CN110760622B - 一种枯草芽孢杆菌发酵生产氨基葡萄糖的补料方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种枯草芽孢杆菌发酵生产氨基葡萄糖的补料方法，属于微生物发酵生产技术领域。主要步骤包括以一定浓度葡萄糖溶液为补料液；利用PLC控制***和蠕动泵定量补料模式进行补料；根据发酵罐中葡萄糖含量及溶氧高低来控制开始时间及补料量，本发明工艺参数控制简单、氨基葡萄糖产率高，发酵副反应少，提取收率高。
Description
技术领域
本发明涉及微生物发酵生产技术领域，具体涉及一种枯草芽孢杆菌生产氨基葡萄糖的补料方法。
背景技术
目前氨基葡萄糖生产方法主要有酶转化法、虾蟹壳提取法、微生物发酵法等，其中微生物发酵法因其产率高、成本低，不受原料来源与季节限制，产品质量稳定等特点，将替代其他两种生产方法。以枯草芽孢杆菌基因工程菌发酵生产氨基葡萄糖相对于其他微生物发酵，在菌种及产品安全性等方面有很大优势，因为枯草芽孢杆菌是食品安全级菌株，其发酵生产的氨基葡萄糖在基因层面的安全性有保障，在越来越重视食品药品安全的现代社会，其具有非常重要的意义。
在枯草芽孢杆菌发酵生产过程中，补料是维持发酵过程高效进行的一个很重要的环节，现有的枯草芽孢杆菌发酵生产过程只是简单地以葡萄糖的含量作为不了添加的依据，但影响枯草芽孢杆菌发酵过程不仅葡萄糖含量一个因素，因此这一做法并不能很好的适应枯草芽孢杆菌的发酵过程。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明专利设计了一种枯草芽孢杆菌生产氨基葡萄糖的补料方法，包括如下步骤，
(a)以浓度为700～800g/L的食品级一水葡萄糖溶液为补料液进行补料；
(b)调节补料罐的罐压至0.05～0.15MPa，保持发酵罐的罐压在0.03～0.05MPa；
(c)采用蠕动泵定量补料模式流加葡萄糖补料液，采用PLC控制***控制蠕动泵进行进行补料，PLC控制***同时监测发酵罐中葡萄糖的含量和溶氧量，当发酵罐内溶氧量急速上升到90％后开始补料；
(d)补料开始后，根据发酵罐内葡萄糖的含量和溶氧量，由PLC控制***调节蠕动泵转速，逐步增加补料量，使罐内葡萄糖浓度控制在3～5g/L，在提升补料速度时，罐内溶氧会降低，此时通过增加通风量及搅拌转速，对罐内的溶氧进行调节；
(e)发酵过程中对溶氧进行多段控制，由PLC控制***监测溶氧量，并通过控制通风装置启停和搅拌转速进行调节。
本发明设计的枯草芽孢杆菌生产氨基葡萄糖的补料方法是根据溶氧变化情况判定补料开始时间，在溶氧快速上升到90后，开始补料，避免因不能快速检测罐内葡萄糖浓度而耽误补料，造成发酵代谢缺糖；同时采用蠕动泵定量补料，对补料流加量控制更精确，菌种在一个更加平稳的环境中生长代谢，使得菌种转化率和氨基葡萄糖转化率高，菌种代谢速度快，，缩短发酵周期，降低了能耗。
进一步的，所述步骤(d)中每1个小时测量罐内葡萄糖浓度，调节蠕动泵转速，逐步增加补料量，在罐内葡萄糖浓度达到4.5g/L时，不再提升补料速度，罐内葡萄糖浓度超过5g/L时，降低补料速度。
进一步的，所述步骤(e)发酵过程中溶氧的控制过程为发酵的第0～7h，溶氧30％；第7～15h,溶氧50％；第15～50h,溶氧40％；第50～65h,溶氧30％。
进一步的，所述补料液需在0.1MPa，121℃条件下蒸汽湿热灭菌20min。
进一步的，所述补料液为800g/L的食品级一水葡萄糖溶液。
进一步的，所述步骤(b)调节补料罐的罐压至0.1MPa，保持发酵罐的罐压在0.04MPa
相对于现有技术，本发明设计的一种枯草芽孢杆菌发酵生产氨基葡萄糖的补料方法的进步之处在于，首先本发明的补料过程通过PLC控制***进行监控调节进行，以溶氧量变化情况判定补料开始时间，在溶氧快速上升到90％后，开始补料，避免因不能快速检测罐内葡萄糖浓度而耽误补料，造成发酵代谢缺糖。
再者，由于采用蠕动泵定量补料，对补料流加量控制更精确，菌种在一个更加平稳的环境中生长代谢，使得菌种转化率和氨基葡萄糖转化率高，菌种代谢速度快，缩短发酵周期，降低了能耗。
