一种L-丙氨酸的发酵生产方法[发明专利]

(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 201910900727.8
(22)申请日 2019.09.23
(71)申请人 安徽丰原生物化学股份有限公司
地址 233000 安徽省蚌埠市禹会区胜利西
路777号
(72)发明人 王亨利 王瑞昌 张培红 卢佩龙 
付松 崔怀成 
(74)专利代理机构 北京睿阳联合知识产权代理
有限公司 11758
代理人 郭奥博
(51)Int.Cl.
C12P  13/06(2006.01)
C12R  1/225(2006.01)
(54)发明名称
一种L-丙氨酸的发酵生产方法
(57)摘要
本发明属于L -丙氨酸生产技术领域,具体公
开了一种L -丙氨酸的发酵生产方法。本发明提供
的L -丙氨酸的发酵生产方法,采用一次性投料发
酵工艺,将发酵所需的糖源、氮源、无机盐等一次
性投入发酵罐,灭菌降温后,再移入种子,发酵培
养生产L -丙氨酸。通过对发酵条件的优化,例如
提高投糖量、控制培养风量,在保证培养所需的
氧气量同时,控制发酵过程中培养温度、pH值等,
突破性的提高了L -丙氨酸发酵产酸率,缩短了发
酵周期。权利要求书1页  说明书4页CN 110982857 A 2020.04.10
C N  110982857
A
1.一种L -丙氨酸的发酵生产方法,其特征在于,采用一次性投料方式将发酵培养基投入发酵罐内,之后高温灭菌,降温后向发酵罐内再移入OD值为0.5~0.7的种子,发酵培养生产L -丙氨酸;
所述发酵培养基的配方为:葡萄糖浓度10~15%,磷酸氢二铵浓度0.0015~0.0025%,磷酸二氢铵浓度0.0005~0.0015%,甜菜碱浓度0.0001~0.0003%,七水硫酸镁浓度0.0003~0.0005%;pH值为6.7~7.0;
发酵培养的条件为:培养温度36~38℃,压力0.02~0.04Mpa,pH值6.7~7.0,通风量2600~2900m 3/h;
其中,种子的接入量为发酵培养基重量的8~12%。
2.根据权利要求1所述的L -丙氨酸的发酵生产方法,其特征在于,所述种子的培养方法为:将种子培养基泵入空消的种子罐,经高温灭菌,之后降温,然后按8~12%的重量比例接入菌种,培养至OD值为0.5~0.7,结束培养。
3.根据权利要求2所述的L -丙氨酸的发酵生产方法,其特征在于,所述种子培养基配方为:酵母膏1~3重量份,蛋白胨3~5重量份,氯化钠3~5重量份,自来水900~1100重量份;pH值6.0~7.0。
4.根据权利要求2所述的L -丙氨酸的发酵生产方法,其特征在于,种子的培养条件为:培养温度36.5~37.5℃,pH值6.5~7.5,压力0.4~0.6MPa,通风量7.0~11.0m 3/h。
5.根据权利要求1所述的L -丙氨酸的发酵生产方法,其特征在于,所述发酵培养基中葡萄糖浓度为14~15%;发酵培养时,通风量为2700~2900m 3/h。
6.根据权利要求1所述的L -丙氨酸的发酵生产方法,其特征在于,所述发酵罐内发酵液中L -丙氨酸浓度大于10g/dl,残还原糖质量百分比含量小于0.2%,发酵培养结束。
权 利 要 求 书1/1页CN 110982857 A
一种L-丙氨酸的发酵生产方法
技术领域
[0001]本发明涉及L-丙氨酸生产技术领域,特别是涉及一种L-丙氨酸的发酵生产方法。
背景技术
[0002]L-丙氨酸,外观呈白结晶性粉末,无臭,有甜味。它是制造维生素B6、合成泛酸钙和其它有机化合物的原料。添加于食品中具有增加调味效果、改善甜味剂的味感和有机酸的酸味、提高含酸饮料的质量、防止油类氧化等效果。它还可用作生化试剂,用于生物化学和微生物研究方面。L-丙氨酸在医药上用途很广,是营养剂“补精氨基酸营养输液”的组成成份之一,由该产品所组成的复合氨基酸注射液是肝病的新药,可肝功能不全引起的氨基酸代谢紊乱,促使肝昏迷病人苏醒,并且具有良好的利尿作用。L-丙氨酸具有甜味,其甜味为蔗糖的1.2倍,可用于清凉饮料、合成酒和其它食品的调味品,对改良风味有一定的效果,它还可做为化妆品的添加剂。
