專利名稱：微生物法生產(chǎn)葡萄糖酸鹽的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物工程領(lǐng)域，具體是一種微生物法生產(chǎn)葡萄糖酸鹽的控制方法。
背景技術(shù)：
葡萄糖酸作為蓬松劑、凝固劑、鰲合劑、酸味劑而廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工、水處理、建筑等行業(yè)；葡萄糖酸鹽類(如與鈉、鈣、鋅、亞鐵等金屬氧化物合成制得的葡萄糖酸鹽)可作為食品添加劑和營養(yǎng)增補(bǔ)劑。葡萄糖酸的生產(chǎn)主要有微生物發(fā)酵法、電解法和催化氧化等方法。由于微生物法， 條件溫和，節(jié)能明顯而被廣泛采用，其中微生物發(fā)酵又有真菌發(fā)酵和細(xì)菌發(fā)酵工藝。自布特魯(Boutroux)首次利用微生物的氧化作用能將葡萄糖氧化成葡萄糖酸以來，對(duì)葡萄糖酸及其鹽類發(fā)酵工藝有了明顯的進(jìn)步，如卡麗(Currie)等利用青霉或曲霉建立了現(xiàn)代通氣攪拌液體發(fā)酵技術(shù)，使葡萄糖的轉(zhuǎn)化率達(dá)90%。Blom等發(fā)明了添加NaOH、維持pH值6. 5以下的方法生產(chǎn)葡萄糖酸鈉，葡萄糖轉(zhuǎn)化率達(dá)95%以上；我國黃道震等以葡萄糖含量為30% 的發(fā)酵培養(yǎng)基接種10%的黑曲霉種子液，通過流加氫氧化鈉溶液控制pH值在60 6. 5使殘?zhí)强山抵羖g/L以下。另外，有報(bào)道通過培養(yǎng)基優(yōu)化發(fā)現(xiàn)pH值、溫度、發(fā)酵罐轉(zhuǎn)速、底物葡萄糖濃度對(duì)葡萄糖轉(zhuǎn)化率影響較大，得到最佳工藝參數(shù)。劉仲匯等針對(duì)工業(yè)大罐發(fā)酵而設(shè)計(jì)的專用PH溫度智能控制系統(tǒng)，獲得了較好的發(fā)酵水平。此外，2002年阿迪斯塔夏迪斯 (Anastassiadis)等采用短梗霉(Aureobasidium pullulans)建立了靜息細(xì)胞和固定化細(xì)胞的連續(xù)葡萄糖酸生產(chǎn)技術(shù)，濃度可達(dá)沈%，最高生成速率為19g/L/h。因此，在葡萄糖酸及其鹽(如葡萄糖酸鈉、葡萄糖酸鈣等)發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)主要采用霉菌發(fā)酵進(jìn)行，其發(fā)酵控制控制方法主要是控制PH、溫度、發(fā)酵罐轉(zhuǎn)速、溶解氧濃度(DO)、殘?zhí)菨舛鹊确椒ǎ欢?，這些方法均未能觀測(cè)出葡萄糖酸及其鹽發(fā)酵的微生物生長時(shí)期，更未能應(yīng)用在線RQ實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)酵過程在線控制補(bǔ)料策略。綜上所述，目前本領(lǐng)域缺乏葡萄糖酸及其鹽發(fā)酵過程可在線閉環(huán)控制流加補(bǔ)料的方法，因此迫切需要開發(fā)一種在線的、準(zhǔn)確測(cè)定微生物生理代謝呼吸商及其控制自動(dòng)流加底物葡萄糖的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種微生物法生產(chǎn)葡萄糖酸鹽在線的、準(zhǔn)確測(cè)定微生物生理代謝呼吸商及其控制自動(dòng)流加底物葡萄糖液的方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案微生物法生產(chǎn)葡萄糖酸鹽，第一步，種子培養(yǎng)，在種子發(fā)酵罐中加入菌種(黑曲霉、米根霉、青霉等)和培養(yǎng)基進(jìn)行種子培養(yǎng)；第二步，發(fā)酵，將30%的葡萄糖液及營養(yǎng)劑加入發(fā)酵罐并滅菌，將培養(yǎng)好的種子按10%比例置入發(fā)酵罐中，總加入量至發(fā)酵罐工作容積的50% 60%，發(fā)酵罐上安裝在線分析發(fā)酵尾氣(X)2和&濃度的尾氣分析儀或過程質(zhì)譜儀，同時(shí)還安裝了進(jìn)入和排出空氣的質(zhì)量流量計(jì)和發(fā)酵罐的真實(shí)微生物細(xì)胞培養(yǎng)體積傳感
3器；第三步，補(bǔ)料，前述第二步工序發(fā)酵17 19小時(shí)，根據(jù)在線計(jì)算的呼吸商(RQ)進(jìn)行在
