CN118048411A - 利用连续放料工艺提高谷氨酸发酵效率的方法 - Google Patents
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Abstract
利用连续放料工艺提高谷氨酸发酵效率的方法，其包括连续放料的步骤，从发酵12h时进行放料直至发酵结束，放料速度与进料的速度保持一致。利用连续放料工艺一方面可以解除发酵液中高浓度的谷氨酸对菌体产生的高渗透压，使得菌体内部合成的谷氨酸能够及时分泌到胞外，进一步解除谷氨酸的反馈调节作用；另一方面，毒害物质的分离和营养因子的添加，又进一步可以提高菌体的活力。
Description
技术领域
本发明属于生物发酵技术领域，涉及利用连续放料工艺提高谷氨酸发酵效率的方法。
背景技术
谷氨酸，是一种酸性氨基酸。分子内含两个羧基，化学名称为α-氨基戊二酸。谷氨酸是里索逊1856年发现的，为无色晶体，有鲜味，微溶于水，而溶于盐酸溶液，等电点3.22。大量存在于谷类蛋白质中，动物脑中含量也较多。谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应。谷氨酸钠俗称味精，是重要的鲜味剂，对香味具有增强作用。谷氨酸钠广泛用于食品调味剂，既可单独使用，又能与其它氨基酸等并用。用于食品内，有增香作用。在食品中浓度为0.2％-0.5％，每人每天允许摄入量为0－120微克/千克(以谷氨酸计)。在食品加工中一般用量为0.2－1.5克/公斤。
L-谷氨酸，化学名称是α-氨基戊二酸，分子式是C5H9NO4，因分子内含有两个羧基，故是酸性氨基酸。在自然界中，L-谷氨酸广泛存在于谷类植物蛋白和动物大脑中。L-谷氨酸等电点pI＝3.22，为无色颗粒状、片状或针状晶体，有鲜味，微溶于水。L-谷氨酸下游产品L-谷氨酸-钠盐，也就是日常所说的味精，因为具有鲜味而广泛应用于食品烹饪中。
谷氨酸的生产国内外使用最广泛的方法是发酵法，从发酵液中提取谷氨酸的工艺有多种，主要的方法有：等电法提取谷氨酸、离子交换法提取谷氨酸、锌盐法提取谷氨酸、盐酸盐法提取谷氨酸或电渗析法提取谷氨酸等。
谷氨酸发酵过程中，流加糖工艺必不可少。流加糖工艺成功的关键在于如何确保糖代谢速率与流加糖速率的平衡，包括菌体耗糖速度、流加量、流加时间、流加次数、流加浓度等。在生产实际中发现，谷氨酸发酵过程中糖、氨消耗成一定比例关系。通过考察发酵过程中菌体在产酸期糖、氨消耗情况，获得两者间比例关系。据此以pH反馈信号为控制条件，以一定比例的糖氨混合溶液为补料液，可将营养物利用与pH反馈相结合，使得pH反馈系统向发酵罐中流加氨的同时实现糖的补加。在产酸过程中菌体消耗葡萄糖，生成谷氨酸，导致pH下降，此时pH反馈系统自动补加氨以控制发酵液pH，由于该工艺以糖氨混合溶液作为补料液，因此在补加氨的同时会补加一定量的葡萄糖以维持葡萄糖浓度的相对稳定。菌体产酸旺盛时，氨补加量增加，相应的葡萄糖补加增多；而当菌体产酸能力下降时，发酵液pH变化减缓，pH反馈控制系统停止补碱，此时葡萄糖补加过程也同时终止。
L-谷氨酸发酵过程中，虽然有较高的产量，但是发酵液中的谷氨酸并不会以晶体形式结晶而析出，由此会增大发酵液对菌体的渗透压，使得菌体所合成的谷氨酸难以分泌到胞外。这样一来，菌体内部的谷氨酸含量也会不断积累，达到一定浓度时，就会对谷氨酸合成途径产生反馈调节作用，抑制或减弱谷氨酸的合成，同时也会引起副产物的生成量。因此，如果能够将发酵液中的高浓度谷氨酸分离出去，就会解除其对菌体所带来的高渗透压，恢复菌体的谷氨酸分泌，能够延长菌体的高速产酸时间。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了利用连续放料工艺提高谷氨酸发酵效率的方法，使得反馈调节作用得到有效解除。
本发明是通过如下技术方案来实现的：
利用连续放料工艺提高谷氨酸发酵效率的方法，其包括连续放料的步骤。
具体地，所述方法包括如下步骤：
(1)制备谷氨酸种子液：将菌种接入种子培养基中，接种量为3％；在适宜的温度、pH和溶氧条件下于5L自动控制发酵罐中培养至对数期，制得种子液；
(2)好氧发酵：将步骤(1)制得的种子液以15％接种量接种发酵，控制发酵液温度采用顺序提温模式：0～5h为33℃，5～10h为34℃，10～18h为35℃，18～26h为36℃，26～32h为37℃；通入适当空气，调节适当搅拌转速，采用分阶段供氧模式控制溶氧水平：0～15h为18％，16～32h为6％；通过自动流加氨水控制pH在7.2；并通过流加浓度为500g/L的葡萄糖溶液将残糖控制在0.5～1.0％，发酵至32h停止，得发酵液。
