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CN107012181B - 一种苏氨酸发酵培养基及苏氨酸清洁生产工艺 - Google Patents

一种苏氨酸发酵培养基及苏氨酸清洁生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种苏氨酸发酵培养基及苏氨酸清洁生产工艺，所述发酵培养基中不含玉米浆和酵母粉，通过添加各类氨基酸、核苷及微量元素来达到替代作用，利用该培养基进行苏氨酸清液发酵，来提高糖酸转化率和提取收率，达到苏氨酸清洁生产的目的效果十分突出，且发酵26h苏氨酸产量达128.6g/L，发酵过程中泡沫减少，泡敌使用量减少，搅拌输出功率增大，发酵液中乙酸浓度从12g/L减少到3g/L，培养基中色素、灰分减少，发酵液浓缩结晶过程中浓缩倍数增大，结晶母液体积从原工艺的8％减少到3％，收率从82％提升到94％，糖酸转化率从56％增加到59％，产品纯度大于99.2％，且产品色泽及质量大大提高。

Description

一种苏氨酸发酵培养基及苏氨酸清洁生产工艺
技术领域
本发明涉及工业发酵生产氨基酸技术领域，尤其是一种苏氨酸发酵培养基及苏氨酸清洁生产工艺。
背景技术
苏氨酸化学名称为α-氨基-β-羟基丁酸，是人体必需的氨基酸之一，人体自身不能合成，必需从食物中摄取，它作为食品及饲料添加剂广泛应用于饲料、保健食品和医药工业。苏氨酸的生产方法有蛋白质水解法、化学合成法和微生物发酵法。蛋白质水解法和化学合成法因其存在种种弊端，工业化生产已经基本不再使用。直接发酵法以其生产成本低、资源节约、环境污染小等优点逐渐成为工业化生产苏氨酸的主要方式。
利用直接发酵法生产苏氨酸时，传统发酵培养基中含玉米浆、酵母粉，其成分复杂，会使发酵过程中产生大量泡沫，影响氧传递，且其中含有色素等杂质，使得后期苏氨酸提取过程中浓缩倍数小，提取收率和糖酸转化率低，产品色泽与质量差，而且剩余大量母液。
现有的苏氨酸母液处理方法有：(1)直接进入污水处理系统，这将导致苏氨酸的提取收率低；(2)通过离交系统除杂后采用浓缩结晶工艺，再次提取苏氨酸，该方法会提高苏氨酸收率，但会消耗大量液氨和硫酸，使生产成本增大；(3)采用比较先进的色谱分离方法，该方法也能达到高收率，但色谱分离一次性投资较大，成本回收期较长，同时该方法需要对原料进行预处理，将消耗大量的去离子水，且获得的提取液苏氨酸含量低，浓缩过程中会消耗大量的能源。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种苏氨酸发酵培养基。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种利用上述发酵培养基的苏氨酸清洁生产工艺。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种苏氨酸发酵培养基，包括：葡萄糖29.5-30.5g/L，MgSO4·7H2O 0.78-0.82g/L，FeSO4·7H2O 4.9-5.1mg/L，生物素0.2mg/L，VB1 0.3mg/L，MnSO4·H2O 2.9-3.1mg/L，KH2PO41.45-1.55g/L，柠檬酸1.9-2.1g/L，谷氨酸0.5g/L、赖氨酸0.5g/L，甘氨酸0.1g/L、酪氨酸0.1g/L、天冬氨酸0.1g/L、精氨酸0.1g/L、甲硫氨酸0.1g/L，鸟苷、肌苷、腺苷各0.1g/L，微量元素4.9-5.1mL/L，其余为去离子水，其中，所述微量元素中各元素终浓度为CoCl2·6H2O1.37-1.43g/L、MnSO4·H2O 0.49-0.51g/L、CuSO4·7H2O 0.49-0.51g/L。
优选的，上述苏氨酸发酵培养基，包括：葡萄糖30g/L，MgSO4·7H2O 0.8g/L，FeSO4·7H2O 5mg/L，生物素0.2mg/L，VB1 0.3mg/L，MnSO4·H2O 3mg/L，KH2PO4 1.5g/L，柠檬酸2g/L，谷氨酸0.5g/L、赖氨酸0.5g/L，甘氨酸0.1g/L、酪氨酸0.1g/L、天冬氨酸0.1g/L、精氨酸0.1g/L、甲硫氨酸0.1g/L，鸟苷、肌苷、腺苷各0.1g/L，微量元素5mL/L，其余为去离子水，其中，所述微量元素中各元素终浓度为CoCl2·6H2O 1.4g/L、MnSO4·H2O 0.5g/L、CuSO4·7H2O 0.5g/L。
