发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述不足之处,研究设计一种生产成本较低的发酵制备L-氨基酸的方法。
本发明提供了一种发酵制备L-氨基酸的方法。
为达到本发明的目的,本发明采用了下列技术方案:
本发明使用了发酵助剂甜菜碱磷酸盐。甜菜碱磷酸盐具有下列结构和性能:
分子式:C5H14NO6P
分子量:215.14
物理性能:白色至微黄色结晶性粉末,无气味,味酸涩,具吸潮性,极易溶于水,溶于乙醇。
发酵助剂甜菜碱磷酸盐的使用,可以明显提高L-氨基酸的收率,降低生产成本。
本发明提供的发酵制备L-氨基酸方法具体包括下列步骤:
(1)种子培养:
种子培养基g/dl:葡萄糖3,玉米浆3,豆浓2,K2HPO4 0.15,MgSO4·7H2O 0.04,尿素0.2,pH 7.0-7.2;将一定量的种子培养基放入种子罐中,在115℃下灭菌15分钟。降温后接入黄色短杆菌ATCC14067,于32℃下通气培养9小时;
(2)发酵培养:
发酵培养基g/dl:葡萄糖14,糖蜜0.1,Na2HPO40-0.1,KCl 0.12,MgSO4 7H2O0.08,FeSO4 4H2O 0.0002,MnSO4 0.0002,维生素B1 20mu g/l;
在上述发酵培养基中添加0.05-0.3g/dl的甜菜碱磷酸盐,调节pH为7.0-7.2,该培养基放于发酵罐中,于115℃加热15分钟灭菌后备用;
将步骤(1)得到的种子接于发酵罐中,34℃通气发酵培养;在培养过程中,采用氨水调节pH维持在7.0-7.2,同时,持续补加70%的葡萄糖水溶液,使糖浓度控制在1-2g/dl;在发酵结束前的2小时,停止持续补加葡萄糖。
分别在发酵培养0、3、8、14和18小时时,添加0.15g/dl的甜菜碱磷酸盐,进行发酵培养。培养1-7天后,停止加入葡萄糖,再继续发酵2小时后,发酵完毕。
本发明中L-氨基酸的发酵条件采用特定底物的传统生产方法,根据底物的不同,条件也可改变。发酵温度在20-40℃的范围,尤其是28-40℃的范围。pH值控制在中性7-7.2。发酵助剂甜菜碱磷酸盐在发酵液中的浓度为0.01%-5.0%,优选范围为0.05%-1.0%。发酵在有氧条件下,需要搅拌或振荡。发酵时间范围在1-7天。对于发酵后氨基酸的分离纯化,可采用常规的离子交换及其他方法。
本发明方法适用的L-氨基酸包括:L-谷氨酸,L-赖氨酸,L-精氨酸,L-异亮氨酸,L-缬氨酸,L-苏氨酸,L-组氨酸,L-苯基丙氨酸,L-色氨酸,L-丝氨酸,L-鸟氨酸,L-瓜氨酸,L-酪氨酸和L-亮氨酸。
本发明方法适用的碳源包括:糖类如葡萄糖,蔗糖,果糖,麦芽糖,糖蜜,粗糖,糖化的淀粉液;脂肪酸类如乙酸,丙酸,苯甲酸;有机酸类如丙酮酸,柠檬酸,琥珀酸,富马酸,苹果酸;醇类如乙醇,丁醇。
本发明方法适用的氮源包括:有机氮源如豆浓,玉米浆,尿素,酵母粉,豆饼水解液;无机氮源如硫酸铵,氯化铵,硝酸铵,醋酸铵,液氨,氨水。
本发明方法发酵培养基可以使用以下各种无机盐:磷酸盐、镁盐、钙盐、钾盐、钠盐、铁盐、锰盐以及其他微量金属盐。
本发明方法发酵培养基可以使用以下各种维生素:生物素、硫胺素、烟酰胺等。
