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CN112646850A - 一种提高阿卡波糖发酵产量的方法 - Google Patents

一种提高阿卡波糖发酵产量的方法 Download PDF

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CN112646850A
CN112646850A CN202110105478.0A CN202110105478A CN112646850A CN 112646850 A CN112646850 A CN 112646850A CN 202110105478 A CN202110105478 A CN 202110105478A CN 112646850 A CN112646850 A CN 112646850A
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fermentation
tank
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culture
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CN202110105478.0A
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程炜
曹艳霞
杨子娇
牛素娟
何茹
刘明
袁承海
张洪超
刘彦存
冯新
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Cspc Group Secret Snow Glucose Co ltd
CSPC Shengxue Glucose Co Ltd
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Cspc Group Secret Snow Glucose Co ltd
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    • 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
    • C12P19/26—Preparation of nitrogen-containing carbohydrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
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Abstract

本发明涉及一种提高阿卡波糖发酵产量的方法，具体属于微生物发酵技术领域，通过在发酵过程中通气搅拌补入营养物质并同时放出一定体积料液，稳定维持料液在一定液位，配合通气和搅拌，使料液中的溶解氧和营养物质维持在一个较优的范围，促进阿卡波糖菌的生长和发酵单位的产生，进而提高阿卡波糖发酵产量。