优选地，从发酵12h时进行放料直至发酵结束，放料速度与进料的速度保持一致。优选地，所述发酵培养基为(质量百分比)：葡萄糖10％、玉米浆0.5％、MgSO4·7H2O 0.2％、K2HPO4·3H2O 0.2％、NaCl 0.2％、MnSO4 0.001％、FeSO40.0001％、VB1 0.00001％，pH7.0～7.2。
优选地，所述种子培养基为(质量百分比)：葡萄糖2.5％、玉米浆3％、K2HPO4·3H2O 0.2％、Na2HPO40.2％、生物素0.5％、MgSO4·7H2O 0.2％、尿素0.025％，115℃灭菌15min。
优选地，所述速度控制在每分钟放料的量占总液量的0.3％。
优选地，所述进料为所述氨水和葡萄糖溶液，不足采用发酵培养基补齐。
本发明取得的有益效果主要包括但是并不限于以下几个方面：
利用连续放料工艺一方面可以解除发酵液中高浓度的谷氨酸对菌体产生的高渗透压，使得菌体内部合成的谷氨酸能够及时分泌到胞外，进一步解除谷氨酸的反馈调节作用；另一方面，毒害物质的分离和营养因子的添加，又进一步可以提高菌体的活力。
具体实施方式
本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的产品及方法已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的产品及方法进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
利用连续放料工艺提高谷氨酸发酵效率的方法，包括如下步骤：
(1)首先制备谷氨酸发酵液：培养种子，配制种子培养基(以下均为质量百分比)：葡萄糖2.5％、玉米浆3％、K2HPO4·3H2O 0.2％、Na2HPO40.2％、生物素0.5％、MgSO4·7H2O0.2％、尿素0.025％，115℃灭菌15min；将菌种接入种子培养基中，接种量为3％；在适宜的温度、pH和溶氧条件下于5L自动控制发酵罐中培养至对数期，制得种子液；
(2)好氧发酵：将步骤(1)制得的种子液以15％接种量接种发酵，控制发酵液温度采用顺序提温模式：0～5h为33℃，5～10h为34℃，10～18h为35℃，18～26h为36℃，26～32h为37℃；通入适当空气，调节适当搅拌转速，采用分阶段供氧模式控制溶氧水平：0～15h为18％，16～32h为6％；通过自动流加氨水控制pH在7.2；并通过流加浓度为500g/L的葡萄糖溶液将残糖控制在0.5～1.0％发酵至32h停止，得发酵液；从发酵12h时进行放料直至发酵结束，放料速度与流加培养基的速度保持一致；从发酵12h时进行放料直至发酵结束，放料速度与进料的速度保持一致，速度控制在每分钟放料的量占总液量的0.3％，进料为上述氨水和葡萄糖溶液，不足采用发酵培养基补齐。
其中发酵培养基为(质量百分比)：葡萄糖10％、玉米浆0.5％、MgSO4·7H2O0.2％、K2HPO4·3H2O 0.2％、NaCl 0.2％、MnSO4 0.001％、FeSO4 0.0001％、VB1 0.00001％，pH7.0～7.2。
实施例2
利用连续放料工艺提高谷氨酸发酵效率的方法，包括如下步骤：
(1)首先制备谷氨酸发酵液：培养种子，配制种子培养基(以下均为质量百分比)：葡萄糖2.5％、玉米浆3％、K2HPO4·3H2O 0.2％、Na2HPO40.2％、生物素0.5％、MgSO4·7H2O0.2％、尿素0.025％，115℃灭菌15min；将菌种接入种子培养基中，接种量为3％；在适宜的温度、pH和溶氧条件下于5L自动控制发酵罐中培养至对数期，制得种子液；
(2)好氧发酵：将步骤(1)制得的种子液以15％接种量接种发酵，控制发酵液温度采用顺序提温模式：0～5h为33℃，5～10h为34℃，10～18h为35℃，18～26h为36℃，26～32h为37℃；通入适当空气，调节适当搅拌转速，采用分阶段供氧模式控制溶氧水平：0～15h为18％，16～32h为6％；通过自动流加氨水控制pH在7.2；并通过流加浓度为500g/L的葡萄糖溶液将残糖控制在0.5～1.0％发酵至32h停止，得发酵液；从发酵12h时进行放料直至发酵结束，放料速度与进料的速度保持一致，速度控制在每分钟放料的量占总液量的0.2％，进料为上述氨水和葡萄糖溶液，不足采用发酵培养基补齐。