本发明方法适用于以下各种相应氨基酸的发酵菌(短杆菌属,棒杆菌属,芽孢杆菌或大肠杆菌属等):L-谷氨酸发酵菌如双歧杆菌ATCC 14020,黄色短杆菌ATCC14067,乳酸发酵短杆菌ATCC 13869,乳酸发酵短杆菌FERM-P 5012,嗜乙酰乙酸棒杆菌ATCC13870,谷氨酸棒杆菌ATCC13032等;L-赖氨酸发酵菌如黄色短杆菌ATCC14067,黄色短杆菌FERM-P 1708,谷氨酸棒杆菌FERM-P 1709,乳酸发酵短杆菌FERM-P 1712,乳酸发酵短杆菌FERM-P 1711,黄色短杆菌ATCC 21475,谷氨酸棒杆菌ATCC 12416,乳酸发酵短杆菌ATCC 1470,醋麸酸棒状杆菌ATCC 11472等;L-谷氨酸盐发酵菌如黄色短杆菌FERM-P 4272,嗜乙酰乙酸棒杆菌ATCC 13870,黄色短杆菌FERM-BP 662,醋麸酸棒状杆菌ATCC 13870,谷氨酸棒杆菌FERM-BP 663等;L-精氨酸发酵菌如黄色短杆菌FERM-P 4948,谷氨酸棒杆菌FERM-P 7274,黄色短杆菌NRRL 12235,醋麸酸棒状杆菌NRRL 12239等;L-苯基丙氨酸发酵菌如乳酸发酵短杆菌FERM-P 5417,黄色短杆菌FERM-P 1916,谷氨酸棒杆菌ATCC 21670,柠檬酸节杆菌ATCC 21422,乳酸发酵短杆菌ATCC 21420,嗜乙酰乙酸棒杆菌ATCC21421,黄色短杆菌NRRL 12269,谷氨酸棒杆菌ATCC 21670;L-苏氨酸发酵菌如大肠埃希氏菌FERM-P 4900,谷氨酸棒杆菌FERM-P 5835,黄色短杆菌FERM-P4164,乳酸发酵短杆菌FERM-P 4180,黄色短杆菌ATCC 21269,嗜乙酰乙酸棒杆菌ATCC 21270等;L-异亮氨酸发酵菌如黄色短杆菌FERM-P 3672,乳酸发酵短杆菌FERM-P 4192,谷氨酸棒杆菌FERM-P 756,谷氨酸棒杆菌FERM-P 757,谷氨酸棒杆菌FERM-P 758,黄色短杆菌FERM-BP 759,黄色短杆菌FERM-BP 760等;L-组氨酸发酵菌如黄色短杆菌FERM-P 2317,乳酸发酵短杆菌FERM-P 1565,谷氨酸棒杆菌ATCC 14297,乳酸发酵短杆菌ATCC 21086,嗜乙酰乙酸棒杆菌ATCC 21407,黄色短杆菌ATCC 21406,枯草芽孢杆菌FERM-BP 217,柠檬酸节杆菌ATCC 21412等;L-缬氨酸发酵菌如乳酸发酵短杆菌FERM-P 1845,黄色短杆菌FERM-P 512,乳酸发酵短杆菌FERM-P 1968,大肠杆菌NRRL 12285等;L-丝氨酸发酵菌如乳酸发酵短杆菌FERM-P 1371;L-鸟氨酸发酵菌如乳酸发酵短杆菌FERM-P 5936,谷氨酸棒杆菌FERM-P 5644,柠檬酸节杆菌ATCC 21040,谷氨酸棒杆菌ATCC 13232等;L-瓜氨酸发酵菌如谷氨酸棒杆菌FERM-P 5643,黄色短杆菌FERM-P 1645等;L-酪氨酸发酵菌如谷氨酸棒杆菌FERM-P 5836,黄色短杆菌FERM-P 7914,枯草芽孢杆菌FERM-P6758等;L-色氨酸发酵菌如枯草芽孢杆菌FERM-P 5286,乳酸发酵短杆菌FERM-P7127,黄色短杆菌FERM-P 2551,谷氨酸棒杆菌FERM-P 