Description

一种提高阿卡波糖发酵产量的方法
技术领域
本发明涉及微生物发酵领域，具体涉及一种提高阿卡波糖发酵产量的方法。
背景技术
阿卡波糖是游动放线菌（Actinoplanes sp.)产生的次级代谢产物。因其具有抑制Q-葡萄糖苷酶的活性，可以降低人体肠道内多糖及寡糖的分解，进而降低血糖浓度，因此在临床上作为治疗糖尿病的药物。
阿卡波糖普遍使用工业发酵方法来进行生产制备。阿卡波糖微生物的代谢途径是由许多关联的代谢途径协同完成的，而且其代谢活动能根据外界环境的变化进行高度调节(参见储炬、李友荣.现代工业发酵调控学[M].北京:化学工业出版社，2002)。发酵条件，如基质成分及代谢产物及其浓度、溫度、pH值、溶解氧的控制不仅关系到微生物的生长，而且还影响代谢产物的产量。发酵过程中，培养基的组成及培养条件对产量影响很大，必须进行优化控制。（参见罗立新.微生物发酵生理学[M].北京:化学工业出版社，2009)。
CN110541017A公开了一种提高阿卡波糖生产量的方法，系通过以下方法实现：在发酵期间监测葡萄糖和麦芽糖的浓度，当变低时，连续补加葡萄糖溶液和麦芽糖溶液，使发酵罐培养中控制葡萄糖和麦芽糖的浓度比为1:4。
CN110564794A公开了阿卡波糖的发酵方法，系通过以下方法实现：当发酵液中葡萄糖浓度降至3～10g/L时流加葡萄糖溶液，使控制发酵液中葡萄糖含量保持在3～10g/L；当发酵液中菌体体积浓度达到25％～30％时，分4～5次补加麦芽糖浆溶液，每次补加使发酵液中麦芽糖浆浓度增加10～30g/L。
CN106167814A公开了一种提高阿卡波糖发酵单位的方法，系通过以下方法实现：通过对游动放线菌Actinoplanes sp.斜面菌种培养光照条件进行控制来提高发酵单位。根据实验结果可以看出Actinoplanes sp.斜面培养过程中，使用白炽灯为光源，光照时间控制在 12-20h/天、照度120-180lux时能够提高发酵单位，尤其光照控制时间在12-16h/天、光照强度为 150-180lux时发酵单位显著提高。
以上现有技术通过补加葡萄糖和麦芽糖浆以及光照的方式提高产量，为了寻求更多提高阿卡波糖发酵产量的方法特进行了研究创造。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够有效提高阿卡波糖发酵产量的方法。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
一种提高阿卡波糖发酵产量的方法，在发酵过程中通气搅拌补入营养物质并同时放出一定体积料液。
作为本发明的一些优选实施方案，所述营养物质包含如下组分：麦芽糖60g/L、葡萄糖20g/L、黄豆饼粉15g/L、FeCl3 0.5 g/L、氯化钙 2 g/L、CaCO34 g/L、谷氨酸钠2g/L、K2HPO41g/L，溶剂为水，初始pH为7. 0。
作为本发明的一些优选实施方案，所述营养物质的补入时间为发酵培养40h±2起，补入营养物质的速度为40-200L/h，补入营养物质的浓度为发酵液的1.5倍。
作为本发明的一些优选实施方案，料液的放出时间为起始发酵80-100h起，料液的放出体积以维持发酵罐内发酵料液体积为发酵罐容积的2/3。
作为本发明的一些优选实施方案，具体包括如下步骤：
（1）斜面菌种经两级种子罐27~28℃条件下通风搅拌培养，得到种子液，所述种子培养基组成如下：玉米淀粉15.0g/L，黄豆饼粉40.0g/L，甘油20.0g/L，K2HPO4 0.1g/L，CaCO32.0g/L，溶剂为水，pH6.6-7.0；
（2）将种子液以10-20%比例接种到发酵培养基内，在温度27~28℃，通风搅拌条件下进行发酵培养，40h±2h开始连续向罐内流加营养物质40-200L/h，补入营养物质的浓度为发酵液的1.5倍，所述发酵培养基和营养物质包含如下组分：
麦芽糖60g/L、葡萄糖20g/L、黄豆饼粉15g/L、FeCl3 0.5 g/L、氯化钙 2 g/L、CaCO34 g/L、谷氨酸钠2g/L、K2HPO41g/L，溶剂为水，初始pH为7. 0；
（3）在90h±2h罐内体积达到发酵罐体积2/3，通过放料管路进行分批放料，维持发酵罐内料液体积在发酵罐容积的2/3，总发酵培养140-180h。
作为本发明的一些优选实施方案，所述罐压0.04-0.07MPa，通气比0.5-1.8vvm，搅拌转速70-145rpm。
作为本发明的一些优选实施方案，斜面菌种的接种量为种子罐内培养基体积的0.1%。
在本发明中，发现罐内发酵液体内溶解氧跟空气里氧的分压、罐压、气泡表面积、气泡驻留时间等有密切的关系。通过罐内通入压缩空气，搅拌叶打碎气泡增加表面积，液体流动增加驻留时间来增加罐内液体的溶解氧水平。通过计算流体力学软件FLUENT,根据工况条件对发酵罐中气液两相流进行模拟，从而得出相应的气含率云图来探究该发酵罐中的传质混合效果。经模拟发现发酵罐上层的溶氧条件很差，不利于微生物的生长代谢。为了避免由于溶解氧分布不均匀导致的罐内局部代谢不良现象，通过间断的放出体积来控制罐内液位和补入营养物质是同等必要的。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明通过连续补入营养物质和放出料液的方法，稳定维持料液在一定液位，配合通气和搅拌，使料液中的溶解氧和营养物质维持在一个较优的范围，促进阿卡波糖菌的生长和发酵单位的产生，进而提高阿卡波糖发酵产量。经过试验证明，通过对比连续补料并放出料液与单纯补料维持一定体积的发酵产量，本发明所提供的方法可以使产量提高10%。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对发明进行清楚、完整的描述。
实施例1
（1）斜面菌种经两级种子罐27℃条件下通风搅拌培养，得到种子液，所述种子培养基组成如下：玉米淀粉15.0g/L，黄豆饼粉40.0g/L，甘油20.0g/L，K2HPO4 0.1g/L，CaCO32.0g/L，溶剂为水，pH6.8。
（2）将种子液以15%比例接种到发酵培养基内，在温度28℃，通风搅拌条件下进行发酵培养，罐压为0.05MPa，通气比1.1vvm，搅拌转速105rpm，40h开始连续向罐内以200L/h的速度补加营养物质，所述营养物质为的浓度为初始发酵培养基1.5倍，所述营养物质和发酵培养基组成如下：
