CN114032186A - 一种提高赤藓糖醇生产转化率和缩短发酵周期的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高赤藓糖醇生产转化率和缩短发酵周期的方法，属于生物技术领域。本发明公开的一种提高赤藓糖醇生产转化率和缩短发酵周期的方法，以酵母菌为发酵菌种，葡萄糖为碳源，通过发酵过程pH、OD、RQ的联合控制，以使菌体浓度、活力以及耗糖速率维持在最佳范围内，从而缩短发酵周期、提高赤藓糖醇的浓度和转化率。本发明方法操作简单，成本低，周期短，转化率显著提高。

Description

一种提高赤藓糖醇生产转化率和缩短发酵周期的方法
技术领域
本发明涉及生物技术领域，更具体的说是涉及一种提高赤藓糖醇生产转化率和缩短发酵周期的方法。
背景技术
赤藓糖醇，又名丁四醇，分子式为C4H10O4，普遍存在于自然界环境中，如甜瓜、海藻、蘑菇、葡萄等水果和蔬菜中。赤藓糖醇是一种新型功能性糖醇，具有熔点低、甜味协调性好、热量低、吸湿性低、溶解时吸热多以及对酸、热的稳定性高等良好的理化特性性质。赤藓糖醇作为一种具有良好的理化特性和生物学活性的功能性糖醇，被广泛应用在食品饮料、乳制品、日化以及医药等行业中。
赤藓糖醇最早是从藻类、苔藓及某些草类中提取获得的，但其成本高，产量很低，目前赤藓糖醇的生产方法主要有化学合成法、微生物发酵法。其中微生物发酵法由于生产条件温和、能耗低、食品安全性高、环境友好等优势被广泛采用。微生物发酵法大多以耐高渗酵母菌种发酵，将葡萄糖转化成赤藓糖醇，再经分离、提取、精制获得赤藓糖醇成品。但利用酵母菌、以葡萄糖为碳源发酵时所生产的赤藓糖醇转化率较低，而且由于发酵周期长，发酵过程转化污染杂菌的概率增加。
当前，微生物发酵法生产赤藓糖醇过程中，大多数研究是从菌种改良、培养基优化、培养温度、pH、溶解氧等单因素着手来提高赤藓糖醇的含量，但这些发酵条件的控制较为单一，未能实现在发酵过程中根据耐高渗酵母生长特性的实时调整，来达到菌种最适生长代谢环境，而微生物发酵法中菌种生长是一动态过程，发酵过程中需要实时根据其细胞生长代谢情况进行一个发酵过程在线的反馈调控，将赤藓糖醇的转化率达到最高，发酵周期最短。
因此，提供一种提高赤藓糖醇生产转化率和缩短发酵周期的在线实时调控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，本发明提供了一种提高赤藓糖醇生产转化率和缩短发酵周期的方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种提高赤藓糖醇生产转化率和缩短发酵周期的方法，具体步骤如下：
(1)将OD600nm＝10-15的酵母菌种子液接种于发酵培养基中培养发酵，发酵初始pH值为6.0-6.8；该发酵阶段通过对pH、OD的联合调控使RQ处于0.2-1.5增加阶段，控制发酵参数：温度30±0.5℃，溶解氧DO 2～35％，罐压0.02～0.10Mpa，转速100-400rpm，pH3.5-4.0，使OD快速增长至酵母菌细胞密度OD600nm＝30-55；
(2)酵母菌细胞密度OD600nm＝30-55时，进入发酵转化产赤藓糖醇阶段；在该阶段根据pH、DO与RQ联合调控优化发酵工艺参数，其中调控发酵工艺参数为罐压0.02～0.05Mpa，反应罐内通气比为0.5-1.0vvm，温度30±0.5℃，pH为2.5-3.4，转速150-300r/min，溶解氧DO 10～20％，维持RQ 0.8-1.2；
(3)发酵直至发酵液中葡萄糖含量≤5.0g/L，发酵结束。
进一步，步骤(1)所述酵母菌为解脂耶氏酵母(山东省食品发酵工业研究设计院提供的市售菌株)。
