CN115197982A - 一种生产山梨糖的连续方法 - Google Patents
一种生产山梨糖的连续方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115197982A CN115197982A CN202210275796.6A CN202210275796A CN115197982A CN 115197982 A CN115197982 A CN 115197982A CN 202210275796 A CN202210275796 A CN 202210275796A CN 115197982 A CN115197982 A CN 115197982A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fermentation
- stage
- vessel
- sorbitol
- nutrient medium
- 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
- LKDRXBCSQODPBY-AMVSKUEXSA-N L-(-)-Sorbose Chemical compound OCC1(O)OC[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O LKDRXBCSQODPBY-AMVSKUEXSA-N 0.000 title claims abstract description 23
- 238000011437 continuous method Methods 0.000 title description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 46
- FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N D-Glucitol Natural products OC[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N 0.000 claims abstract description 31
- FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N D-glucitol Chemical compound OC[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N 0.000 claims abstract description 31
- 229960002920 sorbitol Drugs 0.000 claims abstract description 31
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims description 183
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims description 183
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 claims description 29
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims description 27
- 241000589232 Gluconobacter oxydans Species 0.000 claims description 23
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 10
- 241000589236 Gluconobacter Species 0.000 claims description 8
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 229940041514 candida albicans extract Drugs 0.000 claims description 6
- 239000012138 yeast extract Substances 0.000 claims description 6
- 241000589220 Acetobacter Species 0.000 claims description 5
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000010790 dilution Methods 0.000 claims description 5
- 239000012895 dilution Substances 0.000 claims description 5
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 claims description 4
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 claims description 4
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 claims description 4
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 claims description 4
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 241000636948 Gluconobacter oxydans WSH-003 Species 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 2