線自動(dòng)補(bǔ)入500g/L葡萄糖液及營養(yǎng)劑，具體為，當(dāng)RQ低于0. 05士0. 01補(bǔ)加500g/L葡萄糖
液及營養(yǎng)劑，發(fā)酵罐總?cè)莘e設(shè)為V，單位是L，最大裝液量控制在發(fā)酵罐總?cè)莘e80%以下，補(bǔ)
加速度S為
(14 土 l)g/L/h χ80ο/ο χ VS=-i^TTI- (L/h)當(dāng)RQ高于0. 05士0. 01停止補(bǔ)加500g/L葡萄糖液及營養(yǎng)劑，使RQ維持在 0. 05士0. 01之間，從而可以使葡萄糖酸發(fā)酵過程平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)最大產(chǎn)率達(dá)12g/L/h以上。本發(fā)明控制方法根據(jù)呼吸商(RQ)數(shù)值，實(shí)時(shí)控制葡萄糖液添加速度和添加量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)葡萄糖酸的發(fā)酵過程直接、實(shí)時(shí)、精確的控制。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。實(shí)施例1 第一步、種子培養(yǎng)15L培養(yǎng)罐中加入葡萄糖23Kg、玉米漿75g、磷酸二氫鉀6.4g， 尿素2g，消泡劑anl，定容至7. 5L，120°C滅菌15分鐘，然后降至38°C，加入250ml茄子瓶菌懸液，控制溶解氧(DO) ^ 30，培養(yǎng)1 得種子液。第二步、發(fā)酵50L發(fā)酵罐中加入葡萄糖4. 2KG、硫酸鎂2. Sg、磷酸二氫鉀0. ^g、尿素1.4g、消泡劑1ml，定容至13L，120°C滅菌15分鐘，然后降至38°C，以10%的接種量接入培養(yǎng)好的種子液?？刂迫芙庋?DO) >30，溫度38°C，用20%的碳酸鈣調(diào)節(jié)酸堿度PH 5.5， 開始發(fā)酵。第三步、補(bǔ)料(1).配料30L補(bǔ)料罐中加入葡萄糖液14Kg、玉米漿36g、硫酸鎂5.6g，尿素2.8g， 消泡劑1ml，定容至20L，120°C滅菌15分鐘，然后降至38°C，無菌轉(zhuǎn)入血清瓶備用。(2).補(bǔ)料控制方法在第二步工序，發(fā)酵18小時(shí)左右根據(jù)在線計(jì)算的呼吸商(RQ) 進(jìn)行在線自動(dòng)補(bǔ)加補(bǔ)料罐中的500g/L葡萄糖液及營養(yǎng)劑，具體為，設(shè)置RQ = 0. 05士0. 01， 當(dāng)RQ低于0. 05士0. 01流加500g/L葡萄糖液及營養(yǎng)劑，當(dāng)RQ高于0. 05士0. 01停止流加 500g/L葡萄糖液及營養(yǎng)劑，使RQ維持在0. 05 士 0. 01之間，從而可以使葡萄糖酸發(fā)酵過程平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)最大產(chǎn)率達(dá)12g/L/h以上。具體為當(dāng)發(fā)酵Ilh時(shí)，RQ = 0. 049，蠕動(dòng)泵自動(dòng)開始工作，補(bǔ)加500g/L葡萄糖液及營養(yǎng)劑，隨著葡萄糖液的補(bǔ)入，RQ在11-1 一直在0. 05左右徘徊，補(bǔ)料泵也隨著RQ數(shù)值的變化開開停停。但1 后RQ開始降低，15h之后RQ穩(wěn)定在 0. 03士0. 005，葡萄糖也一直按照一定的速度補(bǔ)加。發(fā)酵液總體積達(dá)到發(fā)酵罐容積的80% 時(shí)，停止補(bǔ)料，繼續(xù)發(fā)酵至溶解氧(DO)達(dá)到100時(shí)，發(fā)酵結(jié)束。第四步、過濾板框過濾。第五步、脫色活性炭脫色。第六步、結(jié)晶120-125°C濃縮至70%以上含量，冷卻結(jié)晶。第七步、分離、干燥分離機(jī)將晶體與液體分離，然后流化床干燥，得葡萄糖酸鈣成品。第八步、包裝。