进一步，步骤(1)所述接种量为10％。
进一步，步骤(1)所述发酵培养基的组成如下：280-300g/L葡萄糖、1-10g/L酵母粉、1-10g/L磷酸氢二铵、1-10g/L玉米浆、0.1-10g/L磷酸二氢钾、0.1-5gL硫酸镁，其余为水。
步骤(1)所述RQ为呼吸熵，呼吸熵RQ＝放出的CO2量/吸收的O2量，采用质谱仪对发酵过程中的尾气实时在线采集后通过发酵之星软件在线计算获得。
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提高赤藓糖醇生产转化率和缩短发酵周期的方法，以酵母菌为发酵菌种，葡萄糖为碳源，通过发酵过程pH、OD、RQ的联合控制，以使菌体浓度、活力以及耗糖速率维持在最佳范围内，从而缩短发酵周期、提高赤藓糖醇的浓度和转化率。本发明方法操作简单，成本低，周期短，转化率显著提高。
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
一种提高赤藓糖醇生产转化率和缩短发酵周期的方法，具体步骤如下：
(1)将解脂耶氏酵母在摇床中进行培养，得到OD600nm为10的酵母菌种子液。
(2)将发酵培养基在105℃灭菌15min，冷却后将酵母菌种子液接种于发酵培养基中进行培养，接种量10％，发酵初始pH6.8；该发酵阶段通过对pH、OD的联合调控使RQ处于0.2-1.1增加趋势阶段，控制发酵参数：温度30±0.5℃，溶解氧DO 2～30％，罐压0.02～0.10MPa，转速100-400rpm，pH3.5，使菌体细胞密度OD600nm增长至35；其中发酵培养基的配方为：葡萄糖300g/L、酵母粉5g/L、磷酸氢二铵10g/L、玉米浆(波美度19.5)10g/L、磷酸二氢钾5g/L、硫酸镁5g/L。
(3)发酵到OD600nm为35时，进入发酵转化产赤藓糖醇阶段，在该阶段根据pH、DO与RQ联合调控优化发酵工艺参数，其中调控发酵工艺参数为罐压0.02～0.05Mpa，反应罐内通气比为0.5-1.0vvm，温度30±0.5℃，pH为3.2，转速150-300r/min，溶解氧DO 10～20％，维持RQ 0.8-1.0；
(4)发酵直至葡萄糖含量低于5.0g/L，发酵结束，得发酵周期84h，发酵液中赤藓糖醇含量208g/L，赤藓糖醇的转化率为69.3％。
实施例2
一种提高赤藓糖醇生产转化率和缩短发酵周期的方法，具体步骤如下：
(1)将解脂耶氏酵母在摇床中进行培养，得到OD600nm为12的酵母菌种子液。
(2)将发酵培养基在105℃灭菌15min，冷却后将酵母菌种子液接种于发酵培养基中进行培养，接种量10％，发酵初始pH6.3；该发酵阶段通过对pH、OD的联合调控使RQ处于0.2-1.5增加趋势阶段，控制发酵参数：温度30±0.5℃，溶解氧DO 2～30％，罐压0.02～0.10MPa，转速100-400rpm，pH4.0，使菌体细胞密度OD600nm增长至55；发酵培养基的配方为：葡萄糖290g/L、酵母粉10g/L、磷酸氢二铵5g/L、玉米浆(波美度19.5)5g/L、磷酸二氢钾10g/L、硫酸镁0.5g/L。
(3)发酵到OD600nm为55时，进入发酵转化产赤藓糖醇阶段，在该阶段根据pH、DO与RQ联合调控优化发酵工艺参数，其中调控发酵工艺参数为罐压0.02～0.05Mpa，反应罐内通气比为0.5-1.0vvm，温度30±0.5℃，pH为2.5，转速150-300r/min，溶解氧DO 10～20％，维持RQ 1.0-1.2；
(4)发酵直至葡萄糖含量低于5.0g/L，发酵结束，得发酵周期72h，发酵液中赤藓糖醇含量195.8g/L，赤藓糖醇的转化率为67.5％。
