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        提高維生素C發(fā)酵中山梨醇轉化率的自動控制補料方法研究

        2015-05-30 22:03:11劉中敢于霞李靜
        中外食品工業(yè) 2015年1期
        關鍵詞:山梨糖山梨醇

        劉中敢 于霞 李靜

        摘要:維生素C生產中的重要一步是L-山梨糖發(fā)酵。該發(fā)酵采用細菌將D-山梨醇氧化為L-山梨糖,分批發(fā)酵時,存在明顯的底物抑制作用,因此很難獲得高產率的山梨糖,而通過補料方式可消除底物抑制作用,改善山梨糖產率。本文在山梨糖發(fā)酵分批時采用了兩種不同的補料方法:以0.6lh-1的恒定速率補入山梨醇含量為600gl-1的營養(yǎng)物,山梨糖的產率為12.64 gl-1h-1;以0.5-0.04lh-1的線性降低速率補入山梨醇含量為600gl-1的營養(yǎng)物,山梨糖的產率為17.01gl-1h-1。在產率方面后一種補料方式具有明顯的優(yōu)勢,可以提高山梨糖產率,是較好的底物補料方法。

        關鍵詞:弱氧化醋酸桿菌 山梨醇 山梨糖 補料方法

        中圖分類號:TQ924 文獻標識碼:A 文章編號:1672-5336(2015)02-0083-01

        1 材料和方法

        1.1 材料

        70%山梨醇溶液,酵母粉,磷酸二氫胺,硫酸鎂。

        1.2 菌種及種子培養(yǎng)

        菌種:NRRLB-72。

        種子培養(yǎng):培養(yǎng)48小時后的成熟斜面接種于試管,試管培養(yǎng)基裝量為10ml,30℃靜止培養(yǎng)72小時,接種于1L搖瓶,搖瓶培養(yǎng)基裝量為100ml,控制溫度在30℃,搖床轉速250rpm條件下發(fā)酵培養(yǎng)。

        1.3 發(fā)酵培養(yǎng)

        1.3.1 發(fā)酵條件

        發(fā)酵采用7.0L攪拌發(fā)酵罐,培養(yǎng)基配方如上,通氣量2.2vvm,轉速700rpm,培養(yǎng)溫度30℃,pH通過加入3N HCl自動控制在6.0。

        1.3.2 600gl-1 山梨醇,0.6lh-1衡速補料分批發(fā)酵

        發(fā)酵初始,體積為2.5L,山梨醇濃度為100gl-1 ,當生物量達4.2gl-1 時(對數生長期,約發(fā)酵8小時)開始以0.6lh-1衡速補入2.0L含有600gl-1 山梨醇的培養(yǎng)基,為了排除其他影響,培養(yǎng)基中其余成分按山梨醇比例相應增加。補料結束后繼續(xù)發(fā)酵至山梨醇完全耗盡。

        1.3.3 補料速率線性降低分批發(fā)酵

        發(fā)酵中補料速率線性降低:F=500.00-62.64×t(F單位是ml h-1,t單位是h)。發(fā)酵初始,體積為2.5L,山梨醇濃度為100gl-1 ,當生物量達3.8gl-1 時(約發(fā)酵6小時)開始補入2.0L含有600gl-1 山梨醇的培養(yǎng)基,為了排除其他影響,培養(yǎng)基中其余成分按山梨醇比例相應增加,補料速率線性降低(0.5-0.04lh-1)。補料結束后繼續(xù)發(fā)酵至終點。

        1.4 山梨糖總產率的計算

        山梨糖總產率計算如下:產生的山梨糖(gl-1)/發(fā)酵周期(h)。

        2 結果與討論

        2.1 600gl-1 山梨醇,0.6lh-1恒速補料分批發(fā)酵

        0.6lh-1恒速補料對發(fā)酵的影響。此條件下發(fā)酵周期、生物量、山梨糖濃度分別為25小時、9.85、316.00gl-1 ,山梨糖總產率為12.16 gl-1 h-1。由于補料較快,導致發(fā)酵11.5小時時反應液中山梨醇濃度由10gl-1 突然增至210gl-1,不利于菌體的生長,這也可能是山梨糖產率降低的原因,此時后山梨糖產率一直較低16.5 gl-1 h-1 。因此,為了在高山梨糖濃度時依然獲得高產率,需要改變補料速率使山梨醇濃度低于抑制水平。

        2.2 補料速率線性降低的分批發(fā)酵

        由于補料過快,使山梨醇濃度由10gl-1 突然累積到210gl-1,產生底物抑制作用,這樣補料結束后,仍需要發(fā)酵一段時間。為了消除這一不利影響采取將補料速率線性降低(起始0.5lh-1)的方法。理論上,發(fā)酵與補料同時結束,有利于縮短發(fā)酵周期,提高山梨糖產率。

        補料速率線性降低時的微生物生長和山梨醇、山梨糖濃度,發(fā)酵周期、生物量、山梨糖濃度分別為16小時、12.41、272.37gl-1,山梨糖總產率為17.01 gl-1 h-1 。

        此補料方法與衡速補料相比,可以降低培養(yǎng)過程中山梨醇濃度(50-120 gl-1 ,6-13h;10-210 gl-1 ,8-11.5h)減弱對菌體生長的抑制作用(生物量12.41,9.85),補料結束后 再發(fā)酵時間也由13.5h降低到3h。實驗結果表明補料速率線性降低是個好方法,可以提高山梨糖產率。

        在分批發(fā)酵的補料策略方面,也有許多其他方面的報道,Bosjnak et等嘗試采用梯度補料,山梨糖產率為11.62gl-1 h-1;Mori 等采用純氧通氣,提高山梨糖產率到44.85 gl-1 h-1,但不經濟;Srivastava和Lasrado的補料發(fā)酵研究山梨糖產率為12.6gl-1 h-1。與這些研究結果相比,補料速率線性降低優(yōu)勢明顯。

        3 結語

        在山梨糖補分批發(fā)酵中,山梨醇濃度為600 gl-1的培養(yǎng)基以0.6 l h-1衡速補料時,發(fā)酵周期25h,山梨糖產率及產量分別為12.64 gl-1 h-1和316.00gl-1;然而,以線性降低速率補料時,發(fā)酵周期16h,山梨糖產率及產量分別為17.01 gl-1 h-1和272.37gl-1。前者由于補料速度過快,使發(fā)酵液中山梨醇濃度處于抑制水平,延長了發(fā)酵周期,形成所謂“二次分批發(fā)酵”;而后者補料量呈線性遞減,發(fā)酵液中山梨醇始終處于較適宜濃度,隨著發(fā)酵進入惡化階段,補入的山梨醇量也逐漸減少,這樣使發(fā)酵達到最優(yōu)化。

        參考文獻

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        [4] Bosjnak M, Pintar P, Gomercic K. Gradient fed-batch culture aseffi cient microbial oxidation method. Med Fac LandbouwwRijksuniv Gent 1991;56:1723–30.

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