还有，将发酵罐内葡萄糖浓度控制在3～5g/L，能够大大减少发酵副反应的进行，提高发酵液品质，降低后提取难度，提取收率增高。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
实施例1
本发明设计的一种枯草芽孢杆菌发酵生产氨基葡萄糖的补料方法的第一种实施例，本实施例使用的枯草芽孢杆菌均为市售产品，本实施例中，补料方法步骤包括：
(a)以浓度为700g/L的食品级一水葡萄糖溶液为补料液进行补料，补料液需在0.1MPa，121℃条件下蒸汽湿热灭菌20min；
(b)调节补料罐的罐压至0.05MPa，保持发酵罐的罐压在0.03MPa；
(c)采用蠕动泵定量补料模式流加葡萄糖补料液，采用PLC控制***控制蠕动泵进行进行补料，PLC控制***同时监测发酵罐中葡萄糖的含量和溶氧量，当发酵罐内溶氧量急速上升到90％后开始补料；
(d)补料开始后，每1个小时测量罐内葡萄糖浓度，根据发酵罐内葡萄糖的含量和溶氧量，由PLC控制***调节蠕动泵转速，逐步增加补料量，在罐内葡萄糖浓度达到4.5g/L时，不再提升补料速度，罐内葡萄糖浓度超过5g/L时，降低补料速度。使罐内葡萄糖浓度控制在3g/L以上，在提升补料速度时，罐内溶氧会降低，此时通过增加通风量及搅拌转速，对罐内的溶氧进行调节；
(e)发酵过程中对溶氧进行多段控制控制，过程为发酵的第0～7h，溶氧30％；第7～15h,溶氧50％；第15～50h,溶氧40％；第50～65h,溶氧30％。
发酵完成后检测发现，通过本实施例补料方法的枯草芽孢杆菌发酵过程在发酵到65小时，菌种转化率已达到40％，氨基葡萄糖含量105g/L。现对于传统的补料技术，发酵周期在80-85小时，菌种转化率在28％-30％，氨基葡萄糖含量70g-75g/L。可见本实施例相对于现有技术具有明显的进步，提高了菌种转化率，缩短了发酵周期，氨基葡萄糖的产量明显提高。本实施例采用蠕动泵定量补料，对补料流加量控制更精确，同时对发酵过程中葡糖糖含量及溶氧及时检测控制，使菌种在一个更加平稳的环境中生长代谢，使得菌种转化率和氨基葡萄糖转化率高，菌种代谢速度快，缩短发酵周期，降低了能耗。
实施例2
本发明设计的一种枯草芽孢杆菌发酵生产氨基葡萄糖的补料方法的第二种实施例，本实施例中，补料方法步骤包括：
(a)以浓度为750g/L的食品级一水葡萄糖溶液为补料液进行补料，补料液需在0.1MPa，121℃条件下蒸汽湿热灭菌20min；
(b)调节补料罐的罐压至0.1MPa，保持发酵罐的罐压在0.03MPa；
(c)采用蠕动泵定量补料模式流加葡萄糖补料液，采用PLC控制***控制蠕动泵进行进行补料，PLC控制***同时监测发酵罐中葡萄糖的含量和溶氧量，当发酵罐内溶氧量急速上升到90％后开始补料；
(d)补料开始后，每1个小时测量罐内葡萄糖浓度，根据发酵罐内葡萄糖的含量和溶氧量，由PLC控制***调节蠕动泵转速转速，逐步增加补料量，在罐内葡萄糖浓度达到4.5g/L时，不再提升补料速度，罐内葡萄糖浓度超过5g/L时，降低补料速度。使罐内葡萄糖浓度控制在4g/L以上，在提升补料速度时，罐内溶氧会降低，此时通过增加通风量及搅拌转速，对罐内的溶氧进行调节；
(e)发酵过程中对溶氧进行多段控制控制，过程为发酵的第0～7h，溶氧30％；第7～15h,溶氧50％；第15～50h,溶氧40％；第50～65h,溶氧30％。
发酵完成后检测发现，通过本实施例补料方法的枯草芽孢杆菌发酵过程在发酵到65小时，菌种转化率已达到42％，氨基葡萄糖含量115g/L。
实施例3
本发明设计的一种枯草芽孢杆菌发酵生产氨基葡萄糖的补料方法的第三种实施例，本实施例中，补料方法步骤包括：
(a)以浓度为800g/L的食品级一水葡萄糖溶液为补料液进行补料，补料液需在0.1MPa，121℃条件下蒸汽湿热灭菌20min；
(b)调节补料罐的罐压至0.15MPa，保持发酵罐的罐压在0.05MPa；
