CN102154378B - 一种木糖醇的发酵生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种通过添加金属镍离子提高木糖醇发酵产量的方法,通过在酵母发酵培养基中添加镍离子至优选浓度为40μmol/L,使以木糖为底物发酵生产木糖醇的转化率达到70.4%,产量达到35.2g/L。本发明提供的方法简单易行,成本低,能耗少,可用于工业化大规模发酵生产木糖醇。
Description
技术领域
本发明涉及微生物发酵领域,具体地说,涉及一种通过向培养基中添加镍离子提高木糖醇发酵产量的方法。
背景技术
木糖醇是一种重要的五碳糖醇,为结晶性白色粉末,是木糖代谢的正常中间体,广泛存在于谷类、果品、蔬菜、蘑菇之类食物和木材、玉米芯、稻草等植物中。木糖醇是多元醇中最甜的甜味剂,其甜度与蔗糖相当,但其热量仅为蔗糖的2/3左右。木糖醇在体内的代谢不需要胰岛素的参与,不会使血糖值升高,可作糖尿病人的甜味添加剂和辅助治疗剂。同时,木糖醇还具有改善肝功能、防止龋齿、减肥等功效。此外,木糖醇作为是一种多元醇,其吸湿性的特点可用做化妆品的湿润调整剂,对皮肤无刺激作用。
目前,木糖醇的工业化生产主要通过化学加氢法,关键工序为原料→水解→中和→浓缩→脱色→离子交换→浓缩→加氢→浓缩→结晶→分离→包装,该方法生产工艺长,操作难度大,加氢工序需高温高压耗能严重,且易产生较大的污染,增加环保处理压力。从而导致木糖醇的生产成本过高,价格居高不下。
微生物发酵法生产木糖醇可以避免剧烈化学反应,发酵条件温和,不需要特殊的耐腐蚀抗高压设备,分离纯化步骤简单,可显著降低生产成本,被认为是最有发展潜力的木糖醇生产方法。自然界中能利用木糖产生木糖醇的微生物很多,包括细菌(如M.smegmatis)、霉菌(如P.albertensis)、酵母等。
发明内容
本发明的目的是提供一种木糖醇的发酵生产方法。
为了实现本发明目的,本发明的一种木糖醇的发酵生产方法,其是以木糖作为发酵底物,在发酵培养基中添加微量元素镍,通过酵母的发酵生产木糖醇。
所用发酵培养基配方为木糖4-10%、葡萄糖0.5-1.5%、玉米浆0.4-1.2%、尿素0.02-0.1%、硫酸镍20-80μmol/L,pH4.0。优选硫酸镍20-40μmol/L。
更优选地,发酵培养基配方为木糖5%、葡萄糖1%、玉米浆0.8%、尿素0.06%、硫酸镍40μmol/L,pH4.0。
发酵生产所用菌种为酵母,优选假丝酵母属中的酵母,更优选地,为热带假丝酵母(C.tropicalis)、莫基假丝酵母(C.mogii)、平滑假丝酵母(C.parasilosis)或季乐蒙地假丝酵母(C.guilliermondii)。
本发明的优点在于:通过在发酵培养基中添加Ni2+提高了木糖醇的产量,与未添加Ni2+的发酵结果相比,木糖醇产量可达35.g/L以上,木糖的转化率可达70%以上,发酵周期缩短至23h以内。本发明提供的方法简单易行,成本低,能耗少,可用于工业化大规模发酵生产木糖醇。
附图说明
图1为本发明较佳实施例Ni2+浓度对C.tropicalis生长的影响。
图2为本发明较佳实施例Ni2+浓度对木糖醇发酵产量的影响。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
实施例1 Ni2+浓度对菌体生长的影响
菌种活化:从-80℃冰箱中取出热带假丝酵母(Candida tropicalisCICC1316,购于中国工业微生物菌种保藏中心)甘油菌,划线接种于YPD(酵母蛋白胨葡萄糖培养基)平板培养基上,于30℃培养活化。挑取单菌落连续活化两次。
