一种液态发酵生产木聚糖酶的方法技术

本发明专利技术公开了一种通过溶氧和搅拌联动提高木聚糖酶活的液态发酵方法，属于生物化工技术领域。本发明专利技术根据木聚糖酶发酵过程的菌种生长和产酶特性，利用溶氧与搅拌联动分时段控制溶氧的调节方法，极大提高木聚糖酶的酶活，降低生产成本。该方法简单，易操作，适用于木聚糖酶生产的工艺调控，对于木质纤维素的生物加工和饲料行业酶制剂的研究与开发，具有重要的理论意义和应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种液态发酵生产木聚糖酶的溶氧和搅拌联动分时段控制方法，属于生物化工

技术介绍
木聚糖是植物半纤维素的主要成分，是仅次于纤维素的第二丰富的可再生资源。木聚糖酶是指能够降解半纤维素木聚糖的一组酶的总称。随着资源和环境压力在人类文明发展中日益加剧，木聚糖酶的研宄与应用越来越重要。目前，木聚糖酶在造纸、食品、饲料、保健品、生物化工等方面都具有很好的应用价值，因此开发高效的木聚糖酶具有重要意义。木聚糖酶发酵属于好氧发酵，发酵液中的溶氧浓度的高低和时段控制会直接影响木聚糖酶的发酵产量。目前生产木聚糖酶的
，涉及溶氧间接控制有三个相关专利报道，河南天冠企业集团有限公司申报的专利“一种液体木聚糖酶的发酵生产方法”(CN200810231567.4)报道利用玉米芯制备木聚糖酶的发酵方法:按通风量0.2?0.6v/v、搅拌转速150?350rpm进行通风搅拌发酵。沈阳市信利生物技术发展有限公司申报了“制备木聚糖酶的液态深层发酵方法”(CN200710158066.3)提出培养发酵在30°C，150_200rpm下，通风0.1-1.5vvm，70-80h，在发酵中后期40-60h之间补充营养物质。河南仰韶生化工程有限公司申报了“食品级液体木聚糖酶生产新工艺”(CN200610017837.2)，提出了采用稀醪发酵，温度30± 1°C，罐压0.06-0.08Mpa，通风量60-90m3/hr，培养约30hr接入大发酵罐，温度控制在 30 ± I °C，罐压 0.06-0.08Mpa，通风量 600-1000m3/hr，控制 pH 值 4.6-4.8。上述三篇文献通过通风比或搅拌转速调整，来生产木聚糖酶，但是均没有提出通过溶氧与搅拌联动分时段控制溶氧的调节方法，因此本专利技术根据菌体生长和产酶两个过程对氧气的需求不一样特点，采用溶氧电极和搅拌转速联动控制，提出动态调整溶氧，提高酶量、降低能耗的控制方法，在专利或文献中均未见报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种将溶氧和搅拌联动分时段控制发酵罐内溶氧的方法，以达到提高木聚糖酶的产量、生产效率的技术效果。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下: 利用实验室保藏的里氏木霉菌种制作斜面，培养3-5天，接种到摇瓶中，在28?32°C的温度条件下培养I?2天，然后将培养瓶菌种按培养基10% (重量百分比)接种到灭菌好的种子罐中，在28?34°C温度下，根据菌体在不同时段生长和产酶特点，调节通风比，并将溶氧和搅拌转速联动，确保发酵前期菌体生长较好，在后期产酶较多。而传统工艺搅拌转速维持150-200rpm很难保证菌体生长和产酶需要。研宄发现，在发酵0~4.5h，发酵液体粘度较小，只要在较低转速下即可保证菌体生长速率快，而在对数生长和发酵后期，菌体浓度不断升高，流体粘度增加，一方面需要大量溶氧，另一方面氧气的传质阻力增大，菌体摄氧能力下降。仅靠转速盲目提高，无法真正反应发酵罐内的溶氧真实情况。因此依靠溶氧参数控制，让发酵罐内搅拌转速随着菌体的生长和产酶需要时时调整，不仅可以提高菌体的生物量，还可提高了木聚糖酶的酶活性。，采用溶氧和搅拌联动控制法制得，具体步骤如下: 1)将里氏木霉在斜面试管内，28°C下培养3-5天得到里氏木霉菌种，将里氏木霉菌种用无菌生理盐水冲洗，稀释配制成108cfu/mL的孢子悬乳液； 2)将该孢子悬乳液以发酵培养基重量的10%的接种量接入装有发酵培养基的摇瓶内，在28?32°C条件下，培养I?2天得到培养瓶菌种； 3)再将培养瓶菌种按种子培养基重量的10%接种到预制有种子培养基的种子罐中，在28_34°C下，调节pH值为5.0，在转速为200rpm-400rpm、通风比为1.0vvm-2.0vvm、溶氧参数为15%-40%的条件下发酵120h-150h即可得到木菌糖酶，其中，该发酵过程包括发酵前期，发酵中期，发酵后期。