一种有利于提高菌种密度的菌种发酵工艺的制作方法

1.本发明涉及菌种发酵技术领域，具体为一种有利于提高菌种密度的菌种发酵工艺。


背景技术：

2.菌种发酵在工业和生物上发展较为广泛，例如饲料发酵菌种，通过工业加工后可以弥补常规饲料中的氨基酸成分，提高饲料食用的助消化效果，申请号为cn201810660404.1的一种脱脂米糠多菌种发酵工艺，通过复合菌种发酵技术可以提高脱脂米糠的非蛋白氮(例如小肽、游离氨基酸)等动物可利用蛋白源的含量，降低粗纤维水平，并提高多糖含量，但是菌种在发酵的过程中密度有限，影响发酵后的产物。
3.菌种在发酵成长期过程中呈对数增加，最终处于最大生长率，在生长的过程中形成初级代谢产物，其产物的变化影响培养液的各项参数，不利于菌种高密度生长，现有的菌种发酵工艺受到发酵环境的影响，菌种发酵的密度受到限制。
4.所以需要针对上述问题设计一种有利于提高菌种密度的菌种发酵工艺。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种有利于提高菌种密度的菌种发酵工艺，以解决上述背景技术中提出菌种在发酵成长期过程中呈对数增加，最终处于最大生长率，在生长的过程中形成初级代谢产物，其产物的变化影响培养液的各项参数，不利于菌种高密度生长，现有的菌种发酵工艺受到发酵环境的影响，菌种发酵的密度受到限制的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种有利于提高菌种密度的菌种发酵工艺，发酵工艺主要原料有：培养液和菌种；其中培养液主要由淀粉、葡萄糖、琼脂、水、有机氮源和无机氮源构成；
7.菌种发酵的环境要求：设备严格消毒处理，内部气体过滤，保持无菌环境下发酵反应；常温(25℃
‑
40℃)常压；
8.菌种发酵密度控制方法：
9.(1)非反馈补料，高密度培养液会抑制细胞生长，通过调控营养液流加速率可以调控细胞生长；
10.(2)反馈补料，在发酵的过程中，对温度、ph值、溶解氧浓度、糖浓度以及二氧化碳产率进行监测和调节；
11.菌种发酵过程：
12.(1)延缓期，将培养液按照一定的比例配备后导入消毒除菌后的消毒罐中，再向培养液中接种对应的菌种，此时菌种处于适应阶段并不快速生长；
13.(2)成长期，菌种在适宜环境下在营养物质快速生长，并且生长率逐渐增加到最大值，此时控制发酵罐中的各项参数可以调控菌种的密度；
14.(3)稳定期，菌种生长停滞；
15.(4)死亡期，活细胞含量下降。
16.优选的，所述培养液各项组成原料选择克数：淀粉100g、葡萄糖10g、琼脂10g、水600g、有机氮源(蛋白胨和酵母膏)2g、无机氮源(硝酸铵)2g，各成分之间的比例为淀粉：葡萄糖：琼脂：水：有机氮源：无机氮源＝10:1:1:60：0.5:0.5。
17.优选的，一种有利于提高菌种密度的菌种发酵工艺，菌种发酵工艺包括以下步骤：
18.步骤一、加热灭菌
19.控制125℃的干燥高压热蒸汽流动进入发酵罐中，控制高压热蒸汽在发酵罐中循环流动20min，对装置内部充分除菌处理，保持设备可以进行无菌发酵，并且对调配的培养液依次进行过滤灭菌和高压蒸汽灭菌；过滤灭菌：将调配的溶液导入细菌过滤器(滤膜孔径为0.45μm)，过滤培养液中的部分高温易分解杂质；高压蒸汽灭菌：控制营养液在0.105mpa和120℃的条件下对培养基进行除菌处理；
20.步骤二、投入菌种、培养液
21.将杀菌后的培养液导入发酵罐中，再将菌种接种在培养基内，菌种适应生长环境；
22.步骤三、实时监测调控发酵环境，控制菌种密度
23.菌种快速生长的过程中，产生氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、脂类以及碳水化合物等初级代谢产物，培养液内部部分成分的浓度发生变化，影响菌种的生长密度；
24.通过温度传感器实时监测发酵罐中的反应温度，观察发酵罐中的最适反应温度是否发生变化，控制反应温度处于25℃
‑
40℃范围内；
25.初级代谢产物生产改变培养液的ph值，通过ph在线监测设备实时检测发酵罐中液体的反应酸碱性，根据反馈信息流加补料调控营养液4.5
‑
7.5范围内，h3po4和氨水可以调节液体ph值；
26.菌体密度增加后其呼吸作用增强，do浓度逐渐降低(do浓度如果低于临界氧浓度的数值时，部分细胞会停止生长和死亡)，通过do在线监测设备可以实时检测发酵罐中的do浓度情况，根据反馈信息流加补料(h2o2)控制do浓度，补充氧含量；
27.通过尾气在线分析设备可以监测到发酵产生的co2含量，co2含量的多少与碳源消耗量呈正比，当输出的co2含量数值超过限定值，根据反馈信息流加补料控制培养液中的碳源，补充营养液成分。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果是：该有利于提高菌种密度的菌种发酵工艺，可以对发酵罐中的发酵环境和培养液成分进行调控，提高菌种密度；