上述苏氨酸清洁生产工艺，具体步骤如下：
(Ⅰ)进行菌种培养，然后将得到的种子液接种到上述苏氨酸发酵培养基中进行清液发酵，发酵过程中流加含有2g/L氯化胆碱的质量浓度为800g/L的糖溶液，控制残糖质量浓度为1％左右；
(Ⅱ)发酵结束后，进行苏氨酸的提取：
(1)发酵液80℃加热5分钟，调节pH为4.0，上陶瓷膜过滤；
(2)过滤后，加0.5％活性炭60℃脱色10min，真空抽滤除去活性炭得滤液；
(3)旋转蒸发滤液，浓缩体积至原液的1/8～1/7,降温静置结晶2h，结晶期间以120r/min的速度搅拌；
(4)真空抽滤除去母液得晶体；
(5)将母液旋转蒸发浓缩体积至母液的1/4～1/5，降温静置结晶2h，结晶期间以60r/min的速度搅拌；
(6)真空抽滤除去母液得苏氨酸晶体。
优选的，上述苏氨酸清洁生产工艺，所述步骤(Ⅱ)(1)中陶瓷膜的孔径为50nm。
优选的，上述苏氨酸清洁生产工艺，在所述步骤(Ⅱ)(6)最终剩余的母液中流加1g/L KH2PO4，培养饲用酵母，用于饲料使用。
本发明结构有如下有益效果：
上述苏氨酸发酵培养基，与传统工艺相比，不添加玉米浆、酵母粉，而是利用了各类氨基酸、核苷及微量元素的协同作用进行发酵，发酵过程中泡沫减少，泡敌使用量减少，搅拌输出功率增大，发酵液中乙酸浓度从12g/L减少到3g/L，培养基中色素、灰分减少，提取过程中浓缩倍数增大，母液从原工艺的8％减少到3％，收率从82％提升到94％，糖酸转化率从56％增加到59％，苏氨酸发酵26h产量达128.6g/L，产品纯度大于99.2％，且产品色泽及质量大大提高；在最终剩余的母液中流加少量磷盐，培养饲用酵母，减少了废液排放，减轻了污水处理负担，实现了资源综合利用，拥有巨大的经济效益和环保效益；所述苏氨酸清洁生产工艺通过改变发酵培养基，进行苏氨酸清液发酵，来提高糖酸转化率和提取收率，达到苏氨酸清洁生产的目的，整个工艺过程操作简单，成本较低，十分适用于工业化生产。
具体实施方式
下面通过具体实施实例对本发明做进一步说明：
实施例1
一种苏氨酸发酵培养基，包括：葡萄糖30g/L，MgSO4·7H2O 0.8g/L，FeSO4·7H2O5mg/L，生物素0.2mg/L，VB1 0.3mg/L，MnSO4·H2O 3mg/L，KH2PO4 1.5g/L，柠檬酸2g/L，谷氨酸、赖氨酸各0.5g/L，甘氨酸、酪氨酸、天冬氨酸、精氨酸、甲硫氨酸各0.1g/L，鸟苷、肌苷、腺苷各0.1g/L，微量元素5mL/L(培养基中微量元素的终浓度为CoCl2·6H2O 1.4g/L、MnSO4·H2O 0.5g/L、CuSO4·7H2O 0.5g/L)，其余为去离子水。
上述苏氨酸发酵培养基的制备方法为：按葡萄糖30g/L，MgSO4·7H2O 0.8g/L，FeSO4·7H2O 5mg/L，生物素0.2mg/L，VB1 0.3mg/L，MnSO4·H2O 3mg/L，KH2PO4 1.5g/L，柠檬酸2g/L，谷氨酸、赖氨酸各0.5g/L，甘氨酸、酪氨酸、天冬氨酸、精氨酸、甲硫氨酸各0.1g/L，鸟苷、肌苷、腺苷各0.1g/L，微量元素5mL/L的使用量将各组分溶于去离子水中即得。
实施例2
一种苏氨酸清洁生产工艺，包括以下步骤：
(Ⅰ)将大肠杆菌苏氨酸生产菌种(购于天津科技大学菌种保藏管理中心)接入5L种子罐中，控制温度37℃、pH7.0、溶氧20％-30％，培养至对数生长期后，按15％的接种量接入30L自动控制发酵罐中进行清液发酵，发酵培养基为实施例1所述苏氨酸发酵培养基，发酵过程中控制温度37℃，通过调节通风和搅拌转速来控制溶氧水平在25％-35％，通过流加氨水控制发酵液pH6.7-7.0，通过流加适量泡敌消泡，并通过流加含有2g/L氯化胆碱的质量浓度为800g/L的糖溶液，控制残糖质量浓度为1％左右，发酵至28h结束；放罐时苏氨酸产量为128.6g/L，糖酸转化率为59％，乙酸含量为3g/L，与传统工艺(苏氨酸产量为120g/L，糖酸转化率为56％，乙酸含量12g/L)相比，产量和转化率分别提高了7.2％和5.4％，乙酸减少了75％(采用高效液相色谱法测定)。
