CN114540434A - 一种提高丁酸发酵产物收率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于丁酸发酵技术领域，具体涉及一种提高丁酸发酵产物收率的方法，在丁酸发酵结束后，通过流加碱液将pH调高至7.0‑8.0，并继续发酵16h，所述碱液为氢氧化钠或氢氧化钙。以此来提高丁酸发酵液中乳酸、乙酸转化为丁酸的能力和促进发酵液中游离的丁酸结合碱液形成丁酸盐减少在浓缩蒸发时带来的蒸发损失。
Description
技术领域
本发明属于丁酸发酵技术领域，具体涉及一种提高丁酸发酵产物收率的方法。
背景技术
丁酸是反刍动物瘤胃和杂食动物结肠中微生物发酵碳水化合物的产物，具有较强的杀菌作用，被认为是抗生素的潜在替代物。丁酸与抗生素合用可提高疗效，大量实验表明它无毒副作用，广泛应用于医药、功能性保健食品和动物饲料的添加剂。目前丁酸发酵培养仍大都停留在实验室阶段，产物浓度基本在20-40g/L左右，在工业化生产中中存在发酵效率偏低，成本偏高的情况。现有技术中，产丁酸菌为厌氧培养，发酵环境如有氧气存在菌体将不会生长，甚至死亡；另外菌体对生长最佳pH要求严格，若偏离最佳pH则可能得不到目标产物。常见的丁酸菌发酵为三级发酵，发酵过程需要检测葡萄糖、丁酸、乳酸、乙酸，pH，菌浓，等指标。发酵过程根据需要的产品用不同的碱液控制pH，（使用液碱控制pH，则得到丁酸钠；使用氢氧化钙控制pH则得到丁酸钙）。发酵结束经过二效浓缩，得到干物质含量为20-30%的丁酸产品浓缩液，使用压力喷干塔进行喷雾干燥制粒即得到丁酸盐产品。
目前经过工业化生产验证发酵结束在浓缩阶段会有5%左右的丁酸盐损失，喷雾干燥阶段会有5-10%的丁酸盐产品损失，整体提取阶段有10-20%的产品损失，导致收率下降，很大程度上造成产品成本较高的问题，难以在市场上占据优势，影响产品的推广和销售。研究表明在加热过程中会有丁酸盐的损失，主要由于高温高压情况下，游离的有机酸会随着蒸发的水分一起挥发，难于收集。
目前发酵水平仍存在发酵效率偏低，成本偏高的问题，工业化水平不高，产物浓度低，副产物较多，且在发酵到40小时以后产物浓度增加缓慢，底物培养基还未完全耗尽。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有技术中丁酸盐产品损失高，有鉴于此，本发明的目的在于提供一种提高丁酸发酵产物收率的方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种提高丁酸发酵产物收率的方法，在丁酸发酵结束后，通过流加碱液将pH调高至7.0-8.0，并继续发酵16h。
优选的，所述碱液为氢氧化钠或氢氧化钙。
本发明在丁酸发酵结束通过加碱调高pH至7.0-8.0（现有技术中放罐pH为6.0-6.5）并延长发酵时间16h，以此来提高丁酸发酵液中乳酸、乙酸转化为丁酸的能力和促进发酵液中游离的丁酸结合碱液形成丁酸盐减少在浓缩蒸发时带来的蒸发损失。
有益效果
本发明提供了一种提高丁酸发酵产物收率的方法，本发明种子阶段和发酵放罐前的阶段培养条件和控制工艺均保持不变，通过调整发酵结束后加入氢氧化钙或氢氧化钠，将发酵液的pH由6.0-6.5调节至pH为7.0-8.0，并延长16h的发酵时间，以此来提高丁酸发酵液中乳酸、乙酸转化为丁酸的能力和促进发酵液中游离的丁酸结合碱液形成丁酸盐减少在浓缩蒸发的时带来的蒸发损失。
具体实施方式
本发明提供了一种提高丁酸发酵产物收率的方法，本发明所述方法对种子阶段和发酵放罐前的阶段培养条件和控制工艺均保持不变，仅对在发酵罐结束后，或发酵进行到48h之时，先通过流加氢氧化钙或氢氧化钠碱液将发酵液pH调至7.0-8.0（原技术放罐pH为6.0-6.5）并延长16h的发酵时间，以此来提高丁酸发酵液中乳酸、乙酸转化为丁酸的能力和促进发酵液中游离的丁酸结合碱液形成丁酸盐减少在浓缩蒸发时带来的蒸发损失。
本发明对所述丁酸发酵的方法并没有特殊限定，优选为三级发酵，包括试管培养、三角瓶深层培养、种子罐扩大培养(两级扩大)和发酵。本发明对所述丁酸发酵过程中所使用的培养基并没有特殊限定，利用本领域的常规丁酸发酵用培养基即可。
下面结合实施例对本发明提供的提高丁酸发酵水平的方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
丁酸菌进行试管培养、三角瓶深层培养、种子罐扩大培养：将试管中的丁酸梭菌接入至500mL(装量为200mL)的种子培养基中，温度37℃，厌氧， pH自然，培养时间20-24h，种子培养基：葡糖糖50-100g/L，RCM培养基30-50g/L 0.5%；将经过三角瓶培养后的丁酸菌按1％的接种量投入15L种子罐中进行扩大培养：温度37℃，转速200rpm/min，培养周期10-24h，orp控制-300到-500，pH控制在5.90-6.5，种子培养基：葡糖糖50-100g/L，玉米浆干粉20-30g/L，硫酸亚铁0.1-0.5g/L，硫酸锰0.05-0.1g/L，乙酸钙5-10g/L；
发酵培养：温度37℃，转速150-200rpm/min，培养周期40-50h，orp控制-400到-500，pH控制在6.0-6.5；发酵培养基：葡糖糖100-200g/L，玉米浆干粉50-80g/L，硫酸亚铁0.2-0.5g/L，硫酸锰0.2-0.3g/L，乙酸钙20-50g/L；
发酵进行到48h之时，先通过流加氢氧化钙或氢氧化钠碱液将发酵液pH调至7.0-8.0并延长16h的发酵时间，按照常规工艺制取产品。
设置对照组为未调整pH和继续发酵即放罐的丁酸产率，结果如表1所示。
表1：
实施例2
本实施例中，除发酵时间不同外，其余条件均与实施例1相同，本实施例中对照组和实验组均加入氢氧化钠调节发酵液pH至7.5，对照组不延长发酵周期，实验组延长16h的发酵时间，结果如表2所示。
表2：
上述实验结果表明延长发酵周期，有利于丁酸的积累，适当延长发酵周期可提高放罐丁酸含量，有利于提高喷干后产品含量。
实施例3
本实施例中，除发酵液pH不同外，其余条件均与实施例1相同，本实施例对照组和实验组的发酵时间均延长16h，对照组不调节pH，保持发酵结束时为6.8的pH值，实验组加氢氧化钠调节发酵液pH至7.5，结果如表3所示。
表3：
上述实验结果表明发酵结束调高pH至7.5，有利于游离丁酸与钠盐的结合成稳定的丁酸盐，减少高温喷干过程中游离丁酸的挥发，导致产品含量下降较多。
综上可知，本发明所调整的工艺，对发酵有一定的提升作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种提高丁酸发酵产物收率的方法，其特征在于，在丁酸发酵结束后，通过流加碱液将pH调高至7.0-8.0，并继续发酵16h。
2.根据权利要求1所述的一种提高丁酸发酵产物收率的方法，其特征在于，所述碱液为氢氧化钠或氢氧化钙。
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