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims 1
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 238000011109 contamination Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 2
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 26
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 description 8
- 239000000600 sorbitol Substances 0.000 description 8
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- ZZZCUOFIHGPKAK-UHFFFAOYSA-N D-erythro-ascorbic acid Natural products OCC1OC(=O)C(O)=C1O ZZZCUOFIHGPKAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229930003268 Vitamin C Natural products 0.000 description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 4
- 235000019154 vitamin C Nutrition 0.000 description 4
- 239000011718 vitamin C Substances 0.000 description 4
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 3
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 244000283763 Acetobacter aceti Species 0.000 description 2
- 235000007847 Acetobacter aceti Nutrition 0.000 description 2
- 241000194107 Bacillus megaterium Species 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 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 description 2
- 241001631175 Gluconobacter roseus Species 0.000 description 2
- 241000320427 Ketogulonicigenium Species 0.000 description 2
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L Magnesium sulfate Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000002518 antifoaming agent Substances 0.000 description 2
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 241000894007 species Species 0.000 description 2
- LWIHDJKSTIGBAC-UHFFFAOYSA-K tripotassium phosphate Chemical compound [K+].[K+].[K+].[O-]P([O-])([O-])=O LWIHDJKSTIGBAC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- VBUYCZFBVCCYFD-NUNKFHFFSA-N 2-dehydro-L-idonic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)C(=O)C(O)=O VBUYCZFBVCCYFD-NUNKFHFFSA-N 0.000 description 1
- 241001660259 Cereus <cactus> Species 0.000 description 1
- HEBKCHPVOIAQTA-NGQZWQHPSA-N D-Arabitol Natural products OC[C@H](O)C(O)[C@H](O)CO HEBKCHPVOIAQTA-NGQZWQHPSA-N 0.000 description 1
- RFSUNEUAIZKAJO-VRPWFDPXSA-N D-Fructose Natural products OC[C@H]1OC(O)(CO)[C@@H](O)[C@@H]1O RFSUNEUAIZKAJO-VRPWFDPXSA-N 0.000 description 1
- HEBKCHPVOIAQTA-QWWZWVQMSA-N D-arabinitol Chemical compound OC[C@@H](O)C(O)[C@H](O)CO HEBKCHPVOIAQTA-QWWZWVQMSA-N 0.000 description 1
- VBUYCZFBVCCYFD-UHFFFAOYSA-N D-arabino-2-Hexulosonic acid Natural products OCC(O)C(O)C(O)C(=O)C(O)=O VBUYCZFBVCCYFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N Fructose Chemical compound OC[C@H]1O[C@](O)(CO)[C@@H](O)[C@@H]1O RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N 0.000 description 1