(c)采用蠕动泵定量补料模式流加葡萄糖补料液，采用PLC控制***控制蠕动泵进行进行补料，PLC控制***同时监测发酵罐中葡萄糖的含量和溶氧量，当发酵罐内溶氧量急速上升到90％后开始补料；
(d)补料开始后，每1个小时测量罐内葡萄糖浓度，根据发酵罐内葡萄糖的含量和溶氧量，由PLC控制***调节蠕动泵转速转速，逐步增加补料量，在罐内葡萄糖浓度达到4.5g/L时，不再提升补料速度，罐内葡萄糖浓度超过5g/L时，降低补料速度。使罐内葡萄糖浓度控制在5g/L，在提升补料速度时，罐内溶氧会降低，此时通过增加通风量及搅拌转速，对罐内的溶氧进行调节；
(e)发酵过程中对溶氧进行多段控制控制，过程为发酵的第0～7h，溶氧30％；第7～15h,溶氧50％；第15～50h,溶氧40％；第50～72h,溶氧30％。
发酵完成后检测发现，通过本实施例补料方法的枯草芽孢杆菌发酵过程在发酵到65小时，菌种转化率已达到45％，氨基葡萄糖含量120g/L。
上述内容仅为本发明创造的较佳实施例而已，不能以此限定本发明创造的实施范围，即凡是依本发明创造权利要求及发明创造说明内容所做出的简单的等效变化与修饰，皆仍属于本发明创造涵盖的范围。
Claims (3)
1.一种枯草芽孢杆菌发酵生产氨基葡萄糖的补料方法，其特征在于，包括如下步骤，(a)以浓度为800g/L的食品级一水葡萄糖溶液为补料液进行补料；
(b)调节补料罐的罐压至0.05～0.15MPa，保持发酵罐的罐压在0.03～0.05MPa；
(c)采用蠕动泵定量补料模式流加补料液，采用PLC控制***控制蠕动泵进行进行补料，PLC控制***同时监测发酵罐中葡萄糖的含量和溶氧量，当发酵罐内溶氧量急速上升到90％后开始补料；
(d)补料开始后，根据发酵罐内葡萄糖的含量和溶氧量，由PLC控制***调节蠕动泵转速，逐步增加补料量，使罐内葡萄糖浓度控制在3～5g/L，在提升补料速度时，罐内溶氧会降低，此时通过增加通风量及搅拌转速，对罐内的溶氧进行调节,每1个小时测量罐内葡萄糖浓度，调节蠕动泵转速，逐步增加补料量，在罐内葡萄糖浓度达到4.5g/L时，不再提升补料速度，罐内葡萄糖浓度超过5g/L时，降低补料速度;
(e)发酵过程中对溶氧进行多段控制，溶氧的控制过程为发酵的第0～7h，溶氧30％；第7～15h,溶氧50％；第15～50h,溶氧40％；第50～65h,溶氧30％。
2.根据权利要求1所述的枯草芽孢杆菌发酵生产氨基葡萄糖的补料方法，其特征在于，所述补料液需在0.1MPa，121℃条件下蒸汽湿热灭菌20min。
3.根据权利要求1所述的枯草芽孢杆菌发酵生产氨基葡萄糖的补料方法，其特征在于，所述步骤(b)调节补料罐的罐压至0.1MPa，保持发酵罐的罐压在0.04MPa。
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| 菌类发酵培养控制***设计;才存良 等;《科技资讯》;20171231;第15卷(第27期);摘要、第212页3 发酵培养控制***的组态-4 结语 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110760622A (zh) | 2020-02-07 |
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Denomination of invention: A feeding method for producing glucosamine through Bacillus subtilis fermentation Effective date of registration: 20231215 Granted publication date: 20230627 Pledgee: Bank of Rizhao Co.,Ltd. Juxian sub branch Pledgor: DAZIRAN BIOLOGICAL GROUP Co.,Ltd. Registration number: Y2023980071960 |