其中发酵培养基为(质量百分比)：葡萄糖10％、玉米浆0.5％、MgSO4·7H2O0.2％、K2HPO4·3H2O 0.2％、NaCl 0.2％、MnSO4 0.001％、FeSO4 0.0001％、VB1 0.00001％，pH7.0～7.2。
对比例1
利用连续放料工艺提高谷氨酸发酵效率的方法，包括如下步骤：
(1)首先制备谷氨酸发酵液：培养种子，配制种子培养基(以下均为质量百分比)：葡萄糖2.5％、玉米浆3％、K2HPO4·3H2O 0.2％、Na2HPO40.2％、生物素0.5％、MgSO4·7H2O0.2％、尿素0.025％，115℃灭菌15min；将菌种接入种子培养基中，接种量为3％；在适宜的温度、pH和溶氧条件下于5L自动控制发酵罐中培养至对数期，制得种子液；
(2)好氧发酵：将步骤(1)制得的种子液以15％接种量接种发酵，控制发酵液温度采用顺序提温模式：0～5h为33℃，5～10h为34℃，10～18h为35℃，18～26h为36℃，26～32h为37℃；通入适当空气，调节适当搅拌转速，采用分阶段供氧模式控制溶氧水平：0～15h为18％，16～32h为6％；通过自动流加氨水控制pH在7.2；并通过流加浓度为500g/L的葡萄糖溶液将残糖控制在0.5～1.0％发酵至32h停止，得发酵液；
其中发酵培养基为(质量百分比)：葡萄糖10％、玉米浆0.5％、MgSO4·7H2O0.2％、K2HPO4·3H2O 0.2％、NaCl 0.2％、MnSO4 0.001％、FeSO4 0.0001％、VB1 0.00001％，pH7.0～7.2。
与对比例1相比较，实施例1-2的谷氨酸产量分别增加了36％和31％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然而，并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当然会利用揭示的技术内容作出些许更动或修饰，成为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.利用连续放料工艺提高谷氨酸发酵效率的方法，其包括连续放料的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)制备谷氨酸种子液：将菌种接入种子培养基中，接种量为3％；在适宜的温度、pH和溶氧条件下于5L自动控制发酵罐中培养至对数期，制得种子液；
(2)好氧发酵：将步骤(1)制得的种子液以15％接种量接种发酵，控制发酵液温度采用顺序提温模式：0～5h为33℃，5～10h为34℃，10～18h为35℃，18～26h为36℃，26～32h为37℃；通入适当空气，调节适当搅拌转速，采用分阶段供氧模式控制溶氧水平：0～15h为18％，16～32h为6％；通过自动流加氨水控制pH在7.2；并通过流加浓度为500g/L的葡萄糖溶液将残糖控制在0.5～1.0％，发酵至32h停止，得发酵液。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从发酵12h时进行放料直至发酵结束，放料速度与进料的速度保持一致。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述发酵培养基为(质量百分比)：葡萄糖10％、玉米浆0.5％、MgSO4·7H2O 0.2％、K2HPO4·3H2O 0.2％、NaCl 0.2％、MnSO40.001％、FeSO4 0.0001％、VB1 0.00001％，pH 7.0～7.2。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述种子培养基为(质量百分比)：葡萄糖2.5％、玉米浆3％、K2HPO4·3H2O 0.2％、Na2HPO40.2％、生物素0.5％、MgSO4·7H2O0.2％、尿素0.025％，115℃灭菌15min。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述速度控制在每分钟放料的量占总液量的0.3％。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述进料为所述氨水和葡萄糖溶液，不足采用发酵培养基补齐。
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