发酵前期，将培养瓶菌种接种到预制有种子培养基的种子罐的0_4h，控制搅拌速度为200rpm，当进入发酵4h_5h后，控制发酵罐内的温度为28°C，溶氧参数为15%_20%，搅拌速度为200-300rpm，通风比控制为l_2vvm，罐内压力为0.1MPa ;发酵至28h，28h_34h内，增加溶氧参数至30%-45%，搅拌转速控制为300-400rpm，通风比控制为1_L 5vvm，罐内压力为0.1MPa,即为发酵中期；发酵至40h-42h后，将搅拌速度为200_400rpm，溶氧参数控制为25-35%，通风比控制为l-2vvm下，继续发酵至120h_150h即可得到木聚糖酶，也为发酵后期。本申请针对里氏木霉发酵产木聚糖酶在发酵罐上的涉及溶氧的相关工艺条件进行了研宄。搅拌转速和通风比通过影响溶氧水平从而影响产酶，单独控制搅拌转数和通风比对产酶的影响不大。通过溶氧与搅拌联动并配合通风比的调节实现分段控氧，可以有效的提高产酶。优化后最大酶活提升到2406.175U/mL。比优化前酶活提升50%及以上。【附图说明】图1为不同搅拌转速下菌体生物量的变化。图2为不同搅拌转速下酶活的变化。图3不同通风比条件下菌体生物量的变化。图4不同通风比条件酶活的变化。【具体实施方式】实施例1:30L全自动发酵罐中进行木聚糖酶的液态发酵 本专利技术所有实施例中的所有培养基均可在市场上买到。本实例的条件如下: I)斜面培养基:即PDA培养基，新鲜去皮土豆200g/L、葡萄糖20g/L、琼脂粉20g/L，pH自然。2)种子培养基:木糖 20g/L，酵母膏 20g/L，(NH4)2S04 0.5g/L，NaN03 0.5g/L，pH自然。3)摇瓶发酵培养基:乳糖 45.13g/L，玉米浆 15.94g/L，(NH4)2SO4 3g/L，KH2PO42.73g/L，MgSO4.7H20 0.8g/L，无水 CaCl2 0.6g/L，吐温-80 lmL/L，灭菌前 pH 调 4.0。将里氏木霉在斜面试管内，28 V下培养3-5天得到里氏木霉菌种，将里氏木霉菌种用无菌生理盐水冲洗，稀释配制成108cfu/mL的孢子悬乳液； 将该孢子悬乳液以发酵培养基重量的10%的接种量接入装有发酵培养基的摇瓶内，在28°C条件下，180r/min下培养38h得到培养瓶菌种； 再将培养瓶菌种按种子培养基重量的10%接种到预制有种子培养基的种子罐中，发酵前期，控制搅拌速度为200rpm，当进入发酵4h_5h后，控制发酵罐内的温度为28°C，溶氧参数为15%，搅拌速度为300rpm，通风比控制为1.5vvm，罐内压力为0.1MPa ； 确定罐内液体达到饱和时的溶氧为lOOppm，为最大饱和浓度。保持罐内溶氧参数始终维持在最大饱和浓度的20%，发酵至28h，28h-34h内，保持溶氧参数至40%，搅拌转速控制为380rpm，通风比控制为1.3vvm，罐内压力为0.1MPa,继续发酵至40h_42h，即为发酵中期；发酵至4011-4211后，将搅拌速度为250印111，溶氧参数为30%，通风比控制为1.4 vvm，继续发酵至120h即可得到木菌糖酶，酶活提高50%，溶氧的分段控制不仅提高了菌体的生物量，还大大提高了木聚糖酶的酶活性，使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液态发酵生产木聚糖酶的方法，采用溶氧和搅拌联动控制法制得，其特征在于，具体步骤如下：1）将里氏木霉在斜面试管内，28℃下培养3‑5天得到里氏木霉菌种，将里氏木霉菌种用无菌生理盐水冲洗，稀释配制成108cfu/mL的孢子悬乳液；2）将该孢子悬乳液以发酵培养基重量的10%的接种量接入装有发酵培养基的摇瓶内，在28～32℃条件下，培养1～2天得到培养瓶菌种；3）再将培养瓶菌种按种子培养基重量的10%接种到有种子培养基的种子罐中，在28‑34℃下，调节pH值为5.0，在转速为200rpm‑400rpm、通风比为1.0vvm‑2.0vvm、溶氧参数为15%‑40%的条件下发酵120h‑150h即可得到木菌糖酶，其中，该发酵过程包括发酵前期、发酵中期、发酵后期。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：龚大春，冯玉枚，郭金玲，吕育财，田毅红，龚美珍，罗少华，涂璇，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42