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L-赖氨酸的清洁发酵工艺的制作方法

2022-07-10 02:29:18 来源:中国专利 TAG:
l-赖氨酸的清洁发酵工艺
技术领域
1.本发明属于氨基酸发酵技术领域,具体涉及l-赖氨酸的清洁发酵工艺。


背景技术:

2.黄色短杆菌属于短杆菌属,是放线菌目中的专性好氧、过氧化氢酶阳性、无芽孢的革兰氏阳性短杆状细菌。黄色短杆菌是一种重要的赖氨酸生产菌,它对渗透压较为敏感。在黄色短杆菌发酵赖氨酸的过程中,渗透压会超过2000mosm,为了维持发酵后期菌体活性。一般需要通过添加n,n,n-三甲基甘氨酸或者氯化钠等来提高菌体对渗透压的耐受性。然而,在单纯依赖n,n,n-三甲基甘氨酸的条件下,菌体已经无法很好地抵抗外界高渗透压环境。要提高菌体对外界高渗透压的耐受性,必须激发菌体其他的抗高渗透压机制。可以将菌体对高渗透压耐受分为两个主要机制:1)吸收环境中的渗透压相容物;2)菌体自身提高细胞壁强度,从而提高对外界高渗透压的耐受性。
3.代谢通量分析是解析菌内微观代谢特点的重要方法,通过代谢途径进行分析,从而找到新的代谢靶点或者对上游代谢改造的结果进行确认。在发酵过程中,可以尝试通过外来添加物刺激使菌体本身产生渗透压耐受性,从而最终提高黄色短杆菌对发酵过程中高渗透压的耐受性,使发酵强度和转化率有所提高。
4.细菌主要通过细菌细胞壁细菌来抵抗高渗透压。细胞壁与细胞膜、细胞质、核区等同属细菌细胞的一般构造,它是位于细胞最外的一层厚实、坚韧的外被,具有固定细胞外形和保护细胞不受损伤等多种生理功能。细菌细胞壁由一些化学成分不同的物质组成,如肽聚糖、磷壁酸、脂多糖、磷脂、外膜蛋白等,在这些组成成分中对细胞壁的生理功能起主要作用的是肽聚糖,革兰氏阳性细菌中肽聚糖含量高达30-95%,可以尝试通过提高肽聚糖的合成量来增加细胞壁的强度,从而增加高渗透压的耐受性,进而保护菌体提高发酵效率。肽聚糖的合成途径涉及多种酶和中间物质,如何进行干预才能有效地提高肽聚糖含量,并且提高细胞壁的强度和抗渗透压能力是难点。现有技术也鲜有报道。
5.赖氨酸又称l-赖氨酸、溶氨酸等,是人类和动物营养中最重要的必需氨基酸之一,目前,全球赖氨酸产量已达300余万吨,仅次于谷氨酸,成为全球产量第二大氨基酸品种。赖氨酸主要的生产方式是生物发酵法。提升发酵效率和提取效率的清洁发酵工艺是一直需要解决的技术问题。


技术实现要素:

6.本发明的目的是解决现有技术中赖氨酸发酵效率低、培养基成分复杂造成提取工艺困难等缺陷,提供了l-赖氨酸的清洁发酵工艺。
7.本发明是通过如下技术方案来实现的。
8.l-赖氨酸的清洁发酵工艺,其特征在于,所述工艺包括如下步骤:将黄色短杆菌种子液按照10%的接种量接入到发酵培养基中,发酵温度:0-18h 为31℃,18h-结束为34℃,通风比1:0.7,搅拌转速200r/min,发酵总时间为60h;发酵过程中,
通过流加葡萄糖营养液维持残糖含量在10g/l,通过流加300g/l的硫酸铵溶液维持氨氮含量为1g/l,流加氨水控制 ph7.0-7.2,流加消泡剂消泡。
9.进一步地,所述葡萄糖营养液包括葡萄糖和n,n,n-三甲基甘氨酸。
10.进一步地,所述发酵培养基组分为:在常规培养基的基础上添加d-丙氨酸或/和d-谷氨酸。
11.具体地,所述葡萄糖营养液的组分为:葡萄糖500g/l,n,n,n-三甲基甘氨酸10g/l。
12.具体地,所述发酵培养基的原料为:葡萄糖80g/l,玉米浆10g/l,糖蜜12g/l,硫酸铵8g/l,磷酸二氢钾10g/l,d-丙氨酸1g/l,d-谷氨酸1g/l,七水硫酸镁0.8g/l,四水硫酸锰0.02g/l,七水硫酸亚铁0.02g/l,维生素b
1 0.01g/l,生物素0.5mg/l。
13.优选地,所述发酵培养基的制备方法为:将各原料依次添加到水中,搅拌均匀,调ph至7.5,115℃灭菌10min,即得。
14.与现有技术相比,本发明的研究出发点和取得的有益效果主要包括但是并不限于以下几个方面:高渗透压会在较大程度上抑制赖氨酸的合成,本研究从代谢合成途径来调控细菌细胞壁主要组分的合成来达到提高细胞壁强度的目的,进而使得菌体能够免受高渗透压的损害,从而保持了较高的发酵效率。
15.n,n,n-三甲基甘氨酸能够使得菌体耐受高渗透压,免受渗透压的损害,进而能促进菌体生长,提高发酵效率;结合d-丙氨酸和d-谷氨酸,能够大幅提高黄色短杆菌的发酵效率。
16.本发明发酵培养基成分简单、可控,有利于后续分离提取工艺,实现了赖氨酸清洁发酵生产。
具体实施方式
17.本领域技术人员可以借鉴本文内容,适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是,所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的,它们都被视为包括在本发明。本发明的产品及方法已经通过较佳实施例进行了描述,相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的产品及方法进行改动或适当变更与组合,来实现和应用本发明技术。为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明进行详细说明。
18.实施例1l-赖氨酸的清洁发酵工艺,其包括如下步骤:50l全自动发酵罐中装液量30l发酵培养基,菌株选用黄色短杆菌xq90;将黄色短杆菌种子液(od600=4.5)按照10%的接种量接入到发酵培养基中,发酵温度:0-18h 为31℃,18h-结束为34℃,通风比1:0.7,搅拌转速200r/min,发酵总时间为60h;发酵过程中,通过流加葡萄糖营养液维持残糖含量在10g/l,通过流加300g/l的硫酸铵溶液维持氨氮含量为1g/l,流加氨水控制 ph7.0-7.2,流加消泡剂消泡。
19.葡萄糖营养液组分:葡萄糖500g/l,n,n,n-三甲基甘氨酸10g/l;发酵培养基组分:葡萄糖80g/l,玉米浆10g/l,糖蜜12g/l,硫酸铵8g/l,磷酸二氢钾10g/l,d-丙氨酸1g/l,d-谷氨酸1g/l,七水硫酸镁0.8g/l,四水硫酸锰0.02g/l,七水硫酸亚铁0.02g/l,维生素b
1 0.01g/l,生物素0.5mg/l;
将各原料依次添加到水中,搅拌均匀,调ph至7.5,115℃灭菌10min,即得。
20.对比例1l-赖氨酸的清洁发酵工艺,其包括如下步骤:50l全自动发酵罐中装液量30l发酵培养基,菌株选用黄色短杆菌xq90;将黄色短杆菌种子液(od600=4.5)按照10%的接种量接入到发酵培养基中,发酵温度:0-18h 为31℃,18h-结束为34℃,通风比1:0.7,搅拌转速200r/min,发酵总时间为60h;发酵过程中,通过流加葡萄糖营养液维持残糖含量在10g/l,通过流加300g/l的硫酸铵溶液维持氨氮含量为1g/l,流加氨水控制 ph7.0-7.2,流加消泡剂消泡。