- 241000032686 Gluconacetobacter liquefaciens Species 0.000 description 1
- 241001518248 Gluconobacter cerinus Species 0.000 description 1
- 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 description 1
- 239000001888 Peptone Substances 0.000 description 1
- 108010080698 Peptones Proteins 0.000 description 1
- UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M Sodium bicarbonate-14C Chemical compound [Na+].O[14C]([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960000583 acetic acid Drugs 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 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
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 239000005018 casein Substances 0.000 description 1
- BECPQYXYKAMYBN-UHFFFAOYSA-N casein, tech. Chemical compound NCCCCC(C(O)=O)N=C(O)C(CC(O)=O)N=C(O)C(CCC(O)=N)N=C(O)C(CC(C)C)N=C(O)C(CCC(O)=O)N=C(O)C(CC(O)=O)N=C(O)C(CCC(O)=O)N=C(O)C(C(C)O)N=C(O)C(CCC(O)=N)N=C(O)C(CCC(O)=N)N=C(O)C(CCC(O)=N)N=C(O)C(CCC(O)=O)N=C(O)C(CCC(O)=O)N=C(O)C(COP(O)(O)=O)N=C(O)C(CCC(O)=N)N=C(O)C(N)CC1=CC=CC=C1 BECPQYXYKAMYBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000021240 caseins Nutrition 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000013064 chemical raw material Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 1
- 238000006356 dehydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 239000012362 glacial acetic acid Substances 0.000 description 1
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 1
- 238000009655 industrial fermentation Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 235000010355 mannitol Nutrition 0.000 description 1
- 235000013372 meat Nutrition 0.000 description 1
- HEBKCHPVOIAQTA-UHFFFAOYSA-N meso ribitol Natural products OCC(O)C(O)C(O)CO HEBKCHPVOIAQTA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 1
- 235000019319 peptone Nutrition 0.000 description 1
- 229910000160 potassium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011009 potassium phosphates Nutrition 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 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
- C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
- C12P19/02—Monosaccharides
Landscapes
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Zoology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Microbiology (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
本发明提供了一种从D‑山梨糖醇连续生产山梨糖的新方法,所述方法具有显著的优点,例如高效率和低能耗,特别是提供了高转化率并避免了工业上长期实施中的污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过发酵从D-山梨糖醇生产山梨糖的连续方法。
背景技术
