一種l?色氨酸的發(fā)酵工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種L?色氨酸的發(fā)酵工藝，在L?色氨酸發(fā)酵培養(yǎng)基中添加2g/L的棉籽餅粉進行發(fā)酵；發(fā)酵過程在乙酸產(chǎn)量大于5g/L時進行循環(huán)過濾，分離后的發(fā)酵清液進入提取工序；提取后的濃縮菌液進入發(fā)酵罐后補加透析培養(yǎng)基后繼續(xù)發(fā)酵即得；所述發(fā)酵工藝發(fā)酵L?色氨酸產(chǎn)酸周期延長20h，乙酸濃度維持在5g/L以下，單罐產(chǎn)量提高89％以上，轉(zhuǎn)化率由17.0％提高至18.5％以上；由于發(fā)酵培養(yǎng)基中添加棉籽餅粉，未被菌體利用的棉籽殼粉在過濾中起到助濾作用，發(fā)酵液過濾速率由85mL/min提升至183mL/L。
【專利說明】
一種L-色氨酸的發(fā)酵工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及色氨酸生產(chǎn)領(lǐng)域，尤其是一種L-色氨酸的發(fā)酵工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]L-色氨酸又名L-α-氨基-β-吲哚基丙氨酸，化學(xué)名L-2-氨基-3-吲哚基丙氨酸，是含有吲哚基的中性芳香族氨基酸，在人和動物體的新陳代謝中起著重要作用，是人和動物體內(nèi)的8種必需氨基酸之一。L-色氨酸的物理性質(zhì)是呈白色或略帶黃色的葉片狀結(jié)晶或粉末，無臭或微臭，有甜味，溶于熱吡啶，微溶于乙醇不溶于氯仿與乙醚。L-色氨酸與水加熱會有少量吲哚產(chǎn)生，在有Na0H、CuS04存在的條件下加熱會有大量的吲哚產(chǎn)生。目前，L-色氨酸廣泛的應(yīng)用于醫(yī)藥、食品和飼料等方面。
[0003]在醫(yī)藥方面，L-色氨酸是合成5-羥基色胺、吲哚乙酸等激素和生理活性物質(zhì)的前體物。色氨酸還對大腦功能活動的維持起著重要作用，當(dāng)人體缺乏色氨酸時，會產(chǎn)生神經(jīng)錯亂的幻覺，應(yīng)激反應(yīng)降低，注意力與記憶力也相應(yīng)減退。目前L-色氨酸已經(jīng)作為藥物來治療癩皮病、精神分裂癥。除此之外，L-色氨酸還具有促進人體睡眠，抗高血壓以及鎮(zhèn)痛等作用。
[0004]在食品方面，由于L-色氨酸可以和金屬離子螯合，故其可以作為防腐劑防止蛋白質(zhì)發(fā)生霉變反應(yīng)。L-色氨酸與丙氨酸-色氨酸二肽等具有抗氧化功能的氨基酸聯(lián)合應(yīng)用具有更強的防腐作用。6-氯色氨酸是D-色氨酸的一個衍生物，其甜度是蔗糖甜度的1300倍，故色氨酸也可以作為非營養(yǎng)性的甜味劑，被肥胖癥、高血壓和糖尿病患者服用。另外，由于植物蛋白中比較缺乏色氨酸，用色氨酸強化食品與飼料可以明顯的提高植物蛋白的利用率。
[0005]在飼料方面，目前為止，L-色氨酸被確認為六種飼料添加氨基酸之一，成為繼賴氨酸及蛋氨酸之后的第三類飼料添加氨基酸。色氨酸可以提高動物體蛋白質(zhì)的合成率，并且可以轉(zhuǎn)化為尼克酰胺促進動物體的生長。并且L-色氨酸可以提高動物體內(nèi)γ -球蛋白的合成量，提高動物體的抗病能力。L-色氨酸對動物的行為也會產(chǎn)生一定的影響，在飼料中添加一定量的色氨酸可以顯著地降低動物的攻擊行為，減少應(yīng)激反應(yīng)的發(fā)生。
[0006]目前為止，L-色氨酸的生產(chǎn)方法有酶法、微生物轉(zhuǎn)化法和微生物發(fā)酵法。但是由于酶法合成色氨酸的過程中，酶的需要量大且易失活，并且酶的價格昂貴，在工業(yè)生產(chǎn)上存在很大的弊端。微生物轉(zhuǎn)化法中所需的前體物質(zhì)本身就對微生物的生長起到了抑制作用，在工業(yè)生產(chǎn)中也受到了極大地限制。而微生物發(fā)酵法有產(chǎn)酸高、成本低、質(zhì)量好等獨特的優(yōu)勢，成為大規(guī)模生產(chǎn)色氨酸的首選技術(shù)。
