，接种到灭菌的装有发酵培养液的发酵罐中扩大培养；所述二级种子液的接种量为接种后发酵液总体积的8％～12％；控制发酵罐的培养条件为：转速120-200转/分钟，通气量0.6-1.0VVM，温度29℃-31℃，调节pH为3.5-6.0，开始发酵；
(4)发酵10-20小时后根据RQ反馈调节控制搅拌转速和通气量，维持RQ值为0.8-1.0；
(5)当葡萄糖浓度≤0.3g/100ml时发酵结束。
2.根据权利要求1所述的一种赤藓糖醇高转化率发酵控制方法，其特征在于，步骤(1)所述一级种子培养液配方为：酵母膏或酵母粉18-22g/L，葡萄糖150-200g/L，硫酸镁7g/L，其余为水。
3.根据权利要求1所述的一种赤藓糖醇高转化率发酵控制方法，其特征在于，步骤(2)所述二级种子培养液配方为：酵母膏或酵母粉15-18g/L，葡萄糖200-250g/L，磷酸二氢钾5g/L，柠檬酸4g/L，硫酸镁7g/L，其余为水。
4.根据权利要求1所述的一种赤藓糖醇高转化率发酵控制方法，其特征在于，步骤(3)所述发酵培养液配方为：酵母膏或酵母粉10-15g/L，葡萄糖300-350g/L，磷酸二氢钾8g/L，柠檬酸9g/L，硫酸镁12g/L，其余为水。
5.根据权利要求1所述的一种赤藓糖醇高转化率发酵控制方法，其特征在于，步骤(1)-步骤(3)所述灭菌方法为115℃灭菌20分钟。
6.根据权利要求1所述的一种赤藓糖醇高转化率发酵控制方法，其特征在于，步骤(4)所述RQ通过发酵之星软件或IKonw软件在线测算。
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