(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010562405.X
(22)申请日 2020.06.18
(71)申请人 内蒙古金达威药业有限公司
地址 010206 内蒙古自治区呼和浩特市托
克托工业园区
申请人 厦门金达威集团股份有限公司
(72)发明人 陈必钦 钟锦潮 严必能 李丹
吴轶 詹光煌
(74)专利代理机构 厦门市精诚新创知识产权代
理有限公司 35218
代理人 方惠春
(51)Int.Cl.
C12P 7/66(2006.01)
C12N 1/38(2006.01)
C12N 1/20(2006.01)
C12R 1/125(2006.01)C12R 1/20(2006.01)C12R 1/10(2006.01)C12R 1/07(2006.01)
(54)发明名称
法
(57)摘要
本发明属于维生素K2制备领域，具体涉及一
种采用微生物发酵法制备维生素K2的方法，该方
法包括分阶段将OUR、
发酵液中ORP及乳酸浓度中的至少一者控制在预定范围内；和/或，在发酵培 养5～20h后，往发酵液中加入辅料，所述辅料选
自烟酰胺、维生素B12和甲硫氨酸中的至少一种。
采用本发明提供的方法制备维生素K2，能够很好
地满足维生素K2发酵在生长及合成等各阶段对
培养条件的不同需求，促进菌体生长及产物合
成，能够非常有效地提高维生素K2的发酵水平，
所得发酵产物中维生素K2含量较高。权利要求书1页 说明书18页CN 111549079 A 2020.08.18
C N 111549079
A
1.一种采用微生物发酵法制备维生素K2的方法，其特征在于，该方法包括在发酵培养阶段，分阶段将OUR、发酵液中ORP及乳酸浓度中的至少一者控制在预定范围内；和/或，在发酵培养5～20h后，往发酵液中加入辅料，所述辅料选自烟酰胺、维生素B12和甲硫氨酸中的至少一种；
分阶段控制OUR的方式如下：发酵0～4h OUR控制在20～80mmol/L ·h，4～12h OUR控制在80～160
mmol/L ·h，12～24h OUR控制在60～140mmol/L ·h，24～60h OUR控制在40～100mmol/L ·h，60～140h OUR控制在20～90mmol/L ·h；
分阶段控制发酵液中ORP的方式如下：发酵0～4h发酵液中ORP控制在60～150mV，4～12h发酵液中ORP控制在-80～100mV，12～24h发酵液中ORP控制在-50～120mV，24～60h发酵液中ORP控制在-20～160mV，60～140h发酵液中ORP控制在20～220mV；
分阶段控制发酵液中乳酸浓度的方式如下：发酵0～4h发酵液中乳酸浓度控制在1～20mg/L，4～12h发酵液中乳酸浓度控制在5～50mg/L，12～24h发酵液中乳酸浓度控制在10～100mg/L，24～60h发酵液中乳酸浓度控制在30～150mg/L，60～140h发酵液中乳酸浓度控制在50～100mg/L。
2.根据权利要求1所述的采用微生物发酵法制备维生素K2的方法，其特征在于，在发酵培养阶段，在线监测OUR、发酵液中ORP及乳酸浓度中的至少一者，并在发酵的不同阶段通过调整空气流量、转速及罐压中的至少一者而实现对OUR、发酵液中ORP及乳酸浓度中的至少一者进行分阶段调控。
3.根据权利要求1或2所述的采用微生物发酵法制备维生素K2的方法，其特征在于，所述烟酰胺的添加比例为0.01～0.1wt％。
4.根据权利要求1或2所述的采用微生物发酵法制备维生素K2的方法，其特征在于，所述维生素B12的添加比例为0.03～0.15wt％。
5.根据权利要求1或2所述的采用微生物发酵法制备维生素K2的方法，其特征在于，所述甲硫氨酸的添加比例为0.03～0.1wt％。
6.根据权利要求1或2所述的采用微生物发酵法制备维生素K2的方法，其特征在于，所述发酵所采用的菌种选自纳豆枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis natto)、黄杆菌(Flavobacterium)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)和地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)中的至少一种。
7.根据权利要求1或2所述的采用微生物发酵法制备维生素K2的方法，其特征在于，所述发酵培养的温度为28～40℃，pH值为6.0～7.5，种子液接种量为1～5％。
8.根据权利要求1或2所述的采用微生物发酵法制备维生素K2的方法，其特征在于，所述发酵培养所用发酵罐的容积为0.5L至500m 3。
9.根据权利要求1或2所述的采用微生物发酵法制备维生素K2的方法，其特征在于，该方法还包括在发酵过程中补加甘油以将发酵体系中甘油浓度控制在1～10g/L。
权 利 要 求 书1/1页CN 111549079 A
一种采用微生物发酵法制备维生素K2的方法
技术领域
[0001]本发明属于维生素K2制备领域，涉及一种采用微生物发酵法制备维生素K2的方法。
背景技术
[0002]维生素K2是一种必不可少的脂溶性维生素，也称为甲萘醌，它可以通过促进肝脏合成凝血酶原，调节多种凝血因子的合成，也是骨钙素羧化的必要辅因子，在骨骼发育中起到重要作用，并有助于将钙离子转移到骨骼中，在凝血和预防骨质疏松症中能够起到关键的作用。另外，作为呼吸代谢中的电子传递载体，维生素K2也参与了生物体内许多重要的代谢反应。近年来的研究发现，维生素K2在临床应用上还有许多不同的功能，例如可用来预防心脑血管疾病、帕金森症及II型糖尿病，促进肝脏功能的恢复等，具有广阔的应用前景。