麦芽糖60g/L、葡萄糖20g/L、黄豆饼粉15g/L、FeCl3 0.5 g/L、氯化钙 2 g/L、CaCO34 g/L、谷氨酸钠 2 g/L、K2HPO4 I g/L，溶剂为水，初始pH为7.0 ;
（3）在90h左右罐内体积达到40t，通过放料管路进行分批放料，维持料液体积在40±1t,总发酵培养160h。
实施例2
（1）斜面菌种经两级种子罐27℃条件下通风搅拌培养，得到种子液，所述种子培养基组成如下：玉米淀粉15.0g/L，黄豆饼粉40.0g/L，甘油20.0g/L，K2HPO4 0.1g/L，CaCO32.0g/L，溶剂为水，pH7.0；
（2）将种子液以10%比例接种到发酵培养基内，在温度28℃，通风搅拌条件下进行发酵培养，罐压为0.07MPa，通气比1.8vvm，搅拌转速70rpm，40h开始连续向罐内流加营养物质150L/h，补入营养物质的浓度为发酵液的1.5倍，所述发酵培养基和营养物质包含如下组分：
麦芽糖60g/L、葡萄糖20g/L、黄豆饼粉15g/L、FeCl3 0.5 g/L、氯化钙 2 g/L、CaCO34 g/L、谷氨酸钠2g/L、K2HPO41g/L，溶剂为水，初始pH为7. 0；
（3）在90h罐内体积达到发酵罐体积2/3，通过放料管路进行分批放料，维持发酵罐内料液体积在发酵罐容积的2/3，总发酵培养150h。
实施例3
（1）斜面菌种经两级种子罐28℃条件下通风搅拌培养，得到种子液，所述种子培养基组成如下：玉米淀粉15.0g/L，黄豆饼粉40.0g/L，甘油20.0g/L，K2HPO4 0.1g/L，CaCO32.0g/L，溶剂为水，pH7.0；
（2）将种子液以20%比例接种到发酵培养基内，在温度28℃，通风搅拌条件下进行发酵培养，罐压为0.04MPa，通气比0.5vvm，搅拌转速145rpm，40h开始连续向罐内流加营养物质80L/h，补入营养物质的浓度为发酵液的1.5倍，所述发酵培养基和营养物质包含如下组分：
麦芽糖60g/L、葡萄糖20g/L、黄豆饼粉15g/L、FeCl3 0.5 g/L、氯化钙 2 g/L、CaCO34 g/L、谷氨酸钠2g/L、K2HPO41g/L，溶剂为水，初始pH为7. 0；
（3）在90h罐内体积达到发酵罐体积2/3，通过放料管路进行分批放料，维持发酵罐内料液体积在发酵罐容积的2/3，总发酵培养170h。
对比例1
菌种经两级种子罐27℃条件下通风搅拌培养，得到种子液，所述种子培养基组成如下：玉米淀粉15.0g/L，黄豆饼粉40.0g/L，甘油20.0g/L，K2HPO4 0.1g/L，CaCO3 2.0g/L，溶剂为水，pH6.8。
将种子液以15%比例接种到发酵培养基内，在温度28℃，通风搅拌条件下进行发酵培养，罐压为0.05MPa，通气比1.1vvm，搅拌转速105rpm，40h开始连续向罐内以200L/h的速度补加营养物质，营养物质的浓度为初始发酵培养基的1.5倍，所用营养物质和发酵培养基组成如下：
麦芽糖60g/L、葡萄糖20g/L、黄豆饼粉15g/L、FeCl3 0.5 g/L、氯化钙 2 g/L、CaCO34 g/L、谷氨酸钠 2 g/L、K2HPO4 I g/L，溶剂为水，初始pH为7.0 ;
在120h左右罐内体积达到45t左右，停止补料，放罐液体积在45±1t,总发酵培养160h。
效果例
对实施例1和对比例1的周期，液面维持体积，发酵单位和发酵产量进行记录如下表：
工序 周期 体积 单位 产量
实施例1 160 40 6234 303.188
对比例1 160 45 6089 274.005
从上表可以看出，实施例1罐批的发酵单位和发酵产量都优于对比例1。发酵产量可以提高约10%。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种提高阿卡波糖发酵产量的方法，其特征在于，在发酵过程中通气搅拌补入营养物质并同时放出一定体积料液。
2.根据权利要求1所述的提高阿卡波糖发酵产量的方法，其特征在于，所述营养物质包含如下组分：麦芽糖60g/L、葡萄糖20g/L、黄豆饼粉15g/L、FeCl3 0.5 g/L、氯化钙 2 g/L、CaCO34 g/L、谷氨酸钠2g/L、K2HPO41g/L，溶剂为水，初始pH为7. 0。
3.根据权利要求1所述的提高阿卡波糖发酵产量的方法，其特征在于，所述营养物质的补入时间为发酵培养40h±2起，补入营养物质的速度为40-200L/h，补入营养物质的浓度为发酵液的1.5倍。
4.根据权利要求1所述的提高阿卡波糖发酵产量的方法，其特征在于，料液的放出时间为起始发酵80-100h起，料液的放出体积以维持发酵罐内发酵料液体积为发酵罐容积的2/3。
5.根据权利要求1所述的提高阿卡波糖发酵产量的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
（1）斜面菌种经两级种子罐27~28℃条件下通风搅拌培养，得到种子液，所述种子培养基组成如下：玉米淀粉15.0g/L，黄豆饼粉40.0g/L，甘油20.0g/L，K2HPO4 0.1g/L，CaCO32.0g/L，溶剂为水，pH6.6-7.0；
（2）将种子液以10-20%比例接种到发酵培养基内，在温度27~28℃，通风搅拌条件下进行发酵培养，40h±2h开始连续向罐内流加营养物质40-200L/h，补入营养物质的浓度为发酵液的1.5倍，所述发酵培养基和营养物质包含如下组分：
麦芽糖60g/L、葡萄糖20g/L、黄豆饼粉15g/L、FeCl3 0.5 g/L、氯化钙 2 g/L、CaCO34 g/L、谷氨酸钠2g/L、K2HPO41g/L，溶剂为水，初始pH为7. 0；
（3）在90h±2h罐内体积达到发酵罐体积2/3，通过放料管路进行分批放料，维持发酵罐内料液体积在发酵罐容积的2/3，总发酵培养140-180h。
6.根据权利要求5所述的提高阿卡波糖发酵产量的方法，其特征在于，步骤（2）中罐压0.04-0.07MPa，通气比0.5-1.8vvm，搅拌转速70-145rpm。
7.根据权利要求1所述的提高阿卡波糖发酵产量的方法，其特征在于，斜面菌种的接种量为种子罐内培养基体积的0.1%。
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