山梨糖是一种多用途的化工原材料,是通过D-山梨糖醇脱氢生产的。由氧化葡糖杆菌(Gluconobacter oxydans)或醋杆菌属(Acetobacter)物种每年生产了约60,000吨(I.Zebiri等人,Eur.J.Org.Chem.2011(2011)2905-2910)。山梨糖主要用作维生素C生物合成中的起始材料。几乎所有维生素C生产商都已采用通过两步发酵法合成维生素C。在发酵的第一步骤中,氧化葡糖杆菌将D-山梨糖醇转化为山梨糖。第二步骤涉及在巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)和普通生酮基古龙酸菌(Ketogulonigenium vulgare)的混合培养物中将山梨糖转化为2-酮-l-古洛糖酸(Y.B.Zhu等人,Bioresour.Technol.107(2012)399-404)。由氧化葡糖杆菌将D-山梨糖醇生物转化为山梨糖是通过两步发酵法工业化生产维生素C的关键步骤。
山梨糖可以通过以下两种工业方法生产:间歇法和连续法。在工业规模上,目前大多数山梨糖是使用分批法用游离细胞生产的(P.De Wulf等人,Biotechnol.Bioeng.69(2000)339-343)。由于该方法涉及一步催化,所以分批法的缺点是显而易见的,特别是对于每次分批循环后必须进行的清洁、灭菌和接种工序(D.Hekmat等人,Process Biochem.42(2007)71-76)。
由于强烈的底物抑制和生产抑制,连续法的性能往往不适用于工业发酵(Yamada等人,Journal of Fermentation Technology 56,29-34;和Mori,H.等人,Journal ofChemical Engineering Japan 14,65-70)。此外,对于连续发酵来说污染始终是问题。
因此,需要一种以连续方式生产L-山梨糖的有效方法。
发明内容
本发明提供了一种从D-山梨糖醇连续生产山梨糖的新方法,所述方法具有显著的优点,例如高效率和低能耗,特别是提供了高转化率并避免了工业上长期实施中的污染。
附图说明
图1示出了本发明的一个实施方式,该实施方式包括三级发酵,每一级发酵包含一个发酵容器(发酵器1、发酵器2和发酵器3);
图2示出了本发明的第二个实施方式,该实施方式包括两级发酵,其中第一级发酵包含两个发酵容器(发酵器1-1和发酵器1-2),并且第二级发酵包含一个发酵容器(发酵器2);以及
图3示出了本发明的第三实施方式,该实施方式包括三级发酵,其中第一级发酵包含三个发酵容器(发酵器1-1、发酵器1-2和发酵器1-3),第二级发酵包含两个发酵容器(发酵器2-1和发酵器2-2),并且第三级发酵包含一个发酵容器(发酵器3)。
具体实施方式
具体地,本发明提供了一种通过发酵从D-山梨糖醇连续生产山梨糖的方法,其中所述方法包括以连续次序设置的至少两级发酵,并且其中发酵的pH值被控制在约3.5与约5.5之间。
在本发明中,该方法可包括两级、三级、四级、五级或更多级发酵,优选地其包括两级、三级或四级发酵。
在本发明的方法中,每一级发酵包含至少一个发酵容器,优选其包含两个、三个、四个或更多个发酵容器。
在根据本发明的发酵容器中,将原材料D-山梨糖醇、将D-山梨糖醇转化为L-山梨糖的微生物和适用于培养所述微生物的营养培养基进料以用于发酵。
用于发酵的微生物可以是任何一种本领域已知的能够将D-山梨糖醇转化为L-山梨糖的微生物。微生物的示例包括但不限于葡糖杆菌属(Gluconobacter)和醋杆菌属的微生物,例如氧化葡糖杆菌、弱氧化葡糖杆菌(Gluconobacter suboxydans)、Gluconobactergluconicus、Gluconobacter rubiginosus、微白葡糖杆菌(Gluconobacter albidus)、工业葡糖杆菌(Gluconobacter industrius)、蜡状葡萄糖杆菌(Gluconobacter cerinus)、Gluconobacter diacetonicus、玫瑰色葡糖杆菌(Gluconobacter roseus,)、醋酸醋杆菌(Acetobacter aceti)、液化醋杆菌(Acetobacter liquefaciens)。
优选地,微生物是氧化葡糖杆菌。更优选的微生物是氧化葡糖杆菌DSM 4025、氧化葡糖杆菌DSM 17078、氧化葡糖杆菌WSH-003、氧化葡糖杆菌DSM 2343、和/或氧化葡糖杆菌ATCC 621。最优选的微生物是氧化葡糖杆菌DSM 4025。
上述微生物保存在公共微生物保藏中心(培养物保藏中心),并且任何人提出要求并支付要求的费用后均可获得。例如,氧化葡糖杆菌DSM 4025根据布达佩斯条约于1987年3月17日以DSM 4025号保藏在德国微生物菌种保藏中心(Deutsche Sammlung vonMikroorganismen und Zellkulturen,DSMZ),Mascheroder Weg 1B,D-38124,德国不伦瑞克(Braunschweig,Germany);氧化葡糖杆菌DSM 17078根据布达佩斯条约于2005年1月26日保藏在德国微生物菌种保藏中心(Deutsche Sammlung von Mikroorganismen undZellkulturen,DSMZ),Mascheroder Weg 1B,D-38124(也参见:WO2006084721A1);并且氧化葡糖杆菌ATCC 621可从美国典型培养物保藏中心(American Type Culture Collection)(Manassas,VA)获得。
关于适用于本发明方法中所用微生物的培养的营养培养基,虽然没有施加特别的限制,但是含水营养培养基可包含碳源和氮源。可被所述微生物利用的其他无机盐、少量其他营养物等对于所述微生物的有利孵育来说是所需的。通常用于使微生物更好生长的各种营养物质可以适当地被包含在培养基中。
除了在本发明的方法中用作起始材料的D-山梨糖醇之外,作为碳源的其它物质也可以存在于营养培养基中,例如甘油、D-葡萄糖、D-甘露醇、D-果糖、D-阿拉伯糖醇等。
