CN117947111A - 一种生产古龙酸的半连续发酵方法 - Google Patents

一种生产古龙酸的半连续发酵方法 Download PDF

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邹兴刚
张清河
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Abstract

本发明涉及一种生产古龙酸的半连续发酵方法,该方法以葡萄糖或山梨糖为原料,采用生酮基古龙酸杆菌和巨大芽胞杆菌混合发酵,发酵过程中控制发酵体系的pH为5.0~5.5、温度为30~45℃、通气量为0.2~1.0vvm、罐压为0.02~0.05Mpa进行发酵,发酵结束后保留部分发酵液作为菌种,继续添加葡萄糖或山梨糖进行发酵。本发明方法提高了发酵罐的单批产量和利用率,降低了单位产量的蒸汽消耗,实现了降低生产成本的目的。

Description

一种生产古龙酸的半连续发酵方法
技术领域
本发明属于发酵技术领域,具体涉及发酵生产古龙酸的半连续发酵工艺。
背景技术
古龙酸是L-抗坏血酸(VC)的合成前体,生产工艺有葡萄糖一步发酵法、山梨醇两步发酵法两种,目前以两步发酵法为主,一步法尚未工业化。随着科研工作者对两步发酵法不断地进行深入研究,包括两菌相互关系的探索、发酵工艺的优化和现代生物技术的应用等,使两步发酵法在产量、产率和生产强度等方面不断提高。
古龙酸发酵技术采用分批发酵或者补料分批发酵工艺,均为分批次发酵,即每完成一批次发酵后,需要对发酵罐进行清洗、灭菌,重新进行下一批次的发酵。
发酵行业因无菌控制较为严格,需要每批次对发酵罐进行清洗、高温灭菌,因此蒸汽等消耗较大。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的是提供一种通过葡萄糖或者山梨糖发酵生产古龙酸及其盐的半连续发酵方法。
为了实现上述目的,本发明所采用的技术方案是:
一种生产古龙酸的半连续发酵方法,包括以下步骤:
(1)种子培养:在种子罐中培养微生物,采用的培养基A中各成分的质量占种子液体积的含量为:1~2%葡萄糖或山梨糖、0.1~0.5%尿素、0.1~0.5%磷酸二氢钾、1~5%玉米浆干粉,余量为水;培养温度为30~45℃,培养时间15~30h,得到种子液;
(2)发酵:发酵时采用的培养基B各成分的质量占发酵液体积的含量为:12±1%葡萄糖或山梨糖、1.0%玉米浆干粉、0.5%尿素、0.1%磷酸二氢钾;将以上组分用饮用水溶解后得到发酵液,将发酵液泵入发酵罐中;
将所述的种子液加入发酵罐,种子液接种量为发酵液体积的2~10%,发酵罐内发酵液占发酵罐体积的80~85%;
发酵过程中检测葡萄糖或山梨糖的浓度,待发酵液中葡萄糖或山梨糖浓度低于5g/L时,从发酵罐中放出发酵液总量20~50%的发酵液,送下游提取工序进行维生素C的生产;
(3)以发酵罐中剩余的发酵液作为菌种,补加葡萄糖或山梨糖料液,继续发酵,补充的料液体积与步骤(2)中放出的发酵液相当。
所述微生物为生酮基古龙酸杆菌和巨大芽胞杆菌的混合,两种菌的质量比为1:1,接种量为培养基A的0.2~1%。
步骤(1)种子培养过程中的通气量为0.3vvm。
步骤(2)发酵过程中采用30±5%的碳酸钠溶液调节发酵液的pH,pH控制在5.0~5.5之间;发酵温度为30~45℃。
发酵时的pH值为5;发酵温度为32℃。
步骤(2)的发酵在有氧条件下进行,通气量为0.2~1.0vvm,发酵罐的压力控制在0.02~0.05Mpa。
本发明有益效果:
本发明的半连续发酵,发酵结束后保留部分发酵液作为种液,继续加入营养物质进行发酵,相比于单批发酵可以提高发酵罐的单批产量和利用率,降低单位产量的蒸汽消耗,降低生产成本。
试验表明,相比单批发酵古龙酸产量提高了53.16%,且发酵指数与单批发酵相比没有降低,在相同的蒸汽消耗下,提高了古龙酸的单批产量,该方法具有较好的应用和推广价值。
附图说明
图1半连续补料发酵及单批发酵的流程示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
实施例1
本发明生产古龙酸的半连续发酵方法如下:
(1)种子培养:种子培养采用25m3种子罐,菌种采用生酮基古龙酸杆菌(Ketogulonicigenium vulgare)和巨大芽胞杆菌(Bacillus megaterium),两种菌的质量比约为1:1,将菌种室摇瓶制得的菌悬液接入10±0.5m3高温灭菌后的培养基A,菌悬液的接种量为培养基的0.2-1%。
采用的培养基A中各成分的质量占种子液体积的含量(m/v%)为:1.5%山梨糖、1.0%玉米浆干粉、0.5%尿素、0.1%磷酸二氢钾,将上述成分溶解投入种子罐,加水定容至10±0.5m3,即得培养基。在通气量0.3vvm、温度32℃的条件下培养菌种30h,得到种子液。
(2)发酵:发酵罐采用200m3的规格,发酵时采用的培养基B,其种各成分的质量占发酵液体积的含量(m/v%)为:12±1%山梨糖、1.0%玉米浆干粉、0.5%尿素、0.1%磷酸二氢钾;将培养好的种子液全部接入已灭菌的发酵罐中,发酵罐内发酵液的总体积控制在167m3左右。在通气量0.3vvm、温度32℃、罐压0.02Mpa的条件下进行发酵。
本例采用的山梨糖质量浓度为30±1%、体积约60±10m3。山梨糖溶液加入之前,通过连消机对山梨糖溶液进行灭菌。
(3)发酵液pH的控制:发酵过程采用质量浓度30±5%的碳酸钠调节发酵液的pH,pH控制在5.0左右。
(4)山梨糖浓度的控制:发酵过程中使用液相色谱仪(岛津LC-15C)检测山梨糖的浓度,当山梨糖浓度下降至3.0g/L时,从发酵罐放出40m3的发酵液,然后补充40m3(浓度30±1%)的山梨糖至发酵罐,当山梨糖浓度再次降到3.0g/L时停止发酵,整个发酵周期为55h。
本实施例的古龙酸产量:首次从发酵罐放出40m3发酵液中的古龙酸含量105.2g/L,古龙酸产量4.2t;发酵完成后二次从发酵罐放出的发酵液体积171m3,古龙酸含量128.6g/L,古龙酸产量21.99t。两次合计放料211m3,古龙酸单批总产量26.19t,发酵指数2.381。
对照例1
为说明本发明的工艺优势,采用常规单批发酵和本发明的工艺对比,具体方法如下:
一种生产古龙酸的发酵方法如下:
(1)种子培养同实施例1。
(2)发酵配料:发酵罐采用200m3规格,培养基的组分:12±1%山梨糖、1.0%玉米浆干粉、0.5%尿素、0.1%磷酸二氢钾,灭菌后培养基的体积控制在158±1m3。将上述培养好的种子液全部接入发酵罐中。发酵条件:通气量0.3vvm、温度32℃、罐压0.02Mpa。
(3)pH控制:发酵过程中pH控制在5.0~5.5,采用30±5%的碳酸钠溶液。
(4)糖控制:使用液相色谱仪(岛津LC-15C)检测山梨糖的浓度,糖浓度下降至3.0g/L时停止发酵,发酵周期36h。
对照例1产量计算:发酵液体积167m3,古龙酸含量102.4g/L,计算单批总产量17.1t,发酵指数2.375。
实施例1与对照例1数据对比见表1:
表1两种方法发酵的数据对比
项目 周期/h 古龙酸产量/t 发酵指数 发酵体积/m3
单批发酵 36 17.1 2.375 167
半连续发酵 55 26.19 2.381 211
※发酵指数,是指单位体积(发酵罐)每小时生产的产物公斤数,用于衡量发酵的速率。
由表1可知,本发明的半连续发酵产量更高,相比单批发酵古龙酸产量提高了53.16%,且发酵指数与单批发酵相比没有降低,在相同的蒸汽消耗下,显著提高了古龙酸的单批产量。