29.1.通过温度传感器、ph在线监测设备、do在线监测设备、葡萄糖在线监测设备和尾气在线监测设备对发酵罐中的各项反应参数进行检测，并且通过反馈信息通过补料调控各项参数，使得菌种处于最佳的生长环境中，提高菌种发酵时的密度；
30.2.变速流加补料可以根据菌种不同的生长阶段控制流加速率，补充调节培养液的成分，辅助菌种在不同生长时期快速生长。
附图说明
31.图1为本发明发酵工作流程示意图；
32.图2为本发明酵母菌发酵各项参数含量变化示意图。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.请参阅图1
‑
2，本发明提供一种技术方案：一种有利于提高菌种密度的菌种发酵工艺，发酵工艺主要原料有：培养液和菌种；其中培养液主要由淀粉、葡萄糖、琼脂、水、有机氮源和无机氮源构成；
35.菌种发酵的环境要求：设备严格消毒处理，内部气体过滤，保持无菌环境下发酵反应；常温(25℃
‑
40℃)常压；
36.菌种发酵密度控制方法：
37.(1)非反馈补料，高密度培养液会抑制细胞生长，通过调控营养液流加速率可以调控细胞生长；
38.(2)反馈补料，在发酵的过程中，对温度、ph值、溶解氧浓度、糖浓度以及二氧化碳产率进行监测和调节；
39.菌种发酵过程：
40.(1)延缓期，将培养液按照一定的比例配备后导入消毒除菌后的消毒罐中，再向培养液中接种对应的菌种，此时菌种处于适应阶段并不快速生长；
41.(2)成长期，菌种在适宜环境下在营养物质快速生长，并且生长率逐渐增加到最大值，此时控制发酵罐中的各项参数可以调控菌种的密度；
42.(3)稳定期，菌种生长停滞；
43.(4)死亡期，活细胞含量下降。
44.本例中培养液各项组成原料选择克数：淀粉100g、葡萄糖10g、琼脂10g、水600g、有机氮源(蛋白胨和酵母膏)2g、无机氮源(硝酸铵)2g，各成分之间的比例为淀粉：葡萄糖：琼脂：水：有机氮源：无机氮源＝10:1:1:60：0.5:0.5；
45.一种有利于提高菌种密度的菌种发酵工艺，菌种发酵工艺包括以下步骤：
46.步骤一、加热灭菌
47.控制125℃的干燥高压热蒸汽流动进入发酵罐中，控制高压热蒸汽在发酵罐中循环流动20min，对装置内部充分除菌处理，保持设备可以进行无菌发酵，并且对调配的培养液依次进行过滤灭菌和高压蒸汽灭菌；过滤灭菌：将调配的溶液导入细菌过滤器(滤膜孔径为0.45μm)，过滤培养液中的部分高温易分解杂质；高压蒸汽灭菌：控制营养液在0.105mpa和120℃的条件下对培养基进行除菌处理；
48.步骤二、投入菌种、培养液
49.将杀菌后的培养液导入发酵罐中，再将菌种接种在培养基内，菌种适应生长环境；
50.步骤三、实时监测调控发酵环境，控制菌种密度
51.菌种快速生长的过程中，产生氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、脂类以及碳水化合物等初级代谢产物，培养液内部部分成分的浓度发生变化，影响菌种的生长密度；
52.通过温度传感器实时监测发酵罐中的反应温度，观察发酵罐中的最适反应温度是否发生变化，控制反应温度处于25℃
‑
40℃范围内；
53.初级代谢产物生产改变培养液的ph值，通过ph在线监测设备实时检测发酵罐中液体的反应酸碱性，根据反馈信息流加补料调控营养液4.5
‑
7.5范围内，h3po4和氨水可以调节液体ph值；
54.菌体密度增加后其呼吸作用增强，do浓度逐渐降低(do浓度如果低于临界氧浓度的数值时，部分细胞会停止生长和死亡)，通过do在线监测设备可以实时检测发酵罐中的do浓度情况，根据反馈信息流加补料(h2o2)控制do浓度，补充氧含量；
55.通过尾气在线分析设备可以监测到发酵产生的co2含量，co2含量的多少与碳源消耗量呈正比，当输出的co2含量数值超过限定值，根据反馈信息流加补料控制培养液中的碳源，补充营养液成分。
56.实施例：酵母菌发酵
57.控制发酵罐的生长温度在25℃
‑
35℃范围内，ph值在4.0
‑
6.0范围内；
58.通过检测设备对酵母菌发酵过程中的各项参数进行监测，如图2所示：
[0059][0060]
根据发酵时间的变化观察培养环境各项参数的变化值，并且通过反馈的糖浓度、ph值、温度以及do溶解度等控制变速流加补料，改善酵母菌的发酵环境，酵母菌生长速度增加，促进酵母菌高密度发酵。
[0061]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。