[0003]L-丙氨酸是一种非必需氨基酸,但却是人体血液中含量最高的氨基酸。它可为转氨酶提供氨基供体,在临床上常添加到输液中;在食品工业中,L-丙氨酸可作为甜味剂和鲜味剂,正越来越受到人们的欢迎和重视;在医药行业,L-丙氨酸是生产维生素B6及L-氨基丙醇的主要原料;另外在高分子材料领域,近年来发现聚乳酸中添加L-丙氨酸可有效提高聚乳酸的性能。目前,L-丙氨酸的工业化生产方法就是酶法转化,即通过富有L-天冬氨酸-β-脱羧酶活力的微生物(如pseudam onas dacunhae等)细胞催化L-天冬氨酸而得到,其中日本多采用固定化细胞法,而我国均采用游离完整细胞法。酶法转化工艺的特点是酶活力高,设备投资小,提取工艺简单;但其主要原材料L-天冬氨酸价格较贵,造成其生产成本较高,成本一般为2万元/t左右。
[0004]近年来有文献报道,利用基因工程手段构建的大肠杆菌(Escherichia coli)以葡萄糖为原料厌氧发酵
法生产L-丙氨酸,120g/L的葡萄糖发酵液最终生成1279mmol/L的L-丙氨酸,相对于葡萄糖的质量收率为95%,光学纯度大于99.5%。发酵法主要原料葡萄糖廉价易得,培养基成分简单,厌氧发酵动力消耗低,成本低,发酵法L-丙氨酸的生产成本约为1.2万元/t。现有发酵法采用连续流加发酵生产的方式,整个发酵周期较长,产酸较低,转化率也较低。
发明内容
[0005]本发明主要解决的技术问题是提供一种L-丙氨酸的发酵生产方法,具有发酵周期短,L-丙氨酸产率高的优点。
[0006]为解决上述技术问题,本发明采用的一个技术方案是:一种L-丙氨酸的发酵生产方法,采用一次性投料方式将发酵培养基投入发酵罐内,之后高温灭菌,降温至32~37℃后向发酵罐内再移入OD值为0.5~0.7的种子,发酵培养生产L-丙氨酸;
[0007]所述发酵培养基的配方为:葡萄糖浓度10~15%,磷酸氢二铵浓度0.0015~0.0025%,磷酸二氢铵浓度0.0005~0.0015%,甜菜碱浓度0.0001~0.0003%,七水硫酸镁
浓度0.0003~0.0005%;pH值为6.7~7.0;以上浓度均为质量百分比浓度;
[0008]发酵培养的条件为:培养温度36~38℃,压力0.02~0.04Mpa,pH值6.7~7.0,通风量2600~29
00m3/h;
[0009]其中,种子的接入量为发酵培养基重量的8~12%。
[0010]优选地,所述种子的培养方法为:将种子培养基泵入空消的种子罐,空消温度123-125℃,经高温灭菌,之后降温至34~36℃,然后按8~12%的重量比例接入菌种,培养至OD 值为0.5~0.7,结束培养,得到培养好的种子。
[0011]优选地,所述种子培养基配方组成为:酵母膏1~3重量份,蛋白胨3~5重量份,氯化钠3~5重量份,自来水900~1100重量份;pH值6.0~7.0。
[0012]优选地,种子的培养条件为:培养温度36.5~37.5℃,pH值6.5~7.5,压力0.4~0.6MPa,通风量7.0~11.0m3/h。
[0013]优选地,所述发酵培养基中葡萄糖浓度为14~15%;发酵培养时,通风量为2700~2900m3/h。
[0014]优选地,所述发酵罐内发酵液中L-丙氨酸浓度大于10g/dl,残还原糖质量百分比含量小于0.2%,发酵培养结束。
[0015]本发明提供的L-丙氨酸的发酵生产方法,采用一次性投料发酵工艺,将发酵所需的糖源、氮源、
无机盐等一次性投入发酵罐,灭菌降温后,再移入培养好的种子,发酵培养生产L-丙氨酸。通过对发酵条件的优化,例如提高投糖量(即提高发酵培养基配方中葡萄糖的浓度)、控制培养风量,在保证培养所需的氧气量同时,通过控制发酵过程中培养温度、pH值等,突破性的提高了L-丙氨酸发酵产酸率,缩短了发酵周期。此外,采用本发明发酵方法,还可以降低发酵罐的染菌风险。
[0016]当发酵罐内发酵液产酸浓度大于10g/dl,且残还原糖小于0.2%(W/W),产酸浓度趋于稳定后,即停止培养,将发酵液进一步提取可得到L-丙氨酸产品。采用本发明发酵方法发酵生产L-丙氨酸,周期小于60小时,发酵转化率大于84%,产酸大于10%,效果显著,是一种周期短、产率高的L-丙氨酸发酵方法。
具体实施方式
[0017]下面对本发明的技术方案进行详细说明。