[0003]维生素K2具有多个异构体，根据其分子结构上C3位异戊二烯单位的个数，以MK-n 表示，其中以MK-7生物活性最高，半衰期最长。目前研究和开发维生素K2的方法主要包括天然提取法、化学合成法和微生物发酵法。其中，天然提取法产量低；化学合成法步骤复杂并且也存在收率低的问题，这也导致了维生素K2生产成本居高不下。另外，化学合成法易产生低活性的不同顺式异构体及大量的副产物，并造成环境污染，较难形成大规模的生产。而微生物发酵法具有污染小、成本低、产品活性高、生产规模易于放大等特点，逐渐成为研究的热点领域。通过筛选、诱变和改造等方式，国内外的研究机构已构建
出许多生产维生素K2的潜力菌种，其中包括纳豆枯草芽孢杆菌、黄杆菌、枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、乳酸菌等，但发酵水平仍普遍偏低。例如，CN104328064B中诱变筛选出一株高效利用大豆蛋白的维生素K2生产菌，维生素K2产量为60.54mg/L；CN108410775B公开了一株产维生素K2的纳豆芽孢杆菌，维生素产量约为70mg/L；CN107475312A公开了一种改善细胞膜通透性提高维生素K2的方法，经该法改良后黄杆菌产维生素K2的水平为48.8mg/L；汤贵详等人对一株解淀粉芽孢杆菌的发酵条件进行优化后维生素K2产量约为70mg/L(汤贵祥，陈朋友等；维生素K2高产菌株的筛选与发酵条件优化[J].，食品工业科技，2019，24(40):68-73.)。较低的发酵水平限制了维生素K2工业化生产的进程。
发明内容
[0004]本发明的目的是为了克服采用现有的微生物发酵法制备维生素K2存在发酵水平普遍偏低、所得发酵产物中维生素K2含量较低的缺陷，而提供一种能够有效提高发酵水平、所得发酵产物中维生素K2含量较高的方法。
[0005]本发明的发明人经过深入研究之后发现，发酵过程中氧消耗速率(Oxygen Uptake Rate，以下采用缩写OUR)、发酵液中氧化还原电位(Oxidation Reduction Potential，以下采用缩写ORP)及乳酸浓度能够很好地反馈发酵过程，通过分阶段控制OUR、发酵液中ORP和乳酸浓度的范围，能够为菌体发酵过程的各个阶段提供最适宜的发酵培养条件，满足维生
素K2发酵在生长及合成等各阶段对培养条件的不同需求，促进菌体生长及维生素K2合成，缩短发酵周期并降低设备能耗。此外，本发明的发明人经过深入研究之后还发现，在发酵培养5～20h后，补加烟酰胺、维生素B12和甲硫氨酸中的至少一种能够有效促进维生素K2的合成。基于此，完成了本发明。
[0006]具体地，本发明提供了一种采用微生物发酵法制备维生素K2的方法，其中，该方法包括在发酵培养阶段，分阶段将OUR、发酵液中ORP及乳酸浓度中的至少一者控制在预定范围内；和/或，在发酵培养5～20h后，往发酵液中加入辅料，所述辅料选自烟酰胺、维生素B12和甲硫氨酸中的至少一种；
[0007]分阶段控制OUR的方式如下：发酵0～4h OUR控制在20～80mmol/L·h，4～12h OUR 控制在80～160mmol/L·h，12～24h OUR控制在60～140mmol/L·h，24～60h OUR控制在40～100mmol/L·h，60～140h OUR控制在20～90mmol/L·h；
[0008]分阶段控制发酵液中ORP的方式如下：发酵0～4h发酵液中ORP控制在60～150mV，4～12h发酵液中ORP控制在-80～100mV，12～24h发酵液中ORP控制在-50～120mV，24～60h发酵液中ORP控制在-20～160mV，60～140h发酵液中ORP控制在20～220mV；
[0009]分阶段控制发酵液中乳酸浓度的方式如下：发酵0～4h发酵液中乳酸浓度控制在1～20mg/L，4～12h发酵液中乳酸浓度控制在5～50mg/L，12～24h发酵液中乳酸浓度控制在10～100mg/L，24～60h发酵液中乳酸浓度控制在30～150mg/L，60～140h发酵液中乳酸浓度控制在50～100mg/L。
[0010]优选地，在发酵培养阶段，在线监测OUR、发酵液中ORP及乳酸浓度中的至少一者，并在发酵的不同阶段通过调整空气流量、转速及罐压中的至少一者而实现对OUR、发酵液中ORP及乳酸浓度中的至少一者进行分阶段调控。
[0011]优选地，所述烟酰胺的添加比例为0.01～0.1wt％。
[0012]优选地，所述维生素B12的添加比例为0.03～0.15wt％。
[0013]优选地，所述甲硫氨酸的添加比例为0.03～0.1wt％。
[0014]优选地，所述发酵所采用的菌种选自纳豆枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis natto)、黄杆菌(Flavobacterium)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、解淀粉芽孢杆菌(Bacillusamyloliquefaciens)和地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)中的至少一种。
[0015]优选地，所述发酵培养的温度为28～40℃，pH值为6.0～7.5，种子液接种量为1～5％。
[0016]优选地，所述发酵培养所用发酵罐的容积为0.5L至500m3。
