谷胱甘肽廢液在微生物生產(chǎn)中的應(yīng)用及應(yīng)用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微生物領(lǐng)域，具體地說(shuō)是谷胱甘肽廢液在微生物生產(chǎn)中的應(yīng)用及應(yīng)用 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 谷胱甘肽，一般指還原性谷胱甘肽（Glutathione，GSH)，它是一種廣泛存在于人 體正常細(xì)胞內(nèi)的生物活性物質(zhì)，是人類(lèi)細(xì)胞中自然合成的含量最豐富的含巰基的低分子三 肽，臨床證明還原性谷胱甘肽是一種用途廣泛的小分子肽類(lèi)活性物質(zhì)，具有重要的抗氧化 和整合解毒作用，用于病毒性、藥物毒性、酒精毒性及其它化學(xué)物質(zhì)引起的肝臟損害，也是 癌癥患者放化療時(shí)的輔助治療藥物，對(duì)急性貧血、成人呼吸窘迫綜合癥、敗血癥聯(lián)合治療有 著積極的作用。
[0003]目前，谷胱甘肽制備方法主要有溶劑提取法、化學(xué)合成法、酶合成法、微生物發(fā)酵 法。溶劑提取法主要利用小麥胚芽、酵母為原料，雖然已經(jīng)工業(yè)化，但工藝較落后，生產(chǎn)規(guī)模 小且產(chǎn)量低，而且產(chǎn)品質(zhì)量不高；化學(xué)合成法主要利用谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸為原料，工 藝較成熟，但存在成本高、反應(yīng)步驟多、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、操作復(fù)雜的缺點(diǎn)，同時(shí)產(chǎn)物為谷胱甘肽 的左旋體和右旋體的混合物，化學(xué)拆分困難，由此造成了產(chǎn)品純度不高，并且環(huán)境污染很?chē)?yán) 重限制了該方法的應(yīng)用；酶合成法主要是以谷氨酸、半管氨酸、甘氨酸為底物，利用谷胱甘 肽合成酶，加入ATP合成，處于研究階段，雖然酶法生產(chǎn)工藝明確，產(chǎn)品純度較高，但是操作 復(fù)雜，而且需要底物氨基酸和昂貴的ATP，因此生產(chǎn)成本很高。
[0004]微生物發(fā)酵法生產(chǎn)谷胱甘肽主要以糖類(lèi)為原料，利用酵母和大腸桿菌體內(nèi)物質(zhì)代 謝來(lái)獲得谷胱甘肽，具有反應(yīng)條件溫和、成本低、生產(chǎn)效率快等優(yōu)點(diǎn)，其生產(chǎn)過(guò)程為：無(wú)菌條 件下接入種子液，在一定溫度下，通風(fēng)培養(yǎng)，得到含有谷胱甘肽的發(fā)酵液，將發(fā)酵液離心過(guò) 濾（1)，得到含有谷胱甘肽的菌體，將洗滌好的菌體制成菌懸液，離心過(guò)濾（2)，取濾液加入 適量物料反應(yīng)生成沉淀，將沉淀制成混懸液，離心過(guò)濾（3)，將濾液脫色、濃縮、結(jié)晶、離心
[4] 得到谷胱甘肽濕晶體，最后用真空干燥得到谷胱甘肽干品。
[0005] 微生物發(fā)酵法生產(chǎn)谷胱甘肽過(guò)程中的設(shè)備清洗廢水、發(fā)酵液離心后的殘液、地面 沖洗廢水、離心結(jié)晶母液等各種廢水共同構(gòu)成谷胱甘肽發(fā)酵生產(chǎn)廢液。各種廢液直接排放 不僅會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，而且造成資源浪費(fèi)。利用傳統(tǒng)的物化處理技術(shù)、生物處理技術(shù)如凝聚 法、蒸發(fā)濃縮法、吸附法、活性污泥法、生物活性炭法、生物膜法等進(jìn)行廢水處理，雖然能夠 達(dá)標(biāo)，但是基建投資及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高，工藝復(fù)雜，廢棄物再生利用率低，易產(chǎn)生二次污染。
[0006] 谷胱甘肽廢液資源化是谷胱甘肽企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的最佳戰(zhàn)略，但相關(guān)研究成果還 未見(jiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供谷胱甘肽廢液在微生物生產(chǎn) 中的應(yīng)用。
[0008] 本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)任務(wù)是提供上述應(yīng)用的應(yīng)用方法。
[0009] 谷胱甘肽廢液中含有大量的氨基酸、糖類(lèi)、粗蛋白、營(yíng)養(yǎng)鹽等營(yíng)養(yǎng)成分，經(jīng)過(guò)申請(qǐng) 人大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得到，將谷胱甘肽廢液應(yīng)用于微生物生產(chǎn)中，可達(dá)到意想不到的技術(shù)效果。