[0007]微生物發(fā)酵法生產(chǎn)色氨酸的過程中，為了提高L-色氨酸的產(chǎn)量，主要采用優(yōu)化培養(yǎng)基及添加培養(yǎng)物的方式。黃建民等人通過添加丙酮酸鈉來提高色氨酸的產(chǎn)量(專利號ZL201310692893.6)。李榮杰等人通過添加壬基酚聚氧乙烯醚-1O(OP-1O)提高色氨酸產(chǎn)量(專利號ZL 201110034187.3)。然而，采用添加培養(yǎng)物及優(yōu)化培養(yǎng)基的方式來提高色氨酸的產(chǎn)量，不能夠解決發(fā)酵中后期乙酸積累抑制產(chǎn)酸的現(xiàn)象，并且添加營養(yǎng)物使發(fā)酵液的成分變得更為復(fù)雜，給后期的分離提取過程造成了一定的困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種L-色氨酸的發(fā)酵工藝，有效解決了 L-色氨酸發(fā)酵中后期乙酸積累過多抑制發(fā)酵產(chǎn)酸的問題。
[0009 ]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0010]一種L-色氨酸的發(fā)酵工藝，具體步驟如下:
[0011](I)在L-色氨酸發(fā)酵培養(yǎng)基中添加2g/L的棉籽餅粉進行發(fā)酵；
[0012](2)發(fā)酵過程在乙酸產(chǎn)量接近或大于5g/L時進行循環(huán)過濾，分離后的發(fā)酵清液進入提取工序；
[0013](3)過濾菌液經(jīng)過循環(huán)濃縮，進入發(fā)酵罐，補加透析培養(yǎng)基后繼續(xù)發(fā)酵。
[0014]優(yōu)選的，上述L-色氨酸的發(fā)酵工藝，所述L-色氨酸發(fā)酵培養(yǎng)基為葡萄糖1.5%，磷酸氫二鉀4.2 %，檸檬酸0.1%,酵母粉0.15%,硫酸鎂0.1%,硫酸錳0.001%,硫酸亞鐵
0.005%，其余為自來水。
[0015]優(yōu)選的，上述L-色氨酸的發(fā)酵工藝，所述透析培養(yǎng)基為磷酸氫二鉀1.5%，檸檬酸
0.5%,酵母粉0.05 %，硫酸鎂0.4 %，其余為自來水。
[0016]優(yōu)選的，上述L-色氨酸的發(fā)酵工藝，所述棉籽餅粉為100目的棉籽餅粉，作為菌體生長所需氮源，并在過濾過程起到助濾作用，提高過濾速率。
[0017]優(yōu)選的，上述L-色氨酸的發(fā)酵工藝，所述進行循環(huán)過濾的過濾裝置包括發(fā)酵罐、氣液分離器、栗體、膜分離設(shè)備和儲罐，所述發(fā)酵罐出料口與氣液分離器的物料入口相連通，所述氣液分離器的液體出口通過栗體與膜分離設(shè)備連通，所述膜分離設(shè)備分別與儲罐和發(fā)酵罐連通，所述膜分離設(shè)備內(nèi)部設(shè)有耐高溫高壓陶瓷膜，所述氣液分離器的氣體出口通過長管連接空氣過濾膜。
[0018]優(yōu)選的，上述L-色氨酸的發(fā)酵工藝，所述過濾裝置的具體操作過程如下:
[0019](I)過濾裝置利用0.1MPa蒸汽進行連續(xù)滅菌Ih，滅菌之后利用無菌空氣保持正壓；
[0020](2)在發(fā)酵罐中進行L-色氨酸的發(fā)酵，發(fā)酵培養(yǎng)基中需添加2g/L棉籽餅粉，待發(fā)酵至乙酸濃度接近或大于5g/L時過濾裝置進行膜過濾透析；
[0021](3)過濾過程濃縮液(菌體)直接返回原發(fā)酵罐內(nèi)，過濾菌液體積濃縮至初始發(fā)酵液體積的15 %時停止過濾，利用無菌空氣把膜分離設(shè)備內(nèi)的發(fā)酵液壓入發(fā)酵罐；
[0022](4)把滅菌后并冷卻的透析培養(yǎng)基加入發(fā)酵罐內(nèi)，加入量按照濃縮菌液體積的6倍加入發(fā)酵罐，繼續(xù)進行發(fā)酵，當(dāng)發(fā)酵液內(nèi)乙酸濃度接近5g/L時停止發(fā)酵，重復(fù)上述步驟進行過濾透析，之后進行第三次發(fā)酵(一共進行三次發(fā)酵)。
[0023]本發(fā)明結(jié)構(gòu)有如下有益效果:
[0024]上述L-色氨酸的發(fā)酵工藝，具有如下技術(shù)效果:
[0025]1.發(fā)酵培養(yǎng)基內(nèi)加入棉籽餅粉，不僅作為菌體生長的氮源，含有的棉籽殼粉在膜過濾時起到助濾的作用，使過濾速率大幅度提高；
[0026]2.發(fā)酵罐與膜分離裝置相連接，在邊發(fā)酵過程可隨時開啟無菌過濾，濃縮的菌液繼續(xù)發(fā)酵；
[0027]3.本發(fā)明在發(fā)酵中期進行過濾透析，將發(fā)酵液內(nèi)含有的色氨酸、乙酸過濾除去，解除了色氨酸、乙酸對菌體產(chǎn)生的抑制作用；
[0028]4.本發(fā)明延長了 L-色氨酸發(fā)酵產(chǎn)酸周期，提高了糖酸轉(zhuǎn)化率。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明所述L-色氨酸的發(fā)酵工藝的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖中:1-發(fā)酵罐2-氣液分離器3-空氣過濾膜4-變速調(diào)節(jié)栗5-膜分離設(shè)備6_儲罐
【具體實施方式】
[0031]為進一步說明本發(fā)明，現(xiàn)配合附圖進行詳細闡述:
[0032]實施例1
[0033]—種L-色氨酸的發(fā)酵工藝，具體步驟如下:
[0034](I)如圖1所示，組裝過濾裝置，所述過濾裝置包括30L發(fā)酵罐1、氣液分離器2、變速調(diào)節(jié)栗4、膜分離設(shè)備5和儲罐6，所述發(fā)酵罐出料口與氣液分離器(可以選擇旋風(fēng)氣液分離器)的物料入口相連通，所述氣液分離器的氣體出口通過長管連接耐高溫空氣過濾膜3，所述氣液分離器的底部為與水平面呈60°夾角的倒三角錐結(jié)構(gòu)，其液體出口位于錐底處，所述液體出口通過變速調(diào)節(jié)栗與膜分離設(shè)備連通，所述膜分離設(shè)備分別與儲罐和發(fā)酵罐連通，所述膜分離設(shè)備內(nèi)部設(shè)有耐高溫高壓陶瓷膜，各部件連接完畢之后進行消毒滅菌。
[0035](2)發(fā)酵培養(yǎng)基中添加2g/L棉籽餅粉(S卩IL發(fā)酵培養(yǎng)基中添加2g棉籽餅粉)，在經(jīng)步驟(I)滅菌后的發(fā)酵罐內(nèi)進行色氨酸發(fā)酵，膜分離設(shè)備利用無菌空氣保持正壓狀態(tài);發(fā)酵2Ih測定L-色氨酸產(chǎn)量為31.6g/L，乙酸產(chǎn)量為5.2g/L，此時乙酸對L-發(fā)酵產(chǎn)生較強的抑制，開啟膜分離設(shè)備進行過濾，陶瓷膜過濾面積為0.12m2 ο
[0036](3)過濾過程菌體濃縮液返回發(fā)酵罐內(nèi)，初始發(fā)酵液體積為20.6L，濾出液體積為17.2L，加入5L無菌水繼續(xù)過濾透析，濾出液體積為5.1L，平均過濾速率為185mL/mi η，過濾結(jié)束后利用無菌空氣把管道內(nèi)及膜內(nèi)發(fā)酵液壓入發(fā)酵罐，然后向發(fā)酵罐內(nèi)加入12L透析培養(yǎng)基，繼續(xù)進行第二次發(fā)酵培養(yǎng)。
[0037](4)發(fā)酵過程流加70%的葡萄糖溶液，流加糖速率控制在每小時每升發(fā)酵液加入10-12g葡萄糖，發(fā)酵每小時監(jiān)測乙酸和L-色氨酸，當(dāng)乙酸濃度接近5.0g/L時，再次進行過濾。
[0038](5)第二次發(fā)酵19h，乙酸濃度為4.7g/L，色氨酸產(chǎn)量達到29.6g/L，停止第二次發(fā)酵，然后進行透析過濾。重復(fù)(3)和(4)步，進行第三次發(fā)酵培養(yǎng)，18h結(jié)束發(fā)酵。發(fā)酵總產(chǎn)酸1.85kg，單罐產(chǎn)酸比分批發(fā)酵提高89.9%,糖酸轉(zhuǎn)化率為18.5%，提高6.9%。
[0039]上述L-色氨酸的發(fā)酵培養(yǎng)基為葡萄糖1.5%，磷酸氫二鉀4.2%，檸檬酸0.1%，酵母粉0.15%,硫酸鎂0.1%,硫酸錳0.001%,硫酸亞鐵0.005%,其余為自來水;透析培養(yǎng)基為磷酸氫二鉀1.5%,檸檬酸0.5%,酵母粉0.05%,硫酸鎂0.4%,其余為自來水。