[0018]本发明提供的L-丙氨酸的发酵生产方法,采用一次性投料方式将发酵培养基投入发酵罐内,之后高温灭菌,降温至32~37℃后向发酵罐内再移入培养好的种子,发酵培养生产L-丙氨酸;
[0019]其中,发酵培养基的配方为:葡萄糖浓度10~15%,磷酸氢二铵浓度0.0015~0.0025%,磷酸二氢铵浓度0.0005~0.0015%,甜菜碱浓度0.0001~0.0003%,七水硫酸镁浓度0.0003~0.0005%;pH值为6.7~7.0;以上浓度均为质量百分比浓度;
[0020]发酵培养的条件为:培养温度36~38℃,压力0.02~0.04Mpa,pH值6.7~7.0,通风量2600~2900m3/h;
[0021]种子的接入量为发酵培养基重量的8~12%。
[0022]其中,种子的培养方法为:将种子培养基泵入空消的种子罐,经高温灭菌,之后降温至34~36℃,然后按8~12%的重量比例接入菌种,培养至OD值为0.5~0.7,优选为培养
至OD值为0.5~0.6,结束培养,得到培养好的种子。种子培养基配方为:酵母膏1~3重量份,蛋白胨3~5重量份,氯化钠3~5重量份,自来水900~1100重量份;pH值6.0~7.0。种子的培养条件为:培养温度36.5~37.5℃,pH值6.5~7.5,压力0.4~0.6MPa,通风量7.0~11.0m3/ h。
[0023]下面通过具体实施例说明。
[0024]实施例1
[0025]本实施例提供的L-丙氨酸发酵生产方法,采用的发酵培养基的配方为:葡萄糖浓度14%,磷酸氢二铵浓度0.002%,磷酸二氢铵浓度0.001%,甜菜碱浓度0.0002%,七水硫酸镁浓度0.0004%;pH值为6.9;以上浓度均为质量百分比浓度。
[0026]采用一次性投料方式将发酵培养基投入空消的发酵罐内,发酵罐容积240m3,发酵液体积180m3,空消温度123-125℃,之后发酵罐内物料于121℃下灭菌30min,然后降温至35℃,之后向发酵罐内再移入培养好的种子,然后在下述发酵培养条件下培养发酵:培养温度36~38℃,压力保持在0.02~0.04Mpa,pH值6.7~7.0,通风量控制为2700m3/h;当发酵罐内发酵液中L-丙氨酸产率浓度大于10g/dl,残还原糖质量百分比含量小于0.2%且不呈下降趋势时,发酵培养结束。向发酵罐内移入培养好的种子时,培养好的种子的接入量为发酵培养基重量的10%。
[0027]移入的培养好的种子的培养过程为:将种子培养基泵入空消的种子罐,空消温度123-125℃,之后种子罐内物料于121℃下灭菌30min,之后降温至35℃,然后按10%(质量百分数)的比例接入菌种,所用菌种为德氏乳杆菌突变菌株,商业途径购买得到,培养至OD值为0.6,结束培养,得到培养好的种子。
[0028]其中,种子培养基的配比为:酵母膏2g,蛋白胨4g,氯化钠4g,自来水1L;pH值6.9。种子的培养条件为:培养温度约37℃,pH值控制在6.5~7.5,压力0.5MPa,通风量7.0~8.0m3/h。
[0029]其中,向发酵罐内移入培养好的种子时,种子罐压力0.5±0.1Mpa,发酵罐压力0.03±0.01Mpa,可以保证移种顺利进行,二级种子罐内发酵液平板实验结果为非染菌状态方可移种。
[0030]本实施例发酵试验,发酵周期为57小时,L-丙氨酸产率10.55%,转化率达到84.82%。
[0031]实施例2
[0032]参照实施例1的方法,采用的发酵培养基的配方为:葡萄糖浓度15%,磷酸氢二铵浓度0.002%,磷酸二氢铵浓度0.001%,甜菜碱浓度0.0002%,七水硫酸镁浓度0.0004%;pH值为6.9;其中的百分数(%)均为质量百分数。发酵培养条件为:培养温度36~38℃,压力保持在0.02~0.04Mpa,pH值6.7~7.0,通风量控制为2700m3/h。得到实施例2,实施例2的发酵周期、L-丙氨酸产率和转化率见下表所示。
[0033]表1
[0034]实施例发酵周期(h)L-丙氨酸产率(%)转化率(%) 254.511.5982.77
[0035]实施例2相比实施例1增加了初糖量,即发酵培养基配方中葡萄糖浓度提到15%,但发酵培养条件不变,通风量控制为2700m3/h,转化率降低,说明在提高初糖量时,还需要

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