摘要：L-精氨酸發(fā)酵屬于高耗氧的發(fā)酵，提高溶氧及控制好泡沫有利于促進菌體生長和提高精氨酸的產(chǎn)酸。通過適當提高罐壓可以有效提高溶氧。實驗表明0.08MPa的壓力條件下，產(chǎn)酸最高45.7g/L。通過添加聚醚類消泡劑，使泡沫完全消除的情況下，產(chǎn)酸最好，達到了48.88g/L。

關(guān)鍵詞：L-精氨酸 溶氧 罐壓 泡沫 聚醚類消泡劑

中圖分類號：TS2；Q815 文獻標識碼：A 文章編號：文章編號：1672-5336（2015）08-0000-00

精氨酸屬于人體半必須氨基酸，是合成蛋白質(zhì)和肌酸的重要原料，具有多種生理功能，廣泛應(yīng)用于食品與醫(yī)藥行業(yè)等領(lǐng)域。目前的L-精氨酸多采用發(fā)酵法進行生產(chǎn)，雷劍芬利用黃色短桿菌生產(chǎn)L-精氨酸，產(chǎn)量達到了65g/L[1]，但與產(chǎn)酸過到119.7g/L[2] 的L-蘇氨酸發(fā)酵相比，L-精氨酸發(fā)酵的產(chǎn)酸水平極相對較低，研究L-精氨酸配方與控制工藝等發(fā)酵條件，提高精氨酸發(fā)酵產(chǎn)酸水平具有重意義。

研究發(fā)現(xiàn)溶氧對于L-精氨酸發(fā)酵有重要影響[3]，通常既是營養(yǎng)因素，又是環(huán)境因素。許虹[4]等發(fā)供氧越高，L-精氨酸的生產(chǎn)量越大。泡沫的生成對精氨酸發(fā)酵有不利的影響，泡沫過多時容易冒頂跑料，造成染菌，泡沫過多還容易造成假溶氧，使L-精氨酸發(fā)酵供氧不足，導(dǎo)致菌體缺氧老化或死亡。因此控制和抑制L-精氨酸發(fā)酵過程的泡沫與提高發(fā)酵過程中的供氧水平相輔相成，同樣重要。

1材料與方法

1.1 菌種

黃色短桿菌（Brevibacter ium flavum ）HXV305為廣東環(huán)西生物科技股份有限公司技術(shù)中心菌種室保藏菌種。

1.2 培養(yǎng)基

1.2.1種子培養(yǎng)基（g/L）

葡萄糖30.0，磷酸二氫鉀1.0，七水硫酸鎂0.5，玉米漿干粉25.0，尿素1.0， VH 0.00005，VB1 0.00025，pH6.8～7.0；121℃滅菌20分鐘。

1.2.2 發(fā)酵培養(yǎng)基（g/L）

葡萄糖100.0磷酸二氫鉀1.5，七水硫酸鎂0.6，VH0.0001，VB1 0.00025，硫酸銨40.0，玉米漿干粉30，pH7.0～7.2；121℃滅菌20分鐘。

2 結(jié)果與討論

2.1 溶氧對L精氨酸發(fā)酵的影響與控制

L-精氨酸發(fā)酵屬于高耗氧發(fā)酵，溶氧不足時會嚴重抑制L-精氨酸的合成，導(dǎo)致生物細胞代謝轉(zhuǎn)向所不需的化合物的合成，提高溶氧水平，對L-精氨酸發(fā)酵有利。影響溶氧的因素有通氣量、機械攪拌轉(zhuǎn)速、罐壓等，再加大通氣量與攪拌轉(zhuǎn)速一方面會增加能源消耗，另一方面加大設(shè)備的損耗，增加生產(chǎn)成本，升高罐壓是提高溶氧的有效途徑。

合適的罐壓，不僅可以提高溶氧，還可以保持罐內(nèi)正壓，防止染菌。不同罐壓對L-精氨酸發(fā)酵的影響如圖1所示，結(jié)果表明，0.08MPa是最適罐壓，L-精氨酸產(chǎn)酸最高，達到了45.7g/L。隨著罐壓的升高，溶氧進一步提高，但產(chǎn)酸反而下降，這可能是因為罐壓的提高，不僅提高了溶氧，也提高了CO2的溶解，CO2的過度溶解對菌體有毒害作用。

2.2 泡沫的生成與影響

L-精氨酸發(fā)酵培養(yǎng)基中的氮源比較中富，是重要的起泡物質(zhì)，而且精氨酸通氣量和攪拌轉(zhuǎn)速比較大，加上菌體自身代謝旺盛，所以泡沫相對于其他的氨基酸發(fā)酵會比較多。泡沫過多，特別泡沫與發(fā)酵液界限明顯的泡沫類型，會影響氧的傳遞速率，影響菌體對氧的攝取。另一方面，泡沫過多時，有時還會造成冒頂和跑料，增加染菌的機會。因此，抑制泡沫的生成對發(fā)酵有利。

控制和抑制泡沫生成的方式有很多，主要分為物理機械的方法和化學(xué)的方法兩種。物理方法主要有超聲波、機械攪拌、旋風(fēng)分離等方法，化學(xué)的方法主要采用添加消泡劑的方式進行消泡。目前采用的消泡劑有天然油脂，聚醚類消泡劑，硅酮類消泡劑等。實驗采用聚醚類消泡劑研究添加消泡劑后泡沫的三種狀態(tài)對發(fā)酵的影響，結(jié)果如圖2所示。從圖中可以看出，添加消泡劑后，使泡沫完全消除，發(fā)酵產(chǎn)酸最高，達到48.88g/L。

3 結(jié)語

通過提高罐壓，可以有效提高發(fā)酵液中的溶氧，在0.08MPa的壓力下，對發(fā)酵的效果最好，產(chǎn)酸達到45.7g/L，在此條件下，再通過添加聚醚類消泡劑使發(fā)酵的液泡沫完全消除，并始抑制泡沫的生成，對發(fā)酵最有利，產(chǎn)酸達到了48.88g/L。

參考文獻

[1] 雷劍芬.黃色短桿菌生產(chǎn)L-精氨酸發(fā)酵條件研究[J].發(fā)酵科技通訊，2009，38（3）：12-14.

[2] 馮志彬，程顯好 等.正交旋轉(zhuǎn)組合優(yōu)化L-蘇氨酸發(fā)酵的氮源[J].中國釀造，2009，209（8）：137-139.

[3] Takashi Utagawa.Arginine metabolism：enzymology，nutrition，and clinical significance.American Society for Nutriional Sciences，2004，134：2854-2857.

[4] 許虹，竇文芳 等.不同供氧水平對L-精氨酸分批發(fā)酵的影響[J].化工學(xué)報，2008，59（9）：2295-2301.

收稿日期：2015-04-20

作者簡介：陳偉波（1982-）男，廣東普寧人，本科學(xué)士，助理工程師，主要從事氨基酸發(fā)酵行業(yè)工作和食品生物技術(shù)方向研究。