李黎明
摘 要:糖化酶的添加,能夠提升菌體活性,使產酸速率提升,發(fā)酵周期可以縮短3小時。在供氧不足的條件下,高糖發(fā)酵前期會出現(xiàn)RQ上升再下降的現(xiàn)象。糖化的RQ值略高。
關鍵詞:糖化酶;菌體活力;產酸
檸檬酸發(fā)酵結束后,發(fā)酵中菌體干重一般大約為13g/L,根據(jù)質量守恒定律,至少約有13g/L的葡萄糖用于菌體生長,即有1.3%的葡萄糖,約占10%的總糖白白消耗,沒有用于產酸。如采用高糖糖化工藝,大大延長產酸期,提高單批菌體的利用效率,減少由于菌體生長而必須消耗的糖分,使更多的糖轉化成酸,進而提高原料轉化率(平均約可提高3~5百分點)。
1 試驗設備
60T種子罐,450T發(fā)酵罐,Extrel公司MAX300-LG質譜儀
2 試驗數(shù)據(jù)分析
2.1 添加糖化酶對發(fā)酵水平的影響
糖化與非糖化發(fā)酵水平對比(備注:①非糖化(對照罐批)選取糖化結束后第51-第61批,其中第54批、第59批次因種子罐異常,統(tǒng)計時未剔除。)非糖化:種齡34.4;周期66;酸度15.91%;單罐供酸54.31;糧耗1.565;轉化率98.71%。糖化:種齡33.6;周期62.9;酸度15.99%;單罐供酸54.54;糧耗1.559;轉化率96.52%。在相同產酸的條件下,糖化酶的添加有利于縮短發(fā)酵周期。
2.2 糖化過程DE值變化
從上面兩個圖表可以看出,添加糖化酶后,DE值由之前的30~33%逐漸上升,在接種前,DE值達到65~80%,說明糖化酶的添加能夠將淀粉水解成葡萄糖,但是除第44批外,其他8批的種前DE值均未達到80%,可能與糖化酶的添加方式、作用時間、添加量有關系。
本次試驗用的NOVO蘇宏Ⅱ糖化酶的最適pH為4.0~4.3,隨著pH的升高酶活力下降;最適作用溫度60-63℃;建議添加量為0.8 kg/tds~1kg/tds,而我們目前的加量僅為0.58 kg/tds。由于目前未確定全面糖化,因此pH值現(xiàn)無法控低,但可通過提高酶的加量使糖化更加充分。
2.3 糖化酶的添加對DO的影響
從圖3可以看出(備注:藍色曲線-糖化;紅色曲線-未糖化),在高糖條件下,未添加糖化酶的批次,當DO到達最低點時,OUR并非最低。說明此時培養(yǎng)基中的溶解氧最低,但是菌體對氧氣的消耗未達到最高點,隨著培養(yǎng)時間的延長,菌體活力提升,菌體耗氧量繼續(xù)增大,這是典型的缺氧現(xiàn)象。添加糖化酶后,這種現(xiàn)象沒有得到有效改善,且糖化后溶氧最低值更低,說明在高糖條件下的存在缺氧現(xiàn)象,僅僅依靠糖化的方式無法改善。
2.4 糖化酶的添加對菌體活力和產酸速率的影響
從圖4可以看出(備注:紅色曲線-高糖糖化;綠色曲線-高糖未糖化;藍色曲線-低糖未糖化):在高糖條件下,添加糖化酶后,OUR的值有較大幅度的提升,且產酸速率加快。
結合著DO曲線可以發(fā)現(xiàn):糖化酶的添加有利于菌體活力增強,菌體活力的增強,一方面帶來產酸速度的增加,另一方面導致耗氧量增加,所以DO值下降,缺氧現(xiàn)象更嚴重。
2.5 糖化酶的添加對呼吸熵和轉化率的影響
無論是否添加糖化酶,RQ值變化趨勢一致:在發(fā)酵約12小時,RQ值均有一個上升再下降的趨勢,而RQ上升的時間與OUR下降的時間一致。分析這種現(xiàn)象可能與供氧不足有關,因為在供氧不足的情況下,菌體活力受影響,菌活力下降,耗氧率也隨之降低,發(fā)酵過程中形成的CO2不再進行羧化而被大量釋放出來,造成途徑的變化,CO2釋放率增大導致RQ 的陡升。從整個RQ曲線來看,糖化的RQ值較高,代表著轉化率較低,這也是因為供氧不足導致。
2.6 培養(yǎng)溫度對發(fā)酵的影響因素
本次試驗重點考察糖化酶的添加對發(fā)酵周期、、轉化率的影響,試驗的過程中還有一些細微的變化(如培養(yǎng)溫度)可能對發(fā)酵產生影響。在發(fā)酵過程中溫度變化趨勢與OUR正相關,溫度高則OUR高,溫度低則OUR低。這可能與溫度上升酶活性增加、菌體代謝加快有關,中糧生化研發(fā)部在華東理工大學的試驗也表明:發(fā)酵后期提升溫度可以提高酶的活性,增加產酸。
3 研究結果
①糖化酶的添加,能夠提升菌體活性,使產酸速率提升,發(fā)酵周期可以縮短3小時;
②在控制條件不變的情況下,僅僅依靠添加糖化酶來改變培養(yǎng)基的黏度,提升氣液之間氧氣的傳遞效率,從根本上解決不了氧限制問題;
③在供氧不足的條件下,高糖發(fā)酵前期會出現(xiàn)RQ上升再下降的現(xiàn)象。糖化的RQ值略高,代表著轉化率低;
④溫度對OUR的提升有一定的益處,可能是溫度的提升促使菌體酶活力增強有關。