CN115029396A - 一种有效缩短维生素c一步菌发酵反应周期的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有效缩短维生素C一步菌发酵反应周期的方法,该方法包括配制种液,配制发酵培养基,发酵;所述发酵培养基的组分及占比为:山梨醇400g/L,玉米浆1.3‑1.7g/L,碳酸钙0.9‑1.1g/L,酵母膏0.9‑1.1g/L,消泡剂0.25‑0.35g/L;所述配制发酵培养基,先加入1/2山梨醇,剩余山梨醇分别在发酵步骤中山梨醇锤度降至3时分两次加入,后两次的加入量相同;本发明的方法能够使山梨醇浓度达到40%的同时解除高浓度山梨醇对生黑醋酸杆菌的抑制高的问题,同时还能够缩短发酵周期,提高产糖速率,增加OD最大值,增加设备的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及生物医药技术领域,尤其是涉及一种有效缩短维生素C一步菌发酵反应周期的方法。
背景技术
维生素C在医药和临床方面都具有重要的应用价值,亦广泛用于食品工业和化妆品工业。目前维生素C生产常用方法为“二步发酵法”,第一步发酵中需以山梨醇为底物,但是发酵过程长,操作工艺烦琐,易受杂菌、噬菌体污染等。生产中一步发酵多采用一次投醇,将山梨醇最高浓度控制在35%左右,但是当初始山梨醇浓度较高时,会导致分批发酵的氧化率减少,从而导致山梨糖的产率降低。而且在35%山梨醇浓度下的发酵,存在前期高浓度山梨醇前期对生黑醋酸杆菌抑制高的现象,但是若采用较低浓度山梨醇,则设备利用率低,目前仍没有既可以减少山梨醇前期高抑制,缩短发酵周期,还可以提高设备利用率的有效方法。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题,本发明提供一种有效缩短维生素C一步菌发酵反应周期的方法,能够使山梨醇浓度达到40%的同时解除高浓度山梨醇对生黑醋酸杆菌的抑制高的问题,同时还能够缩短发酵周期,提高产糖速率,增加OD最大值,增加设备的利用率。
为解决以上技术问题,本发明采取的技术方案如下:
一种有效缩短维生素C一步菌发酵反应周期的方法,包括配制种液,配制发酵培养基,发酵。
所述配制种液,配制一次种液,将一次种液pH调至5-5.5,然后在整个过程不再控制pH,在110-120℃灭菌18-22min后将培养温度降至30-32℃,再接入二次种液,罐压0.035-0.045MPa,通气量4.8-5.2L/min,转速290-310rpm,待糖量达到60-70mg/ml时,得到种液。
所述一次种液与二次种液的体积比为65:8-12。
所述一次种液和二次种液的组成为:山梨醇190-210g/l;玉米浆干粉4-6g/l;硫酸铵0.9-1.1g/l;磷酸二氢钾0.9-1.1g/l;种液的OD值为3-4。
所述一次种液和二次种液中的菌种为生黑醋酸杆菌,菌种保藏号为GDMCC No:61006。
所述配制发酵培养基,使用自来水配制发酵培养基,再将PH调至4.8-5.2后在113-117℃下对发酵罐培养基灭菌23-27min,得到发酵培养基。
所述发酵培养基的组分及占比为:山梨醇400g/L,玉米浆1.3-1.7g/L,碳酸钙0.9-1.1g/L,酵母膏0.9-1.1g/L,消泡剂0.25-0.35g/L;
所述玉米浆和碳酸钙均为标准产品。
所述配制发酵培养基,先加入总量的1/2山梨醇,在发酵步骤中山梨醇锤度降至3时加入总量的1/4山梨醇,待山梨醇锤度再次降至3时再加入总量的1/4山梨醇。
所述发酵,将发酵罐的通气量控制到1.7-1.9L/min,转速控制到440-460rpm,培养温度控制到35-37℃,罐压控制到0.035-0.045MPa培养,持续发酵,每1.9-2.1h取样检测发酵进程,至山梨醇浓度为零,山梨糖含量不再增加时,结束发酵。
本发明所述生黑醋酸杆菌,分类命名为:Gluconobacter oxydanssubsp.melanogenus,保藏于广东省微生物菌种保藏中心,地址为广州市先烈中路100号大院59号楼5楼,保藏日期为2020年4月29日,保藏编号为GDMCC No:61006。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
(1)本发明的有效缩短维生素C一步菌发酵反应周期的方法,OD最大值为4.598-4.872;
(2)本发明的有效缩短维生素C一步菌发酵反应周期的方法,产糖速率快,产糖速率最高值可达32.81-34.65g/l/h,产糖速率平均值可达10.15-10.94g/l/h,反应周期能够缩短至32-34h;
