一种谷氨酸的发酵方法技术

本发明专利技术涉及谷氨酸发酵技术领域，特别涉及一种谷氨酸的发酵方法。包括：将温敏型谷氨酸棒杆菌种子液接种于发酵培养基中进行发酵培养，发酵过程中控制发酵温度和发酵溶氧DO值，流加氨水；氨水的流加速率根据pH调整：发酵液OD≤100时，pH为6.7；发酵液OD＞100时，pH为7.0。本发明专利技术采用高价阳离子代替铵根离子，从根本上降低渗透压，改善菌体生长环境；本发明专利技术采用分段控制pH工艺，菌体生长阶段控制较低pH，降低发酵液中游离氨浓度减少游离氨对细胞的毒性，改善菌体生长；产酸期控制较高pH，促进产酸和谷氨酸外排。酸和谷氨酸外排。

【技术实现步骤摘要】
一种谷氨酸的发酵方法


[0001]本专利技术涉及谷氨酸发酵
，特别涉及一种谷氨酸的发酵方法。

技术介绍

[0002]谷氨酸又名α-氨基戊二酸，分子内含一个氨基和两个羧基，是一种酸性氨基酸。分子量为147，等电点3.22，微溶于水，而易溶于酸性溶液中，大量存在于谷类蛋白质中，动物脑中含量也较多。谷氨酸是生物机体内氮代谢的基本氨基酸之一，参与蛋白质、多肽及脂肪酸的合成，与谷氨酰胺一起调节体内氨水平；也可作为兴奋性神经递质参与信息传递。谷氨酸有左旋体、右旋体和外消旋体。左旋体即L-谷氨酸。天然存在的谷氨酸都是L-谷氨酸。谷氨酸在食品、医药、化妆品和农业中都有广泛应用。
[0003]发酵法生产谷氨酸是以淀粉糖或糖蜜为原料，于大型发酵罐中通气搅拌发酵，温度控制30-40℃，pH7-8，经30-40h发酵后，除去菌体，将发酵液中谷氨酸提取出来，精制后即为成品，上述流程中采用等电点法提取，也可采用离子交换法、盐酸盐法、直接浓缩法等。经过50多年的发展，发酵法生产谷氨酸技术取得了巨大的进步，谷氨酸生产菌种由亚适量型转变为温敏型，发酵生产强度明显提升，发酵产酸水平由亚适量型的9-12％提升到温敏型的15-21％，转化率水平也由50-60％提升至65％～68％。但我国生产技术水平与国际同行业相比还有一定差距，与谷氨酸理论转化率水平相比还有较大提升空间。
[0004]中国专利CN10885865A中公开了一种发酵生产α型谷氨酸的方法，将产谷氨酸的黄色短杆菌按8-10％接种量将种子液接入装有60L发酵培养基A的100L发酵罐中进行发酵培养，发酵培养24h，然后添加10L发酵培养基B，继续发酵培养24h，收集发酵液用于生产α型谷氨酸；整个发酵培养过程中，控制发酵温度30-36℃，通风比1∶0.7-0.9，搅拌转速200-400r/min，溶氧维持在20-30％，流加葡萄糖溶液维持残糖不低于1.0％，流加消泡剂消泡。所述发酵培养基A的制备方法为：葡萄糖80g/L，酵母浸膏20g/L，K2HPO
4 2g/L，MgSO4·
7H2O 50mg/L，2-羟基乙胺40mg/L，CeCl
3 10mg/L，MnSO4·
H2O3mg/L，FeSO4·
7H2O 3mg/L，VB110mg/L，生物素7μg/L；将各原料搅拌均匀后，调节pH为6.5，121℃灭菌15min，自然冷却，制得发酵培养基A。所述发酵培养基B的制备方法为：琥珀酸5g/L，尿素2g/L，壳聚糖80mg/L；将各原料搅拌均匀后，调节pH为6.5，121℃灭菌15min，自然冷却，制得发酵培养基B。发酵结束后发酵液中最终谷氨酸浓度可达到150.7g/L，转化率64.1％。
[0005]中国专利CN109988791A公开了一种优化的谷氨酸发酵工艺，在发酵过程中添加黄腐酸和碳酸镁，提高了发酵效率，降低了副产物的产量。所述发酵罐培养基的组分为：葡萄糖80g/L，玉米浆30g/L，K2HPO
4 2g/L，MnSO4·
H2O 3mg/L，FeSO4·
7H2O 3mg/L，VB110mg/L，生物素7μg/L。发酵工艺为将黄色短杆菌GDK-9按10-12％接种量将种子液接入装有30L发酵培养基的50L发酵罐中进行发酵培养，控制发酵温度36-38℃，通风比1：0.6，搅拌转速400-500r/min，流加质量浓度为80％的葡萄糖维持残糖为1-1.5％，流加消泡剂消泡，发酵12-18h，添加黄腐酸5-10mg/L和碳酸镁2-4g/L，继续发酵24h结束发酵，最终发酵液中谷氨酸含量可达到168.1g/L。
[0006]甜菜碱作为细胞内一种重要的渗透压缓冲物质，能防止细胞中离子浓度的激变。当细胞内渗透压激变时，如外部渗透压升高时，细胞开始产生或吸收甜菜碱以维持正常的渗透压平衡，同时防止细胞水分的流出和盐分的入侵，并能提高钠钾泵的功效，确保细胞的正常功能。因此，甜菜碱作为发酵助剂广泛应用于温敏型L-谷氨酸发酵生产中，通过在初始培养基中添加甜菜碱，能够缓解发酵后期由于渗透压升高导致的细菌呼吸抑制和菌体活力降低，提高菌体的氧消耗速率，抑制乳酸的积累，提高菌体生长速率和产酸速率。