(Ⅱ)发酵结束后，进行苏氨酸的提取：
(1)发酵液80℃加热5分钟，调节pH为4.0，上陶瓷膜(膜孔径在50nm)过滤；
(2)过滤后，加0.5％活性炭60℃脱色10min，真空抽滤除去活性炭得滤液；
(3)旋转蒸发，浓缩体积至原液的1/7,降温静置结晶2h，结晶期间以每分钟120转的速度搅拌；
(4)真空抽滤除去母液得晶体；
(5)将母液旋转蒸发浓缩体积至母液的1/4，降温静置结晶2h，结晶期间以60r/min的速度搅拌；
(6)真空抽滤除去母液得苏氨酸晶体。
通过计算得到苏氨酸收率为94％，母液剩余3％，与传统工艺(苏氨酸收率82％，母液剩余8％)相比，收率提高了14.6％，母液减少了62.5％，产品纯度达99.2％(采用2，4-二硝基氟苯柱前衍生高效液相色谱法)。
(Ⅲ)在最终剩余的母液中流加1g/L KH2PO4，培养饲用酵母，用于饲料使用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种苏氨酸发酵培养基，其特征在于：由以下成分组成：葡萄糖29.5-30.5g/L，MgSO4·7H2O 0.78-0.82g/L，FeSO4·7H2O 4.9-5.1mg/L，生物素0.2mg/L，VB1 0.3mg/L，MnSO4·H2O 2.9-3.1mg/L，KH2PO4 1.45-1.55g/L，柠檬酸1.9-2.1g/L，谷氨酸0.5g/L、赖氨酸0.5g/L，甘氨酸0.1g/L、酪氨酸0.1g/L、天冬氨酸0.1g/L、精氨酸0.1g/L、甲硫氨酸0.1g/L，鸟苷、肌苷、腺苷各0.1g/L，微量元素4.9-5.1mL/L，其余为去离子水，其中，所述微量元素中各元素终浓度为CoCl2·6H2O 1.37-1.43g/L、MnSO4·H2O 0.49-0.51g/L、CuSO4·7H2O0.49-0.51g/L。
2.根据权利要求1所述的苏氨酸发酵培养基，其特征在于：由以下成分组成：葡萄糖30g/L，MgSO4·7H2O 0.8g/L，FeSO4·7H2O 5mg/L，生物素0.2mg/L，VB1 0.3mg/L，MnSO4·H2O3mg/L，KH2PO4 1.5g/L，柠檬酸2g/L，谷氨酸0.5g/L、赖氨酸0.5g/L，甘氨酸0.1g/L、酪氨酸0.1g/L、天冬氨酸0.1g/L、精氨酸0.1g/L、甲硫氨酸0.1g/L，鸟苷、肌苷、腺苷各0.1g/L，微量元素5mL/L，其余为去离子水，其中，所述微量元素中各元素终浓度为CoCl2·6H2O 1.4g/L、MnSO4·H2O 0.5g/L、CuSO4·7H2O 0.5g/L。
3.采用权利要求1所述苏氨酸发酵培养基的苏氨酸清洁生产工艺，其特征在于：具体步骤如下：
(Ⅰ)进行菌种培养，然后将得到的种子液接种到权利要求1所述苏氨酸发酵培养基中进行清液发酵，发酵过程中流加含有2g/L氯化胆碱的质量浓度为800g/L的糖溶液，控制残糖质量浓度为1％左右；
(Ⅱ)发酵结束后，进行苏氨酸的提取：
(1)发酵液80℃加热5分钟，调节pH为4.0，上陶瓷膜过滤；
(2)过滤后，加0.5％活性炭60℃脱色10min，真空抽滤除去活性炭得滤液；
(3)旋转蒸发滤液，浓缩体积至原液的1/8～1/7,降温静置结晶2h，结晶期间以120r/min的速度搅拌；
(4)真空抽滤除去母液得晶体；
(5)将母液旋转蒸发浓缩体积至母液的1/4～1/5，降温静置结晶2h，结晶期间以60r/min的速度搅拌；
(6)真空抽滤除去母液得苏氨酸晶体。
4.根据权利要求3所述的苏氨酸清洁生产工艺，其特征在于：所述步骤(Ⅱ)(1)中陶瓷膜的孔径为50nm。
5.根据权利要求3所述的苏氨酸清洁生产工艺，其特征在于：在所述步骤(Ⅱ)(6)最终剩余的母液中流加1g/L KH2PO4，培养饲用酵母，用于饲料使用。
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