各种有机或无机物质也可用作该方法中的氮源,例如酵母提取物、肉膏、蛋白胨、酪蛋白、玉米浆、尿素、氨基酸、硝酸盐、铵盐等。硫酸镁、磷酸钾、氯化亚铁和氯化铁、碳酸钙等可以用作无机物。
优选地,在本发明的营养培养基中含有酵母提取物、玉米浆和/或碳酸钙。更优选地,本发明的营养培养基中含有酵母提取物或玉米浆和碳酸钙。
这些营养物的混合比率和每种成分的量可以随着所采用的微生物的一般性质、起始材料D-山梨糖醇的量、要接种的微生物中的一种微生物相对于另一种微生物的量和接种次数而变化,并且可以根据单独情况的细节来选择或确定孵育的其它条件。
发酵条件可以取决于所采用的特定微生物的物种和一般特征而变化。
在本发明中,发酵容器所含营养培养基中的起始材料D-山梨糖醇的合适浓度取决于所采用的微生物和任何情况下的发酵水平。优选地,在第一级发酵中营养培养基中的D-山梨糖醇的浓度为约100g/l至约500g/l,更优选约150g/l至约450g/l,更优选约160g/l至约400g/l,例如160g/l、180g/l、200g/l、250g/l、300g/l、320g/l、340g/l、360g/l、380g/l和400g/l。
在本发明中,发酵的温度合适地为约15℃至约45℃,优选约20℃至约40℃,例如20℃、25℃、30℃、35℃和40℃。
在本发明中,发酵容器中培养基的pH值合适地为约3.5至约5.5,优选约3.8至约5.2,更优选约4.0至约5.0。本发明的发明人观察到在本发明的连续方法中控制发酵的pH值是至关重要的。
为了维持营养培养基的pH值,可以在发酵期间的合适时间以合适的量加入任何合适的酸性或碱性试剂,例如氢氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠。在本发明中,碳酸钠例如20-30重量%的水溶液是优选的。
在本发明中,在发酵容器中发酵可以以约0.1v./v./min.(气体体积/反应器体积/分钟)至约1.5v./v./min.,优选约0.2v./v./min.至约1.25v./v./min.,更优选约0.4v./v./min.至约1.0v./v./min.的空气流量进行。优选地,第一级发酵具有较高的空气流量,例如约0.8v./v./min.至约1.5v./v./min.,更优选约1.0v./v./min.至约1.2v./v./min.,并且附加级发酵具有较低的空气流量,例如约0.1v./v./min.至约0.8v./v./min.,更优选约0.2v./v./min.至0.4v./v./min.。
在本发明中,在发酵期间发酵容器中液体流的稀释率可以为约0.025h-1至约0.25h-1,优选约0.05h-1至约0.2h-1,更优选约0.075h-1至约0.15h-1,例如0.075h-1、0.08h-1、0.085h-1、0.09h-1、0.095h-1、0.1h-1、0.11h-1、0.12h-1、0.125h-1、0.13h-1、0.135h-1、0.14h-1、0.145h-1和0.15h-1。
根据本发明的发酵可以在约0.1巴至约3巴,优选约0.2巴至约2巴,更优选约0.3巴至约1.5巴的压力下进行。优选地,发酵在第一级发酵中在约1.0巴至约2.0巴,例如1.5巴的压力下进行,并且在附加级发酵中在约0.3巴至约0.5巴的压力下进行。
根据本发明的发酵优选在搅拌下进行。发酵容器中的搅拌速度可以为约150r/min至约300r/min,优选约200r/min至约250r/min。
在本发明的方法中,将原材料D-山梨糖醇、微生物和营养培养基进料到第一级发酵的发酵容器中以开始发酵。当大部分(例如至少70%)D-山梨糖醇被转化为山梨糖时,将含有D-山梨糖醇的营养培养基连续供应到第一级发酵的发酵容器中,并且与此同时将第一级发酵的发酵容器中的发酵液连续转移到第二级发酵的发酵容器中。
如本领域任何技术人员所预期的,当本发明的方法包括多于两级发酵时,当达到发酵参数,例如,附加的一定百分比的D-D-山梨糖醇被转化为山梨糖时,或者当发酵容器足够满时,发酵液也被连续地从上一级发酵的发酵容器转移到下一级发酵的发酵容器。
在本发明的一个实施方式中,该方法包括三级发酵,并且每一级包含一个发酵容器。此类实施方式在图1中示出。
如图1所示,该方法包含以连续次序设置的发酵器1、2和3。将营养培养基、山梨糖醇和微生进料到发酵器1中。在发酵期间,将营养培养基和山梨糖醇连续供应到发酵器1中,将发酵器1中的发酵液连续转移到发酵器2中,并且还将发酵器2中的发酵液连续转移到发酵器3中。
在本发明的第二实施方式中,该方法包括两级发酵,其中第一级发酵包含两个发酵容器,并且第二级发酵包含一个发酵容器。此类实施方式在图2中示出。
如图2所示,发酵器1-1和1-2在第一级发酵中并行设置,它们与第二级发酵中的发酵器2连接。在发酵期间,将营养培养基和山梨糖醇连续供应到发酵器1-1和1-2中,并且将发酵器1-1和1-2中的发酵液连续转移到发酵器2中。
在本发明的第三个实施方式中,该方法包括三级发酵,其中第一级发酵包含三个发酵容器,第二级发酵包含两个发酵容器,并且第三级发酵包含一个发酵容器。此类实施方式在图3中示出。
如图3所示,发酵器1-1、1-2和1-3在第一级发酵中并行设置,发酵器2-1和2-2在第二级发酵中并行设置,并且发酵器3设置在第三级发酵中。在发酵期间,将营养培养基和山梨糖醇连续供应到发酵器1-1、1-2和1-3中,将发酵器1-1、1-2和1-3中的发酵液连续转移到发酵器2-1和2-2中,并且还将发酵器2-1和2-2中的发酵液连续转移到发酵器3中。
在本发明的方法中,将向第一级发酵的发酵容器供应营养培养基的速率调节至将发酵液从上一级发酵的发酵容器转移至下一级发酵的发酵容器的速率,使得每一级发酵的发酵容器中的工作体积保持基本上恒定。
任选地,还将营养培养基供应到第二级或附加级发酵的发酵容器中。供应到第二级或附加级发酵的营养培养基合适地与第一级发酵中使用的营养培养基基本上相同,除了它包含或不包含山梨糖醇。在一个优选实施方式中,将在营养物及其浓度方面具有不同组成的营养培养基以可变的速率从单独的储存容器供应到不同级发酵的发酵容器中,以便使得能够建立用于微生物在发酵液中生长的最佳条件。
根据本发明的方法生产的山梨糖可以通过本身已知的常规方法进行分离和纯化,或者其可以经转移以储存或在下一个工业步骤中使用。