[0010] 在微生物生產(chǎn)中，可以以谷胱甘肽廢液作為種子培養(yǎng)基有效成分使用。
[0011] 為了更好地適應(yīng)培養(yǎng)需要，可以將谷胱甘肽廢液加純水稀釋5~20倍，在 pH5. 5 ~7. 2,121°C~125°C，0. 103MPa~0? 168MPa條件下滅菌 0? 5 ~lh，降溫至 27 ~ 36 °C后作為種子培養(yǎng)基使用。
[0012] 利用種子培養(yǎng)基進(jìn)行種子罐培養(yǎng)時(shí)，種子罐的培養(yǎng)基裝料量控制在種子罐公稱(chēng)容 積的50 %~75 %，優(yōu)選60 %，接種量控制在種子罐實(shí)際裝料量的0. 5 %~2. 0 % (接入種子 罐中的種子液體積與種子罐內(nèi)裝的料液體積之比），在適當(dāng)溫度、pH值、通氣量及攪拌速度 下發(fā)酵一定時(shí)間，得到種子罐培養(yǎng)液。
[0013] 種子罐培養(yǎng)時(shí)使用的種子液體，可通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中公知的菌種種子液制備方法得 至IJ。例如，可以首先對(duì)保藏菌種進(jìn)行斜面活化，然后對(duì)活化后的菌種進(jìn)行三角瓶種子制備。 菌種活化、三角瓶種子制備時(shí)所使用培養(yǎng)基的類(lèi)型、成分不影響本發(fā)明技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)。
[0014] 在微生物生產(chǎn)中，還可以以谷胱甘肽廢液作為發(fā)酵培養(yǎng)基有效成分使用。
[0015] 為了更好地適應(yīng)培養(yǎng)需要，可以將谷胱甘肽廢液加純水稀釋5~20倍，在 pH5. 5~7. 2,121°C~125°C，0. 103MPa~0? 168MPa條件下滅菌 0?5~lh，降溫至 27 ~ 36°C后作為發(fā)酵培養(yǎng)基使用。
[0016] 利用發(fā)酵培養(yǎng)基進(jìn)行發(fā)酵罐培養(yǎng)時(shí)，發(fā)酵罐的培養(yǎng)基裝料量控制在發(fā)酵罐公稱(chēng)容 積的50 %~75 %，優(yōu)選60 %，培養(yǎng)液的接種量控制在發(fā)酵罐實(shí)際裝料量的3 %~10. 0 % (接入發(fā)酵罐中的種子液體積與發(fā)酵罐內(nèi)裝的料液體積之比），在適當(dāng)溫度、PH值、通氣量 及攪拌速度下發(fā)酵一定時(shí)間，得到發(fā)酵液。
[0017] 利用上述種子培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基進(jìn)行種子罐培養(yǎng)和發(fā)酵罐培養(yǎng)時(shí)，溫度、pH值、 通氣量、攪拌速度及發(fā)酵時(shí)間可根據(jù)待發(fā)酵微生物自身特性確定，例如：
[0018] 地衣芽胞桿菌種子罐培養(yǎng)時(shí)，發(fā)酵溫度控制在28~31°C，優(yōu)選30°C;pH控制 在6. 8~7. 2,優(yōu)選7. 0 ;攪拌轉(zhuǎn)速控制在160~180r/min，優(yōu)選170r/min;通氣量控制在 IWm~2VVm，優(yōu)選I. 5VVm;培養(yǎng) 18h~26h，優(yōu)選 24h。
[0019] 地衣芽胞桿菌發(fā)酵罐培養(yǎng)時(shí)，發(fā)酵培養(yǎng)液的配方和控制條件同地衣芽胞菌種子罐 培養(yǎng)。
[0020] 產(chǎn)朊假絲酵母菌種子罐培養(yǎng)時(shí)，發(fā)酵溫度控制在27~30°C，優(yōu)選28°C;pH控制 在5. 8~6. 2,優(yōu)選6. 0 ;攪拌轉(zhuǎn)速控制在190~220r/min，優(yōu)選200r/min;通氣量控制在 IWm~2VVm，優(yōu)選I. 5VVm;培養(yǎng) 20h~26h，優(yōu)選 24h。
[0021] 產(chǎn)朊假絲酵母菌發(fā)酵罐培養(yǎng)時(shí)，發(fā)酵培養(yǎng)液的配方和控制條件同產(chǎn)朊假絲酵母菌 種子罐培養(yǎng)。
[0022] 嗜酸乳桿菌種子罐培養(yǎng)時(shí)，發(fā)酵溫度控制在35~37°C，優(yōu)選36°C;pH控制在 5. 6~6. 0,優(yōu)選5. 8 ;攪拌轉(zhuǎn)速控制在135~160r/min，優(yōu)選150r/min;不通氣，培養(yǎng)23h~ 36h，優(yōu)選 30h。
[0023] 嗜酸乳桿菌發(fā)酵罐培養(yǎng)時(shí)，發(fā)酵培養(yǎng)液的配方和控制條件同嗜酸乳桿菌種子罐培 養(yǎng)。