实施例3
一种提高赤藓糖醇生产转化率和缩短发酵周期的方法，具体步骤如下：
(1)将解脂耶氏酵母在摇床中进行培养，得到OD600nm为15的酵母菌种子液。
(2)将发酵培养基在105℃灭菌15min，冷却后将酵母菌种子液接种于发酵培养基中进行培养，接种量10％，发酵初始pH6.0；该发酵阶段通过对pH、OD的联合调控使RQ处于0.2-1.0增加趋势阶段，控制发酵参数：温度30±0.5℃，溶解氧DO 2～30％，罐压0.02～0.10MPa，转速100-400rpm，pH3.7，使菌体细胞密度OD600nm增长至45；发酵培养基的配方为：葡萄糖280g/L、酵母粉1g/L、磷酸氢二铵1g/L、玉米浆(波美度19.5)1g/L、磷酸二氢钾1g/L、硫酸镁1g/L。
(3)发酵到OD600nm为45时，进入发酵转化产赤藓糖醇阶段，在该阶段根据pH、DO与RQ联合调控优化发酵工艺参数，其中调控发酵工艺参数为罐压0.02～0.05Mpa，反应罐内通气比为0.5-1.0vvm，温度30±0.5℃，pH为2.8，转速150-300r/min，溶解氧DO 10～20％，维持RQ 0.9-1.1；
(4)发酵直至葡萄糖含量低于5.0g/L，发酵结束，得发酵周期76h，发酵液中赤藓糖醇含量198g/L，赤藓糖醇的转化率为70.7％。
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 (4)

1.一种提高赤藓糖醇生产转化率和缩短发酵周期的方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将OD600nm＝10-15的酵母菌种子液接种于发酵培养基中培养发酵，发酵初始pH值为6.0-6.8；该发酵阶段通过对pH、OD的联合调控使RQ处于0.2-1.5增加阶段，控制发酵参数：温度30±0.5℃，溶解氧DO2～35％，罐压0.02～0.10Mpa，转速100-400rpm，pH3.5-4.0，使OD快速增长至酵母菌细胞密度OD600nm＝30-55；
(2)酵母菌细胞密度OD600nm＝30-55时，进入发酵转化产赤藓糖醇阶段；在该阶段根据pH、DO与RQ联合调控优化发酵工艺参数，其中调控发酵工艺参数为罐压0.02～0.05Mpa，反应罐内通气比为0.5-1.0vvm，温度30±0.5℃，pH为2.5-3.4，转速150-300r/min，溶解氧DO10～20％，维持RQ0.8-1.2；
(3)发酵直至发酵液中葡萄糖含量≤5.0g/L，发酵结束。
2.根据权利要求1所述的一种提高赤藓糖醇生产转化率和缩短发酵周期的方法，其特征在于，步骤(1)所述酵母菌为解脂耶氏酵母。
3.根据权利要求1所述的一种提高赤藓糖醇生产转化率和缩短发酵周期的方法，其特征在于，步骤(1)所述接种量为10％。
4.根据权利要求1所述的一种提高赤藓糖醇生产转化率和缩短发酵周期的方法，其特征在于，步骤(1)所述发酵培养基的组成如下：280-300g/L葡萄糖、1-10g/L酵母粉、1-10g/L磷酸氢二铵、1-10g/L玉米浆、0.1-10g/L磷酸二氢钾、0.1-5gL硫酸镁，其余为水。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114525213A (zh) * 2022-02-23 2022-05-24 江南大学 一种高产赤藓糖醇的菌株及其发酵产赤藓糖醇的方法

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