任选地,来自任何级发酵的含有山梨糖的发酵液可以被灭菌。这可以通过将发酵容器中的发酵液加热至约80℃至约150℃,优选90℃至130℃的温度来实现,或者通过在已经将发酵液从发酵容器中取出(排出)后,但在将所述发酵液引入下一个发酵容器/或储存或进入下一个工业步骤之前,加热至此类温度来实现。
与分批发酵相比,本发明的连续发酵具有明显的优点,例如高效率和低能耗。特别地,本发明的方法提供了高转化率并避免了污染,污染是本领域中长期存在的难题。根据实验,本发明的方法已经连续实施大于1400小时,并且没有污染发生。
通过以下实施例进一步说明本发明,在所述实施例中百分比以重量/体积为基础表示。
实施例1:营养培养基的制备
制备用于第一级发酵的含水种子培养基,所述含水种子培养基含有28.6%的D-山梨糖醇、0.14%的酵母提取物、0.1%的碳酸钙、0.087%的冰醋酸和0.025%的消泡剂(GPE-3000)。将所述含水种子培养基在121℃灭菌35分钟,然后冷却到35℃备用。
将一满接种环的氧化葡糖杆菌DSM 4025转移到1:1摇瓶中的300ml种子培养基中。将烧瓶在28℃振荡孵育2天。
制备用于在发酵期间使用的含水培养基,所述含水培养基含有32%的D-山梨糖醇、0.25%的酵母提取物和0.015%的消泡剂(GPE-3000)。将所述含水培养基在124℃灭菌2分钟,然后冷却到40℃备用。
实施例2
组装如图3所示的生物反应器系统。发酵器配备有气体供应和搅拌器。将生物反应器通过以下连续步骤投入运行:
1.在合适的分隔间中于121℃高压灭菌20分钟。
2.在无菌条件下,向每个发酵器1-1、发酵器1-2和发酵器1-3中充入600mL实施例1中所述的种子培养基,以在以下条件下开始发酵:pH=4.0、温度=35℃、空气流量=1.0v./v./min.、压力=1.5巴,和搅拌速度:220r/min。
3.当发酵器1-1、发酵器1-2或发酵器1-3中的pH值低于4.0时,加入25%碳酸钠水溶液以维持pH值在4.0。
4.当山梨糖醇的转化率达到90%时,在无菌条件下以稀释率=0.085h-1将实施例1中所述的培养基连续泵入发酵器1-1、发酵器1-2和发酵器1-3中。与此同时从发酵器1-1、发酵器1-2和发酵器1-3的底部排出发酵液并将其连续泵入发酵器2-1和发酵器2-2,以用于在以下条件下进一步发酵:pH=3.5-4.0、温度=35℃、稀释率=0.125h-1,空气流量=0.4v./v./min.,压力=1.0巴,和搅拌速度:220r/min。
5.当发酵器2-1和发酵器2-2约70%(体积)充满来自发酵器1-1、发酵器1-2和发酵器1-3的发酵液时,将发酵液从底部排出并连续泵入发酵器3,以用于在以下条件下进一步发酵:pH=3.5-4.0、温度=35℃、稀释率=0.125h-1、空气流量=0.4v./v./min.,和压力=0.3-0.5巴。
6.当发酵器3约70%(体积)充满来自发酵器2-1和发酵器2-2的发酵液时,将发酵液从底部排出并连续泵入储存罐。
用高效液相色谱法测量发酵期间山梨糖醇和山梨糖的浓度。结果在表1中显示。
表1
发酵级 | 1 | 2 | 3 |
山梨糖醇的总转化率 | 77.3% | 99.27% | 99.92% |
Claims (18)
1.一种通过发酵从D-山梨糖醇连续生产山梨糖的方法,其中所述方法包括以连续次序设置的至少两级发酵,并且其中所述发酵的pH值被控制在约3.5至约5.5。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述方法包括两级、三级或四级发酵。
3.根据权利要求1所述的方法,其中每一级发酵包含两个、三个、四个或更多个发酵容器。
4.根据权利要求1所述的方法,其中所述方法包括三级发酵,并且每一级发酵包含一个发酵容器。
5.根据权利要求1所述的方法,其中所述方法包括两级发酵,并且第一级发酵包含两个发酵容器,并且第二级发酵包含一个发酵容器。
6.根据权利要求1所述的方法,其中所述方法包括三级发酵,并且第一级发酵包含三个发酵容器,第二级发酵包含两个发酵容器,并且第三级发酵包含一个发酵容器。
7.根据权利要求1所述的方法,其中用于所述发酵的微生物选自葡糖杆菌属和醋杆菌属的微生物,例如氧化葡糖杆菌DSM 4025、氧化葡糖杆菌DSM 17078、氧化葡糖杆菌WSH-003、氧化葡糖杆菌DSM 2343和/或氧化葡糖杆菌ATCC 621。
8.根据权利要求1所述的方法,其中用于所述发酵的营养培养基包含酵母提取物、玉米浆和/或碳酸钙。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法,其中所述第一级发酵中的所述营养培养基中D-山梨糖醇的浓度为约100g/l至约500g/l,更优选约150g/l至约450g/l,更优选约160g/l至约400g/l,例如160g/l、180g/l、200g/l、250g/l、300g/l、320g/l、340g/l、360g/l、380g/l和400g/l。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的方法,其中所述发酵的温度合适地为约15℃至约45℃,优选约20℃至约40℃,例如20℃、25℃、30℃、35℃和40℃。
11.根据权利要求1-8中任一项所述的方法,其中所述发酵的pH值合适地为约3.8至约5.2,更优选约4.0至约5.0。
12.根据权利要求1-8中任一项所述的方法,其中添加氢氧化钠、碳酸钠或碳酸氢钠以维持所述营养培养基的pH值。
13.根据权利要求1-8中任一项所述的方法,其中所述第一级发酵具有约0.8v./v./min.至约1.5v./v./min.,更优选约1.0v./v./min.至约1.2v./v./min.的空气流量,并且附加级发酵具有约0.1v./v./min.至约0.8v./v./min.,更优选约0.2v./v./min.至0.4v./v./min.的空气流量。