Claims (6)

1.一种生产古龙酸的半连续发酵方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)种子培养:在种子罐中培养微生物,采用的培养基A中各成分的质量占种子液体积的含量为:1~2%葡萄糖或山梨糖、0.1~0.5%尿素、0.1~0.5%磷酸二氢钾、1~5%玉米浆干粉,余量为水;培养温度为30~45℃,培养时间15~30h,得到种子液;
(2)发酵:发酵时采用的培养基B各成分的质量占发酵液体积的含量为:12±1%葡萄糖或山梨糖、1.0%玉米浆干粉、0.5%尿素、0.1%磷酸二氢钾;将以上组分用饮用水溶解后得到发酵液,将发酵液泵入发酵罐中;
将所述的种子液加入发酵罐,种子液接种量为发酵液体积的2~10%,发酵罐内发酵液占发酵罐体积的80~85%;
发酵过程中检测葡萄糖或山梨糖的浓度,待发酵液中葡萄糖或山梨糖浓度低于5g/L时,从发酵罐中放出发酵液总量20~50%的发酵液,送下游提取工序进行维生素C的生产;
(3)以发酵罐中剩余的发酵液作为菌种,补加葡萄糖或山梨糖料液,继续发酵,补充的料液体积与步骤(2)中放出的发酵液相当。
2.根据权利要求1所述的生产古龙酸的半连续发酵方法,其特征在于,所述微生物为生酮基古龙酸杆菌和巨大芽胞杆菌的混合,两种菌的质量比为1:1,接种量为培养基A的0.2~1%。
3.根据权利要求1所述的生产古龙酸的半连续发酵方法,其特征在于,步骤(1)种子培养过程中的通气量为0.3vvm。
4.根据权利要求1所述的生产古龙酸的半连续发酵方法,其特征在于,步骤(2)发酵过程中采用30±5%的碳酸钠溶液调节发酵液的pH,pH控制在5.0~5.5之间;发酵温度为30~45℃。
5.根据权利要求4所述的生产古龙酸的半连续发酵方法,其特征在于,发酵时的pH值为5;发酵温度为32℃。
6.根据权利要求1所述的生产古龙酸的半连续发酵方法,其特征在于,步骤(2)的发酵在有氧条件下进行,通气量为0.2~1.0vvm,发酵罐的压力控制在0.02~0.05Mpa。
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