[0024] 枯草芽孢桿菌種子罐培養(yǎng)時(shí)，發(fā)酵溫度控制在28~30 °C，優(yōu)選29°C;pH控制 在7. 0~7. 2,優(yōu)選7. 2 ;攪拌轉(zhuǎn)速控制在135~160r/min，優(yōu)選150r/min;通氣量控制在 IWm~3VVm，優(yōu)選I. 5VVm;培養(yǎng) 24h~36h，優(yōu)選 30h。
[0025] 枯草芽孢桿菌發(fā)酵罐培養(yǎng)時(shí)，發(fā)酵培養(yǎng)液的配方和控制條件同枯草芽孢桿菌種子 罐培養(yǎng)。
[0026] 德式乳桿菌保加利亞亞種種子罐培養(yǎng)時(shí)，發(fā)酵溫度控制在28~32°C，優(yōu)選30°C; pH控制在6. 2~6. 5,優(yōu)選6. 3 ;攪拌轉(zhuǎn)速控制在130~155r/min，優(yōu)選150r/min;不通氣， 培養(yǎng)22h~30h，優(yōu)選28h。
[0027] 德式乳桿菌保加利亞亞種發(fā)酵罐培養(yǎng)時(shí)，發(fā)酵培養(yǎng)液的配方和控制條件同德式乳 桿菌保加利亞亞種種子罐培養(yǎng)。
[0028] 蘇云金芽孢桿菌種子罐培養(yǎng)時(shí)，發(fā)酵溫度控制在35~37°C，優(yōu)選36°C;pH控制 在7. 0~7. 2,優(yōu)選7. 2 ;攪拌轉(zhuǎn)速控制在135~160r/min，優(yōu)選150r/min;通氣量控制在 IWm~3VVm，優(yōu)選I. 5VVm;培養(yǎng) 24h~36h，優(yōu)選 32h。
[0029] 蘇云金芽孢桿菌發(fā)酵罐培養(yǎng)時(shí)，發(fā)酵培養(yǎng)液的配方和控制條件同蘇云金芽孢桿菌 種子罐培養(yǎng)。
[0030] 解淀粉芽孢桿菌種子罐培養(yǎng)時(shí)，發(fā)酵溫度控制在35~37°C，優(yōu)選36°C;pH控制 在6. 8~7. 2,優(yōu)選7. 0 ;攪拌轉(zhuǎn)速控制在140~160r/min，優(yōu)選155r/min;通氣量控制在 IWm~3VVm，優(yōu)選I. 5VVm;培養(yǎng) 24h~36h，優(yōu)選 32h。
[0031] 解淀粉芽孢桿菌發(fā)酵罐培養(yǎng)時(shí)，發(fā)酵培養(yǎng)液的配方和控制條件同解淀粉芽孢桿菌 種子罐培養(yǎng)。
[0032] 作為優(yōu)選，所述谷胱甘肽廢液為微生物發(fā)酵法生產(chǎn)谷胱甘肽過(guò)程中發(fā)酵液離心 后的殘液，即【背景技術(shù)】中所述的發(fā)酵液離心過(guò)濾（1)的殘液。其主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其含量 為：氮 I. 48g/100mL ~I. 55g/100mL ;磷 0? 096g/100mL ~0? 12g/100mL ;鉀 3. 0g/100m ~ 3. 08g/100mL ;有機(jī)質(zhì) 40. 35g/100mL ~41. 0g/100mL ;氨基酸總量 4. 9 ~5. 02g/100mL ;粗 蛋白含量14. 86~15. 31g/100mL ;可溶性固形物含量38. 0g/100mL~38. 86g/100mL，含糖 量17.858/1001^~18.248/1001^，？115.0~5.58/1001^;水分 53.50%~55.2(^/1001111。
[0033] 所述的種子罐培養(yǎng)基初始pH、發(fā)酵罐培養(yǎng)基初始pH、種子罐培養(yǎng)過(guò)程中料液pH、 發(fā)酵罐培養(yǎng)過(guò)程中料液pH控制，均由摩爾濃度為lmol/L的氫氧化鈉溶液、摩爾濃度為 lmol/L的鹽酸溶液來(lái)調(diào)節(jié)。
[0034] 所述的地衣芽胞桿菌、產(chǎn)朊假絲酵母菌、嗜酸乳桿菌、枯草芽孢桿菌、德式乳桿菌 保加利亞亞種這五種微生物，原菌種出自中國(guó)工業(yè)微生物菌種保藏管理中心（CICC)，它們 既可作為農(nóng)業(yè)微生物應(yīng)用，也可作為畜牧飼料添加劑應(yīng)用，還可作為環(huán)保凈化用。
[0035] 所述的蘇云金芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌這兩種微生物，原菌種出自中國(guó)農(nóng)業(yè)微 生物菌種保藏管理中心（ACCC)，它們可作為農(nóng)業(yè)微生物用。
[0036] 本發(fā)明谷胱甘肽廢液在微生物生產(chǎn)中的應(yīng)用及應(yīng)用方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以 下突出的有益效果：
[0037] ( -）利用谷胱甘肽廢液生產(chǎn)微生物，改變了谷胱甘肽企業(yè)"廢棄物達(dá)標(biāo)即排"的 舊觀念，形成"變廢為寶"，"污染零排放"的生態(tài)生產(chǎn)新觀念，既降低了微生物生產(chǎn)成本，又 節(jié)省了廢水