實(shí)施例2 第一步、種子培養(yǎng)15L培養(yǎng)罐中加入葡萄糖2. ^(g、玉米漿75g、磷酸二氫鉀6. 4g， 尿素2g，消泡劑anl，定容至7. 5L，120°C滅菌15分鐘，然后降至38°C，加入250ml茄子瓶菌懸液，控制溶解氧(DO) ^ 30，培養(yǎng)1 得種子液。第二步、發(fā)酵50L發(fā)酵罐中加入葡萄糖4. 2KG、硫酸鎂2. Sg、磷酸二氫鉀0. 28g, 尿素1. 4g、消泡劑1ml，定容至13L，120°C滅菌15分鐘，然后降至38°C，以10%的接種量接入培養(yǎng)好的種子液。控制溶解氧(DO) >30，溫度38°C，用32%的氫氧化鈉調(diào)節(jié)酸堿度PH 5. 5，開始發(fā)酵。第三步、補(bǔ)料(1).配料30L補(bǔ)料罐中加入葡萄糖液14Kg、玉米漿36g、硫酸鎂5.6g，尿素2.8g， 消泡劑1ml，定容至20L，120°C滅菌15分鐘，然后降至38°C，無菌轉(zhuǎn)入血清瓶備用。(2).補(bǔ)料控制方法在第二步工序，發(fā)酵18小時(shí)左右根據(jù)在線計(jì)算的呼吸商(RQ) 進(jìn)行在線自動(dòng)補(bǔ)加補(bǔ)料罐中的500g/L葡萄糖液及營養(yǎng)劑，具體為，設(shè)置RQ = 0. 05士0. 01， 當(dāng)RQ低于0. 05士0. 01流加500g/L葡萄糖液及營養(yǎng)劑，當(dāng)RQ高于0. 05士0. 01停止流加 500g/L葡萄糖液及營養(yǎng)劑，使RQ維持在0. 05 士 0. 01之間，從而可以使葡萄糖酸發(fā)酵過程平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)最大產(chǎn)率達(dá)12g/L/h以上。具體為當(dāng)發(fā)酵Ilh時(shí)，RQ = 0. 049，蠕動(dòng)泵自動(dòng)開始工作，補(bǔ)加500g/L葡萄糖液及營養(yǎng)劑，隨著葡萄糖液的補(bǔ)入，RQ在11-1 一直在0. 05左右徘徊，補(bǔ)料泵也隨著RQ數(shù)值的變化開開停停。但1 后RQ開始降低，15h之后RQ穩(wěn)定在 0. 03士0. 005，葡萄糖也一直按照一定的速度補(bǔ)加。發(fā)酵液總體積達(dá)到發(fā)酵罐容積的80% 時(shí)，停止補(bǔ)料，繼續(xù)發(fā)酵至溶解氧(DO)達(dá)到100時(shí)，發(fā)酵結(jié)束。第四步、過濾板框過濾。第五步、脫色活性炭脫色。第六步、結(jié)晶120-125°C濃縮至70%以上含量，冷卻結(jié)晶。第七步、分離、干燥分離機(jī)將晶體與液體分離，然后流化床干燥，得葡萄糖酸鈉成第八步、包裝。
權(quán)利要求
1. 一種微生物法生產(chǎn)葡萄糖酸鹽的控制方法，第一步，在種子發(fā)酵罐中加入菌種(黑曲霉、米根霉、青霉等)和培養(yǎng)基進(jìn)行種子培養(yǎng)；第二步，接種發(fā)酵，將30%的葡萄糖液及營養(yǎng)劑加入發(fā)酵罐并滅菌，加入10%的種子培養(yǎng)液，總加入量至發(fā)酵罐工作容積的50% 60%，其特征在于第三步，補(bǔ)料，前述第二步工序發(fā)酵17 19小時(shí)，根據(jù)在線計(jì)算的呼吸商(RQ)進(jìn)行在線自動(dòng)補(bǔ)加500g/L葡萄糖液及營養(yǎng)劑，具體為，當(dāng)RQ低于0. 05 士 0.01補(bǔ)加 500g/L葡萄糖液及營養(yǎng)劑，發(fā)酵罐總?cè)莘e設(shè)為V，單位是L，最大裝液量控制在發(fā)酵罐總?cè)莘e80%以下，補(bǔ)加速度S為(14±l)g/L/hx80%xV s=500g/L(L/h)當(dāng)RQ高于0. 05 士 0. 01停止補(bǔ)加500g/L葡萄糖液及營養(yǎng)劑，使RQ維持在0. 05 士 0. 01 之間。
全文摘要
本發(fā)明公開一種微生物法生產(chǎn)葡萄糖酸鹽的控制方法。以葡萄糖酸高產(chǎn)菌株為出發(fā)菌株，經(jīng)種子培養(yǎng)后移入發(fā)酵罐進(jìn)行葡萄糖酸鹽的發(fā)酵生產(chǎn)，在發(fā)酵期間根據(jù)在線呼吸商(RQ)的數(shù)值，實(shí)時(shí)控制葡萄糖的添加速度和添加量，本控制方法，可使葡萄糖消耗速率達(dá)到12g/L/h，發(fā)酵罐生產(chǎn)中轉(zhuǎn)化率達(dá)到110％以上，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)流加補(bǔ)料，顯著降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)C12P39/00GK102296102SQ20111024310
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月18日
發(fā)明者張雷達(dá), 王健, 趙偉 申請(qǐng)人:山東福洋生物科技有限公司