14.根据权利要求1-8中任一项所述的方法,其中在发酵期间所述发酵容器中液体流的稀释率为约0.025h-1至约0.25h-1,优选约0.05h-1至约0.2h-1,更优选约0.075h-1至约0.15h-1,例如0.075h-1、0.08h-1、0.085h-1、0.09h-1、0.095h-1、0.1h-1、0.11h-1、0.12h-1、0.125h-1、0.13h-1、0.135h-1、0.14h-1、0.145h-1和0.15h-1。
15.根据权利要求1-8中任一项所述的方法,其中所述发酵在所述第一级发酵中在约1.0巴至约2.0巴,例如1.5巴的压力下进行,并且在所述附加级发酵中在约0.3巴至约0.5巴的压力下进行。
16.根据权利要求1-8中任一项所述的方法,其中在所述发酵期间,将含有D-山梨糖醇的营养培养基连续供应至所述第一级发酵的所述发酵容器,与此同时将所述发酵液从上一级发酵的发酵容器连续转移至下一级发酵的发酵容器中。
17.根据权利要求16所述的方法,其中将向所述第一级发酵的所述发酵容器供应所述营养培养基的速率调节至将所述发酵液从上一级发酵的发酵容器转移至下一级发酵的发酵容器的速率,使得每一级发酵的发酵容器中的工作体积保持基本上恒定。
18.根据权利要求1-17中任一项所述的方法,其中将来自每一级发酵的含有山梨糖的发酵液灭菌。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP21166497 | 2021-04-01 | ||
EP21166497.4 | 2021-04-01 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115197982A true CN115197982A (zh) | 2022-10-18 |
Family
ID=75362369
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210275796.6A Pending CN115197982A (zh) | 2021-04-01 | 2022-03-21 | 一种生产山梨糖的连续方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN115197982A (zh) |
-
2022
- 2022-03-21 CN CN202210275796.6A patent/CN115197982A/zh active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Colin et al. | Effects of acetate and butyrate during glycerol fermentation by Clostridium butyricum | |
EP0518136B1 (en) | Fermentation process for producing 2-keto-L-gulonic acid | |
US6451565B1 (en) | Method of producing γ-decalactone using Yarrowia lipolytica strain HR 145 (DSM 12397) | |
Horiuchi et al. | Effective onion vinegar production by a two-step fermentation system | |
Geehabdt et al. | Continuous industrial fermentations | |
JP4132253B2 (ja) | アンモニア耐性l(+)−乳酸産生能菌およびl(+)−乳酸の生産方法 | |
CN111534555A (zh) | 一种槐糖脂生物表面活性剂的多级连续流加双相发酵工艺 | |
CN115197982A (zh) | 一种生产山梨糖的连续方法 | |
CN105567750B (zh) | 一种两级半连续发酵生产2-酮基-d-葡萄糖酸的方法 | |
CN104357507B (zh) | 一种高浓度l‑山梨糖发酵生产工艺 | |
CN114854536B (zh) | 一种用于合成气转化的微界面强化生物反应器及其应用 | |
JPH0630593B2 (ja) | 糖類の発酵によりポリオ−ルを工業的規模で製造する方法 | |
US4731329A (en) | Ethanol production by high performance bacterial fermentation | |
CN110004202A (zh) | 一种微生物共培养催化碳水化合物合成己酸的方法 | |
EP3488020B1 (en) | Bacterial strain producing 2,3-butanediol and other metabolites | |
EP0972843A1 (en) | Continuous fermentation process | |
CN100506995C (zh) | 2-酮基-l-古洛糖酸的生产方法 | |
CA2362926A1 (en) | Method for producing l-sorbose | |
CN100560728C (zh) | 2-kga的生产方法 | |
CN1080761C (zh) | 2-酮基-l-古洛糖酸的改良性生产方法 | |
CN101643753B (zh) | 一种木糖醇的制备方法 | |
CN104975050A (zh) | 一种富马酸的制备方法 | |
US6238897B1 (en) | Continuous process for producing 2-keto-L-gulonic acid | |
US4830964A (en) | Ethanol production by high performance bacterial fermentation | |
JPH09173090A (ja) | L(+)−乳酸の製造法及びその製造装置 |
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 |