(3)本发明的有效缩短维生素C一步菌发酵反应周期的方法,通过分加可以在维持相同周期的条件下实现山梨醇浓度达到40%,明显缩短设备空闲时间,并将设备利用率由50%提高到75%。
附图说明
图1为实施例5的OD值数据;
图2为实施例5的山梨糖单位含量数据。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现说明本发明的具体实施方式。
实施例1
一种有效缩短维生素C一步菌发酵反应周期的方法,具体为:
1.选四个5L搅拌发酵罐紧密组合成一组,四个5L搅拌发酵罐之间不连通,按照一步发酵培养基配方配制发酵罐培养基;
所述发酵培养基的组分及占比为:山梨醇 400g/L,玉米浆 1.5g/L,碳酸钙 1g/L,酵母膏1g/L,消泡剂0.3g/L;
所述发酵培养基使用自来水配制,在配制发酵培养基时,使用自来水定容至3L后,再将PH调至4.8-5.2。
所述玉米浆和碳酸钙均为标准产品。
2.利用1L自动发酵罐培养生黑醋酸杆菌二级种液,具体的培养过程为:配制0.65L种液,将种液pH调至5.1,然后在整个过程不再控制pH,在115℃灭菌20min后将培养温度降至31℃,再接入0.1L种液,罐压0.04MPa,通气量5L/min,转速300rpm,待糖量达到60-70mg/ml时,得到培养好的二级种液。
所述种液的组成为:山梨醇200g/l;玉米浆干粉5g/l;硫酸铵1g/l;磷酸二氢钾1g/l;种液的OD值为3-4。
所述种液中的菌种为生黑醋酸杆菌,菌种保藏号为GDMCC No:61006。
3.在115℃下对发酵罐培养基灭菌25min,然后待罐内冷却后,控制初始通气量为1.8L/min,转速为450rpm,培养温度为36℃,种液的接种量为15%。
4.不同罐之间的条件对比:1#罐山梨醇一次投入;2#罐山梨醇先加入总量的1/4,剩余山梨醇在山梨醇锤度降至3时分两次加入,每次加入总量的3/8;3#罐山梨醇先加入1/2,剩余山梨醇在山梨醇锤度降至3时分两次加入,每次加入总量的1/4;4#罐山梨醇先加入3/4,剩余山梨醇分别在山梨醇锤度降至3时分两次加入,每次加入总量的1/8。
发酵过程中每2h用液相检测山梨糖含量,每8h用阿贝折射仪检测一次发酵液浓度,将发酵液浓度减去山梨糖含量除以10即为此时间点的锤度。
4.发酵数据检测:将发酵罐的通气量控制到1.8L/min,转速控制到450rpm,培养温度控制到36℃,罐压控制到0.04MPa培养,持续发酵,每2h取样检测发酵进程,至山梨醇浓度为零,山梨糖含量不再增加时,结束发酵。
5.计算与分析:1#发酵罐作为基础对照组,反应周期为40h,L-山梨糖含量355.44mg/ml,产糖速率8.89g/l/h。2#发酵罐反应周期为36h,L-山梨糖含量353.15mg/ml,产糖速率9.81g/l/h。3#发酵罐反应周期为34h,L-山梨糖含量348.37mg/ml,产糖速率10.25g/l/h;4#发酵罐反应周期为38h,L-山梨糖含量347.92mg/ml,产糖速率9.16g/l/h。2#罐反应初期产糖速率最快,OD值最高,但是补加之后,山梨醇浓度瞬间增大,导致产糖速率变缓,OD值有所下降;3#罐始终保持较低浓度的山梨醇,产糖速率和OD值在一次、二次补加山梨醇后均为受到影响;4#初始山梨醇浓度较高,导致产糖速率和OD值都较低,且形态异常的菌较多。
综合考虑,采用3#罐的培养条件进行后续实验。
实施例2
用相同配方和培养条件,重复3次实施例1的试验,均使用3#罐实验条件,从而保证实验结果准确性,避免偶发、不可重复事件。最终实验发酵周期平均为32.67h,产糖速率为10.15-10.94g/l/h之间,实验结论准确有效。
实施例3
1.利用10L自动发酵罐培养生黑醋酸杆菌二级种液,具体的培养过程为:配制6.5L种液,将种液pH调至5.1,然后在整个过程不再控制pH,在115℃灭菌20min后将培养温度降至31℃,再接入1L种液,罐压0.04MPa,通气量5L/min,转速300rpm,待糖量达到60-70mg/ml时,得到培养好的二级种液。
所述二级种液中的菌种为生黑醋酸杆菌,菌种保藏号为GDMCC No:61006。
所述种液的组成为:山梨醇200g/l;玉米浆干粉5g/l;硫酸铵1g/l;磷酸二氢钾1g/l;种液的OD值为3-4。
2. 在115℃下对50L自动发酵罐中的25L发酵培养基灭菌25min,然后待罐内冷却后,将7.5L培养好的二级种液,接入发酵罐中;
所述发酵培养基的组分及占比为:山梨醇 400g/L,玉米浆 1.5g/L,碳酸钙 1g/L,酵母膏1g/L,消泡剂0.3g/L。