7128,黄色短杆菌ATCC21427,黄色短杆菌FERM-BP 114,枯草芽孢杆菌FERM-BP 208,黄色短杆菌FERM-BP 475,谷氨酸棒杆菌,枯草芽孢杆菌FERM-BP 200等;L-亮氨酸发酵菌如乳酸发酵短杆菌FERM-P 1769,黄色短杆菌FERM-P 420,谷氨酸棒杆菌FERM-P1966,黄色短杆菌FERM-BP 755,谷氨酸棒杆菌FERM-BP 756,谷氨酸棒杆菌FERM-P 757,黄色短杆菌FERM-BP 759等。
本发明方法可以明显提高L-氨基酸的产酸率,降低生产成本,有利于规模型的工业化生产。
具体实施方式
实施例:
实施例1:种子培养基(g/dl):葡萄糖3,玉米浆3,豆浓2,K2HPO40.15,MgSO4·7H2O 0.04,尿素0.2,pH调至7.0-7.2,在115℃下,加热15分钟进行灭菌。
将黄色短杆菌ATCC 14067接种于5L种子罐中,在32℃下,振荡培养9h。
另外,谷氨酸发酵培养基(g/dl)为:葡萄糖14,糖蜜0.1,Na2HPO40~0.1,KCl 0.12,MgSO4·7H2O 0.08,FeSO4·4H2O 0.0002,MnSO40.0002,维生素B120mu g/l。培养基中分别添加0.05~0.3g/dl的甜菜碱磷酸盐,调整pH至7.0。将3L培养基放入5升的发酵罐,在115℃下,加热15分钟进行灭菌。
在每个发酵罐中接入300ml按上述培养得到的种子,通气培养,温度为34℃。在培养过程中,采用氨水调节培养基的pH,使其维持在7.2,同时,持续补加70%的葡萄糖水溶液,使糖浓度控制在1-2g/dl(按葡萄糖计算)。发酵培养30小时后,停止加入葡萄糖,再过2小时后,发酵完毕。测定培养基中积累的谷氨酸含量,结果见表1。
表1.
甜菜碱磷酸盐的添加量(g/dl) |
L-谷氨酸的量(g/dl) |
0 |
12.4 |
0.05 |
12.5 |
0.1 |
12.3 |
0.15 |
13.2 |
0.2 |
12.4 |
0.25 |
12.6 |
0.3 |
11.4 |
实施例2:种子培养基(g/dl):葡萄糖3,玉米浆3,豆浓2,K2HPO40.15,MgSO4·7H2O 0.04,尿素0.2,pH调至7.0-7.2,在115℃下,加热15分钟进行灭菌。
将黄色短杆菌ATCC 14067接种于5L种子罐中,在32℃下,振荡培养9h。
另外,L-谷氨酸发酵培养基(g/dl)为:葡萄糖14,糖蜜0.1,Na2HPO40~0.1,KCl 0.10,MgSO4·7H2O 0.08,FeSO4·4H2O 0.0002,MnSO40.0002,维生素B120mu g/l,调整pH至7.0。将3L培养基放入5升的发酵罐,在115℃下,加热15分钟进行灭菌。
在每个发酵罐中接入300ml按上述培养得到的种子,通气培养,温度为34℃。在培养过程中,采用氨水调节培养基的pH,使其维持在7.2,同时,持续补加70%的葡萄糖水溶液,使糖浓度控制在1-2g/dl(按葡萄糖计算)。分别在发酵培养0,3,8,14,18小时,添加0.15g/dl的甜菜碱磷酸盐,培养30小时后,停止加入葡萄糖,再过2小时后,发酵完毕。测定培养基中积累的谷氨酸含量,结果见表2。
表2.