[0017]优选地，本发明提供的采用微生物发酵法制备维生素K2的方法还包括在发酵过程中补加甘油以将发酵体系中甘油浓度控制在1～10g/L。
[0018]采用本发明提供的方法制备维生素K2，能够很好地满足维生素K2在生长及合成等各阶段对培养条件的不同需求，促进菌体生长及产物合成，能够非常有效地提高维生素K2的发酵水平，所得发酵产物中维生素K2含量较高。再则，根据发酵过程中OUR、ORP和乳酸浓度的波动情况并以此为基础进行工艺的微调，也可以缩减由于种子质量的波动所带来的发酵差异，有利于各批次间发酵水平的稳定。
具体实施方式
[0019]本发明采用在线监测发酵过程OUR、发酵液中ORP及乳酸浓度中的至少一者来反馈调控发酵过程工艺参数，在发酵的不同阶段通过调整空气流量、转速及罐压中的至少一者，分阶段将OUR、发酵液中ORP及乳酸浓度中的至少一者控制在预定范围内，并结合发酵过程补加辅料促进维生素K2生产菌株的生长和产物合成，从而有效提高维生素K2的发酵水平。其中，OUR可以通过尾气质谱分析仪检测；发酵液中ORP可以通过氧化还原电极检测；发酵液中乳酸浓度可以通过乳酸测量仪检测。
[0020]在本发明的一些实施方式中，分五个阶段(即0～4h、4～12h、12～24h、24～60h、60～140h)对OUR、ORP及乳酸浓度进行调控。需要说明的是，0～4h包括第1h、第2h、第3h、第4h 共4h，4～12h包括第5h、第6h……第12h共8h，12～24h包括第13h、第14h……第24h共12h，24～60h包括第25h、第26h……第60h共26h，60～140h包括第61h、第62h……第140h共80h。[0021]在本发明的一些实施方式中，对于发酵过程中OUR的控制来说，增加空气流量可提高OUR水平，减少空气流量可降低OUR水
平；增加发酵罐转速可增加OUR水平，减少发酵罐转速可减少OUR水平；增加发酵罐压力可增加OUR水平，减少发酵罐压力可减少OUR水平。维生素K2的发酵可以通过调整空气流量、转速及罐压中的至少一者保证发酵0～4hOUR数值范围控制在20～80mmol/L·h，如20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80mmol/L·h等；4～12h OUR数值范围控制在80～160mmol/L·h，如80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、135、140、145、150、155、160mmol/L·h等；12～24h OUR数值范围控制在60～140mmol/ L·h，如60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、135、140mmol/L·h 等；24～60h OUR数值范围控制在40～100mmol/L·h，如40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100mmol/L·h等；60～140h OUR数值范围控制在20～90mmol/L·h，如20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90mmol/L·h等。
[0022]在本发明的一些实施方式中，对于发酵过程中ORP的控制来说，增加空气流量可提高发酵液中ORP水平，减少空气流量可降低发酵液中ORP水平；增加发酵罐转速可增加发酵液中ORP水平，减少发酵罐转速可减少发酵液中ORP水平；增加发酵罐压力可增加发酵液中ORP水平，减少发酵罐压力可减少发酵液中ORP水平。维生素K2的发酵可以通过调整通气量、转速及罐压中的至少一者保证发酵0～4h发酵液中ORP数值范围控制在60～150mV，如60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、135、140、145、150mV等；4～12h发酵液中ORP数值范围控制在-80～100m
V、如-80、-75、-70、-65、-60、-55、-50、-45、-40、-35、-30、-25、-20、-15、-10、-5、0、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100mV等；12～24h发酵液中ORP数值范围控制在-50～120mV、如-50、-45、-40、-35、-30、-25、-20、-15、-10、-5、0、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120mV等；24～60h发酵液中ORP数值范围控制在-20～160mV，如-20、-15、-10、-5、0、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、135、140、145、150、155、160mV等；60～140h发酵液中ORP数值范围控制在20～220mV，如20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、135、140、145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195、200、205、210、215、220mV等。
[0023]在本发明的一些实施方式中，对发酵过程中乳酸浓度的控制来说，增加空气流量
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