3.控制发酵罐中的初始pH值为4.8-5.2,培养温度为36℃,搅拌速度为450rpm,初始加入总量的一半山梨醇,利用移种之后空闲的10L罐进行剩余山梨醇的灭菌,待山梨醇锤度降至3,补入剩余山梨醇的一半,锤度再次降至3,将剩余山梨醇一次补入,至山梨醇浓度为零,山梨糖含量不再增加时,为发酵终点。发酵33h至发酵终点后,L-山梨糖含量352.18mg/ml,产糖速率10.67g/l/h。
对比例1
生黑醋酸杆菌二级种液的组成和发酵过程与实施例3相同,其不同之处在于:山梨醇在发酵培养基的制备过程中为一次性加入。
对比例1发酵42h至终点,L-山梨糖含量358.42mg/ml,产糖速率8.53g/l/h。
实施例4
1.利用100L自动发酵罐培养生黑醋酸杆菌二级种液,具体的培养过程为:配制65L种液,将种液pH调至5.1,然后在整个过程不再控制pH,在115℃灭菌20min后将培养温度降至31℃,再接入10L种液,罐压0.04MPa,通气量5L/min,转速300rpm,待糖量达到60-70mg/ml时,得到培养好的二级种液。
所述二级种液,发酵培养基的组成及发酵培养基的灭菌方法与实施例3相同。
2.将75L培养好的二级种液,接入含有250L发酵培养基的500L自动发酵罐中,初始pH值5.0-5.3,培养温度36℃,搅拌速度450rpm进行发酵。
3.初始加入总量的一半山梨醇,利用移种之后空闲的100L罐进行剩余山梨醇的灭菌,待山梨醇锤度降至3左右,补入剩余山梨醇的一半,锤度再次降至3左右,将剩余山梨醇一次补入,至山梨醇浓度为零,山梨糖含量不再增加时,为发酵终点。发酵34h至发酵终点后,L-山梨糖含量359.42mg/ml,产糖速率10.57g/l/h。
对比例2
生黑醋酸杆菌二级种液的组成和发酵过程与实施例4相同,其不同之处在于:山梨醇在发酵培养基的制备过程中为一次性加入。
对比例1发酵41h至终点,L-山梨糖含量351.37mg/ml,产糖速率8.57g/l/h。
实施例5
按照实施例4的方法,控制山梨醇在三次加入后在发酵培养基的占比为400g/L,初始加入总量的一半山梨醇,利用移种之后空闲的100L罐进行剩余山梨醇的灭菌,待山梨醇锤度降至3左右,补入剩余山梨醇的一半,锤度再次降至3左右,将剩余山梨醇一次补入,进行了三批500L发酵罐实验,同时设置对比试验,对比试验为将山梨醇一次性加入,实验结果如下:
除非另有说明,本发明中所采用的百分数均为质量百分数。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种有效缩短维生素C一步菌发酵反应周期的方法,其特征在于,包括配制种液,配制发酵培养基,发酵;
所述配制发酵培养基,使用自来水配制发酵培养基,再将PH调至4.8-5.2后在113-117℃下对发酵罐培养基灭菌23-27min,得到发酵培养基;
所述发酵培养基的组分及占比为:山梨醇400g/L,玉米浆1.3-1.7g/L,碳酸钙0.9-1.1g/L,酵母膏0.9-1.1g/L,消泡剂0.25-0.35g/L;
所述配制发酵培养基,先加入总量的1/2山梨醇,在发酵步骤中山梨醇锤度降至3时加入总量的1/4山梨醇,待山梨醇锤度再次降至3时再加入总量的1/4山梨醇。
2.根据权利要求1所述的有效缩短维生素C一步菌发酵反应周期的方法,其特征在于,所述配制种液,配制一次种液,将一次种液pH调至5-5.5,然后在整个过程不再控制pH,在110-120℃灭菌18-22min后将培养温度降至30-32℃,再接入二次种液,罐压0.035-0.045MPa,通气量4.8-5.2L/min,转速290-310rpm,待糖量达到60-70mg/ml时,得到种液。
3.根据权利要求2所述的有效缩短维生素C一步菌发酵反应周期的方法,其特征在于,所述一次种液与二次种液的体积比为65:8-12。
4.根据权利要求3所述的有效缩短维生素C一步菌发酵反应周期的方法,其特征在于,所述一次种液和二次种液的组成为:山梨醇190-210g/l;玉米浆干粉4-6g/l;硫酸铵0.9-1.1g/l;磷酸二氢钾0.9-1.1g/l;种液的OD值为3-4。
5.根据权利要求1所述的有效缩短维生素C一步菌发酵反应周期的方法,其特征在于,所述发酵,将发酵罐的通气量控制到1.7-1.9L/min,转速控制到440-460rpm,培养温度控制到35-37℃,罐压控制到0.035-0.045MPa培养,持续发酵,每1.9-2.1h取样检测发酵进程,至山梨醇浓度为零,山梨糖含量不再增加时,结束发酵。
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