甜菜碱磷酸盐的添加时间(h) |
L-谷氨酸的量(g/dl) |
0 |
13.6 |
3 |
12.5 |
8 |
12.3 |
14 |
12.5 |
18 |
12.2 |
实施例3:种子培养基(g/dl):葡萄糖2.5,(NH4)2SO40.5,KH2PO40.1,MgSO4·7H2O 0.05,玉米浆3.5-4.0,CaCO31.0,pH调至7.0-7.2,0.1Mpa压力下灭菌20分钟。
将黄色短杆菌ATCC 14067接种于5L种子罐中,在31℃下,振荡培养12h。
L-赖氨酸的发酵培养基(g/dl)为:葡萄糖18,(NH4)2SO450,KH2PO41,KCl 0.12,MgSO4·7H2O 0.5,玉米浆0.5-1.5,L-苏氨酸0.4,CaCO3 4.0,培养基中分别添加0.05-0.3g/dl的甜菜碱磷酸盐,调整pH至7.0-7.2。将3.6L培养基放入7升的发酵罐,0.07Mpa压力下灭菌8分钟。
在每个发酵罐中接入360ml按上述培养得到的种子,通气培养,温度为30℃。在培养过程中,采用氨水调节培养基的pH,使其维持在6.7,同时,持续补加70%的葡萄糖水溶液,使糖浓度控制在3-4g/dl(按葡萄糖计算)。发酵培养72小时,L-赖氨酸的产量见表3。
表3.
甜菜碱磷酸盐的添加量(g/dl) |
L-赖氨酸的量(g/dl) |
0 |
11.3 |
0.05 |
11.4 |
0.1 |
11.6 |
0.15 |
12.1 |
0.2 |
12.0 |
0.25 |
11.2 |
0.3 |
10.9 |
实施例4:种子培养基(g/dl):葡萄糖2.5,(NH4)2SO40.2,尿素0.2,KH2PO40.15,MgSO4·7H2O 0.04,FeSO4·7H2O 0.001,MnSO4·4H2O 0.001,维生素B1100mu g/l,生物素300mu g/l,调整pH至7.0,灭菌。将黄色短杆菌FERM-P 4164接种于5L种子罐中培养12h。
L-苏氨酸的发酵培养基(g/dl)为:葡萄糖8,KH2PO40.25,MgSO4·7H2O 0.04,(NH4)2SO42.0,MnSO4·4H2O 0.001,FeSO4·4H2O 0.001,生物素50mu g/l,维生素B15mu g/l。培养基中分别添加0.05-0.3g/dl的甜菜碱磷酸盐,调整pH至7.0。在114℃下,蒸汽灭菌15分钟。按1%的接种量将上述培养好的种子液接入10L发酵罐中,发酵培养36h,L-苏氨酸的产量见表4。
表4
甜菜碱磷酸盐的添加量(g/dl) |
L-苏氨酸的量(g/dl) |
0 |
10.9 |
0.05 |
11.1 |
0.1 |
11.2 |
0.15 |
11.8 |
0.2 |
11.6 |
0.25 |
11.0 |
0.3 |
10.5 |
实施例5:种子培养基(g/dl):葡萄糖2.5,(NH4)2SO40.5,玉米浆3,KH2PO40.1,MgSO4·7H2O 0.05,CaCO31,调整pH至7.0,灭菌。将谷氨酸棒杆菌FERM-P 7274接种于5L种子罐中,在30℃下培养24h。
L-精氨酸的发酵培养基(g/dl)为:葡萄糖12.5,(NH4)2SO43.0,KH2PO40.15,MgSO4·7H2O 0.05,玉米浆1,CaCO3 3.0。培养基中分别添加0.05-0.3g/dl的甜菜碱磷酸盐,调整pH至7.0。在114℃下,蒸汽灭菌15分钟。按10%的接种量将上述培养好的种子液接入10L发酵罐中,发酵培养96h,L-精氨酸的产量见表5。
表5
甜菜碱磷酸盐的添加量(g/dl) |
L-精氨酸的量(g/dl) |
0 |
3.81 |
0.05 |
3.89 |
0.1 |
4.05 |
0.15 |
4.20 |
0.2 |
4.11 |
0.25 |
3.98 |
0.3 |
3.78 |