[0040]可見，整個發(fā)酵過程中，發(fā)酵L-色氨酸產(chǎn)酸周期延長20h以上，乙酸濃度維持在5g/L左右，單罐產(chǎn)量提高89%以上，轉(zhuǎn)化率由17.0%提高至18.5%以上；由于發(fā)酵培養(yǎng)基中添加棉籽餅粉，未被菌體利用的棉籽殼粉在過濾中起到助濾作用，發(fā)酵液過濾速率由85mL/miη提升至183mL/L。
[0041]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種L-色氨酸的發(fā)酵工藝，其特征在于:具體步驟如下: (1)在L-色氨酸發(fā)酵培養(yǎng)基中添加2g/L的棉籽餅粉進行發(fā)酵； (2)發(fā)酵過程在乙酸產(chǎn)量接近或大于5g/L時進行循環(huán)過濾，分離后的發(fā)酵清液進入提取工序； (3)過濾菌液經(jīng)過循環(huán)濃縮，進入發(fā)酵罐，補加透析培養(yǎng)基后繼續(xù)發(fā)酵。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的L-色氨酸的發(fā)酵工藝，其特征在于:所述L-色氨酸發(fā)酵培養(yǎng)基為葡萄糖1.5 %，磷酸氫二鉀4.2%,檸檬酸0.1%,酵母粉0.15%,硫酸鎂0.1%,硫酸錳.0.001%,硫酸亞鐵0.005%,其余為自來水。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的L-色氨酸的發(fā)酵工藝，其特征在于:所述透析培養(yǎng)基為磷酸氫二鉀1.5 %，檸檬酸0.5%,酵母粉0.05%,硫酸鎂0.4%,其余為自來水。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的L-色氨酸的發(fā)酵工藝，其特征在于:所述棉籽餅粉為100目的棉籽餅粉。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的L-色氨酸的發(fā)酵工藝，其特征在于:所述進行循環(huán)過濾的過濾裝置包括發(fā)酵罐、氣液分離器、栗體、膜分離設(shè)備和儲罐，所述發(fā)酵罐出料口與氣液分離器的物料入口相連通，所述氣液分離器的液體出口通過栗體與膜分離設(shè)備連通，所述膜分離設(shè)備分別與儲罐和發(fā)酵罐連通，所述膜分離設(shè)備內(nèi)部設(shè)有耐高溫高壓陶瓷膜，所述氣液分離器的氣體出口通過長管連接空氣過濾膜。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的L-色氨酸的發(fā)酵工藝，其特征在于:所述過濾裝置的具體操作過程如下: (1)過濾裝置利用0.1MPa蒸汽進行連續(xù)滅菌Ih，滅菌之后利用無菌空氣保持正壓； (2)在發(fā)酵罐中進行L-色氨酸的發(fā)酵，發(fā)酵培養(yǎng)基中需添加2g/L棉籽餅粉，待發(fā)酵至乙酸濃度接近或大于5g/L時過濾裝置進行膜過濾透析； (3)過濾過程濃縮液直接返回原發(fā)酵罐內(nèi)，過濾菌液體積濃縮至初始發(fā)酵液體積的.15 %時停止過濾，利用無菌空氣把膜分離設(shè)備內(nèi)的發(fā)酵液壓入發(fā)酵罐； (4)把滅菌后并冷卻的透析培養(yǎng)基加入發(fā)酵罐內(nèi)，加入量按照濃縮菌液體積的6倍加入發(fā)酵罐，繼續(xù)進行發(fā)酵，當(dāng)發(fā)酵液內(nèi)乙酸濃度接近5g/L時停止發(fā)酵，重復(fù)上述步驟進行過濾透析，之后進行第三次發(fā)酵。
【文檔編號】C12P13/22GK106086101SQ201610712487
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月24日
【發(fā)明人】陳寧, 徐慶陽, 劉鎮(zhèn)瑜, 謝希賢, 楊夢晨, 張成林, 李燕軍, 范曉光
【申請人】天津科技大學(xué)