种子瓶培养:从平板上挑取单菌落,接种于装有100ml种子培养基(2%葡萄糖,0.15%酵母粉,0.25%蛋白胨,pH 4.0,高压灭菌)的500mL摇瓶中,培养条件为30℃,180rpm,24h。
摇瓶发酵实验:按10%接种量转接种子液至发酵培养基中,使发酵液的最终组分为木糖5%、葡萄糖1%、玉米浆0.8%、尿素0.06%,pH值调至4.0,装液量为每500mL三角瓶中发酵液100mL。向每个反应体系力NiSO4使Ni2+的终浓度分别达到0、40、80、120、160、200μmol/L。此培养基无需高压灭菌,配制完成后可直接用于发酵。发酵条件为30℃,250rpm。每4h取样一次,测定OD600nm,结果显示,Ni2+浓度为40、80μmol/L时,菌体生长不受影响或生长速度略快,结果如图1所示。
实施例2 Ni2+浓度对木糖醇发酵产量的影响
木糖醇含量的测定:将发酵液离心去细胞沉淀,取上清做高效液相色谱测定木糖醇含量。色谱条件为:色谱仪为Agilent 1200 HPLC(Agilent 1200色谱工作站),色谱柱为87H3离子交换色谱柱,色谱柱温为60℃,检测器为示差折光检测器,流动相是4mmol/L的H2SO4,流速0.6mL/min,设定每次进样量为25μL。
按实施例1中的方法培养种子,按10%接种量接种于发酵培养基中,使发酵培养基的最终组份浓度分别为木糖5%、葡萄糖1%、玉米浆0.8%、尿素0.06%,pH值调至4.0,分别在每个发酵体系中加入Ni2+离子使最终浓度为0、20、40、60、80μmol/L,装液量为100mL/500mL。30℃下250rpm摇瓶发酵,每4h取样一次,测定木糖醇含量,当镍离子浓度为40μmol/L时,木糖醇的得率最高,达到34.8g/L,转化率为69.6%,结果如图2所示。
实施例3 5L发酵罐发酵实验
在5L发酵罐中,以10%的接种量接种优化发酵培养基(优化发酵培养基组份:木糖5%、葡萄糖1%、玉米浆0.8%、尿素0.06%、硫酸镍40μmol/L)进行培养,培养过程中,初始以0.5vvm通气量,搅拌转速300rpm,培养温度30℃,种前pH约为4.0,培养过程中利用25%的氨水自控pH到4.0,温度自控到30℃,每2小时对通气量和搅拌转速进行调整,控制溶氧在40%以上,在发酵10小时后,当OD660nm达到20左右,转为微好氧发酵,通气量下降为0.05vvm,搅拌转速下降为200rpm,再经过13小时的发酵,最后木糖醇的产量达到35.2g/L,木糖的转化率达到70.4%,木糖醇发酵的整个周期缩短至23h。
在优化发酵培养基中不添加硫酸镍的情况下,依据本实施例的发酵参数进行对比发酵实验,在31h时木糖醇发酵得率最大,为30.6g/L,木糖的转化率为61.2%。由此可见,通过在发酵培养基中添加镍离子提高了木糖醇的产量及转化率,并缩短了发酵周期。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
Claims (2)
1.一种木糖醇的发酵生产方法,其特征在于,以木糖作为发酵底物,在发酵培养基中添加微量元素镍,通过酵母的发酵生产木糖醇;
其中,发酵培养基配方为木糖4-10%、葡萄糖0.5-1.5%、玉米浆0.4-1.2%、尿素0.02-0.1%、硫酸镍20-40μmol/L,pH4.0;
酵母为热带假丝酵母(Candida tropicalis) CICC1316。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,发酵培养基配方为木糖5%、葡萄糖1%、玉米浆0.8%、尿素0.06%、硫酸镍40μmol/L,pH4.0。
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