实施例6:种子培养基(g/dl):蔗糖3.0,KH2PO40.15,MgSO4·7H2O 0.04,FeSO4·7H2O 0.001,MnSO4·4H2O 0.001,醋酸铵0.3,尿素0.2,豆饼水解液0.2,VH 0.2mg,VB1 0.3mg,调整pH至7.0,在每个500ml的三角瓶中装入55ml培养基,0.075Mpa压力下灭菌20min。将黄色短杆菌FERM-P 3672接种于三角瓶中,在31℃下振荡培养45h。
L-异亮氨酸的发酵培养基(g/dl)为:葡萄糖14.5,(NH4)2SO42.5,KH2PO40.22,K2HPO40.1,MgSO4·7H2O 0.04,FeSO4·7H2O 0.0015,MnSO4·4H2O 0.0015,豆饼水解液0.2,VH 0.01mg,VB1 0.25mg,Met 3mg,培养基中分别添加0.05-0.3g/dl的甜菜碱磷酸盐,调整pH至7.1。在0.075Mpa压力下,蒸汽灭菌20分钟。按10%的接种量将上述培养好的种子液接入5L发酵罐中,发酵培养80h,L-异亮氨酸的产量见表6。
表6
甜菜碱磷酸盐的添加量(g/dl) |
L-异亮氨酸的量(g/dl) |
0 |
2.21 |
0.05 |
2.25 |
0.1 |
2.33 |
0.15 |
2.51 |
0.2 |
2.39 |
0.25 |
2.30 |
0.3 |
2.23 |
实施例7:种子培养基(g/dl):葡萄糖3.0,玉米浆3,酵母粉0.5,KH2PO40.1,MgSO4·7H2O 0.04,MnSO4·4H2O 0.001,VH 0.01mg,VB1 0.02mg,调整pH至7.0,在每个500ml的三角瓶中装入30ml培养基,0.1Mpa压力下灭菌15min。将黄色短杆菌FERM-P 512接种于三角瓶中,在32℃下振荡培养16h。
L-缬氨酸的发酵培养基(g/dl)为:葡萄糖8,(NH4)2SO40.6,KH2PO40.12,MgSO4·7H2O 0.04,MnSO4·4H2O 0.001,蛋氨酸0.05,豆饼水解液2,玉米浆2.5,VH0.01mg,VB1 0.02mg,培养基中分别添加0.05-0.3g/dl的甜菜碱磷酸盐,调整pH至7.0。在0.075Mpa压力下,蒸汽灭菌15分钟。按10%的接种量将上述培养好的种子液接入10L发酵罐中,发酵培养72h,L-缬氨酸的产量见表7。
表7
甜菜碱磷酸盐的添加量(g/dl) |
L-缬氨酸的量(g/dl) |
0 |
5.02 |
0.05 |
5.09 |
0.1 |
5.16 |
0.15 |
5.35 |
0.2 |
5.30 |
0.25 |
5.21 |
0.3 |
5.04 |
实施例8:种子培养基(g/dl):葡萄糖3.0,(NH4)2SO40.5,玉米浆4.0,豆饼水解液2.0,KH2PO40.1,MgSO4·7H2O 0.04,FeSO4·7H2O 0.001,MnSO4·4H2O 0.001,VH 0.02mg,VB1 0.03mg,调整pH至7.0,0.075Mpa压力下灭菌15min。将谷氨酸棒杆菌FERM-P 7128接种于500ml三角瓶中,在32℃下振荡培养16h。
L-色氨酸的发酵培养基(g/dl)为:葡萄糖13,(NH4)2SO44,KH2PO41.0,MgSO4·7H2O 0.04,MnSO4·4H2O 0.001,FeSO4·7H2O 0.001,豆饼水解液2.5,玉米浆2.2,VH 0.005mg,VB1 0.01mg,培养基中分别添加0.05-0.3g/dl的甜菜碱磷酸盐,调整pH至7.0。在0.075Mpa压力下,蒸汽灭菌15分钟。按10%的接种量将上述培养好的种子液接入5L发酵罐中,发酵培养,L-色氨酸的产量见表8。
表8
甜菜碱磷酸盐的添加量(g/dl) |
L-色氨酸的量(g/dl) |
0 |
1.01 |
0.05 |
1.12 |
0.1 |
1.18 |
0.15 |
1.29 |
0.2 |
1.20 |
0.25 |
1.08 |
0.3 |
0.98 |