[0007]中国专利CN101705262A中公开了一种利用甜菜碱提高谷氨酸温度敏感突变株发酵产酸率的新工艺。根据甜菜碱具有提供甲基、调节菌体细胞内渗透压、促进菌体脂肪代谢和蛋白质合成等作用，可提高菌体内酶活，促进菌体生长，实现谷氨酸在发酵液中的更大程度蓄积从而提高产率的原理。在现有发酵培养基中添加甜菜碱或磷酸盐甜菜碱，使其在培养基中的浓度为0.1～15g/L。采用的菌株为谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌等谷氨酸温度敏感突变株；培养基为在现有普遍采用的发酵培养基[葡萄糖18％、玉米浆2％、MgSO4·
7H2O0.15％、K2HPO
4 0.45％、MnSO
4 0.0003％、FeSO
4 0.0003％、VB1 0.00004％]中添加7.5g/L甜菜碱；培养方法：将菌种接入种子培养基[葡萄糖2.5％、玉米浆3％、K2HPO4·
3H2O 0.3％、MgSO4·
7H2O 0.1％、0.0002％、FeSO
4 0.0002％、VB
1 0.00002％，尿素0.055％]中，接种量为10％；在30℃、pH为7.0和溶氧为20％条件下于5L自动控制发酵罐中培养12h至对数期，按10％的接种量接入含有发酵培养基的30L自动控制发酵罐中，控制初始培养温度为30℃，当发酵液稀释20倍浓度OD620nm值为0.35时，在5分钟内提高温度至37℃培养，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：0～10h为20％，10～32h为5％，通过自动流加氨水控制pH在7.0～7.2，通过流加适量泡敌消泡，并通过流加浓度为800g/L的葡萄糖溶液将残糖控制在1.5％，发酵至32h停止。放罐时，L-谷氨酸的产量为214.3g/L，糖酸转化率为63.9％，分别比对照实验(L-谷氨酸产量为180.0g/L，糖酸转化率为60.0％)提高了19.1％和6.5％。
[0008]中国专利CN103243131B中公开了一种发酵制备L-谷氨酸的方法，本专利技术采用温度敏感型谷氨酸生产菌，在L-谷氨酸发酵过程中，分期于培养基中添加不同的低浓度甜菜碱，并调节和控制发酵培养温度，来提高谷氨酸的产酸量和糖酸转化率。本专利技术方法包括下列步骤：
[0009](1)种子培养
[0010]种子培养基(/L)：葡萄糖15g，玉米浆20g，K2HPO
4 3g，MgSO4·
7H2O1g，VB
1 200μg，DL-蛋氨酸50μg，FeSO4·
7H2O、MnSO4·
H2O各2mg，尿素0.55g(分消)，pH7.0～7.2，121℃灭菌15min；
[0011]方法：采用温度敏感型谷氨酸生产菌(谷氨酸黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌等)，接种量为12％；培养温度32℃，1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种谷氨酸的发酵方法，其特征在于，包括以下步骤：将温敏型谷氨酸棒杆菌种子液接种于发酵培养基中进行发酵培养，发酵过程中控制发酵温度和发酵溶氧DO值，流加氨水；所述氨水的流加速率根据pH调整：发酵液OD≤100时，pH为6.7；发酵液OD＞100时，pH为7.0；底糖消耗完全后，流加葡萄糖溶液，发酵培养32～38h。2.根据权利要求1所述的发酵方法，其特征在于，所述流加氨水的同时流加高价阳离子溶液。3.根据权利要求2所述的发酵方法，其特征在于，所述高价阳离子溶液为乙二胺水溶液、1,2-环己二胺水溶液、四甲基二丙烯三胺水溶液中的一种或几种。4.根据权利要求2或3所述的发酵方法，其特征在于，所述高价阳离子溶液的体积百分浓度为10％～25％。5.根据权利要求4所述的发酵方法，其特征在于，所述高价阳离子溶液的流加速率为氨水流加速率的1.1～4.5倍。6.根据权利要求1所述的发酵方法，其特征在于，所述控制发酵温度具体为：控制初始温度32℃，发酵液OD达到40以上后提温至37℃，发酵运行24h后提温至39℃；所述控制发酵溶氧DO值具体为：通过调节风量、转速和罐压控制发酵液的发酵溶氧DO值达到20％以上。7.根据权利要求1所述的发酵方法，其特征在于，所述葡萄糖溶液的质量百分浓度为60％～80％，控制发酵液残糖浓度大于1g/L。8.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李必金，李岩，洪铭，李栋梁，陈琛，宫仔龙，
申请(专利权)人：廊坊梅花生物技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：