21.葡萄糖营养液组分:葡萄糖500g/l;发酵培养基组分:葡萄糖80g/l,玉米浆10g/l,糖蜜12g/l,硫酸铵8g/l,磷酸二氢钾10g/l,七水硫酸镁0.8g/l,四水硫酸锰0.02g/l,七水硫酸亚铁0.02g/l,维生素b
1 0.01g/l,生物素0.5mg/l;将各原料依次添加到水中,搅拌均匀,调ph至7.5,115℃灭菌10min,即得。
22.对比例2l-赖氨酸的清洁发酵工艺,其包括如下步骤:50l全自动发酵罐中装液量30l发酵培养基,菌株选用黄色短杆菌xq90;将黄色短杆菌种子液(od600=4.5)按照10%的接种量接入到发酵培养基中,发酵温度:0-18h 为31℃,18h-结束为34℃,通风比1:0.7,搅拌转速200r/min,发酵总时间为60h;发酵过程中,通过流加葡萄糖营养液维持残糖含量在10g/l,通过流加300g/l的硫酸铵溶液维持氨氮含量为1g/l,流加氨水控制 ph7.0-7.2,流加消泡剂消泡。
23.葡萄糖营养液组分:葡萄糖500g/l,n,n,n-三甲基甘氨酸10g/l;发酵培养基组分:葡萄糖80g/l,玉米浆10g/l,糖蜜12g/l,硫酸铵8g/l,磷酸二氢钾10g/l,七水硫酸镁0.8g/l,四水硫酸锰0.02g/l,七水硫酸亚铁0.02g/l,维生素b
1 0.01g/l,生物素0.5mg/l;将各原料依次添加到水中,搅拌均匀,调ph至7.5,115℃灭菌10min,即得。
24.对比例3l-赖氨酸的清洁发酵工艺,其包括如下步骤:50l全自动发酵罐中装液量30l发酵培养基,菌株选用黄色短杆菌xq90;将黄色短杆菌种子液(od600=4.5)按照10%的接种量接入到发酵培养基中,发酵温度:0-18h 为31℃,18h-结束为34℃,通风比1:0.7,搅拌转速200r/min,发酵总时间为60h;发酵过程中,通过流加葡萄糖营养液维持残糖含量在10g/l,通过流加300g/l的硫酸铵溶液维持氨氮含量为1g/l,流加氨水控制 ph7.0-7.2,流加消泡剂消泡。
25.葡萄糖营养液组分:葡萄糖500g/l;发酵培养基组分:葡萄糖80g/l,玉米浆10g/l,糖蜜12g/l,硫酸铵8g/l,磷酸二氢钾10g/l,d-丙氨酸1g/l,七水硫酸镁0.8g/l,四水硫酸锰0.02g/l,七水硫酸亚铁0.02g/l,维生素b
1 0.01g/l,生物素0.5mg/l;将各原料依次添加到水中,搅拌均匀,调ph至7.5,115℃灭菌10min,即得。
26.对比例4l-赖氨酸的清洁发酵工艺,其包括如下步骤:
50l全自动发酵罐中装液量30l发酵培养基,菌株选用黄色短杆菌xq90;将黄色短杆菌种子液(od600=4.5)按照10%的接种量接入到发酵培养基中,发酵温度:0-18h 为31℃,18h-结束为34℃,通风比1:0.7,搅拌转速200r/min,发酵总时间为60h;发酵过程中,通过流加葡萄糖营养液维持残糖含量在10g/l,通过流加300g/l的硫酸铵溶液维持氨氮含量为1g/l,流加氨水控制 ph7.0-7.2,流加消泡剂消泡。
27.葡萄糖营养液组分:葡萄糖500g/l;发酵培养基组分:葡萄糖80g/l,玉米浆10g/l,糖蜜12g/l,硫酸铵8g/l,磷酸二氢钾10g/l,d-谷氨酸1g/l,七水硫酸镁0.8g/l,四水硫酸锰0.02g/l,七水硫酸亚铁0.02g/l,维生素b
1 0.01g/l,生物素0.5mg/l;将各原料依次添加到水中,搅拌均匀,调ph至7.5,115℃灭菌10min,即得。
28.实施例2实施例1和对比例1-4的l-赖氨酸的清洁发酵结果,从最大菌体含量、赖氨酸浓度、转化率等主要指标进行分析,具体见表1:表1组别最大菌体含量od600赖氨酸浓度g/l转化率`h时渗透压mosm实施例136.7160.952.12394对比例130.8143.248.92326对比例232.6154.151.22387对比例332.5152.750.92380对比例432.3151.951.12365结论:通过比较各组别的最大菌体含量od600值、赖氨酸浓度以及转化率发现,对比例1最低,添加n,n,n-三甲基甘氨酸、d-丙氨酸或者d-谷氨酸的对比例2-4组与对比例1相比较均有所提升,可能原因是添加n,n,n-三甲基甘氨酸能够使得菌体耐受高渗透压,免受损害,进而能促进菌体生长,提高发酵效率;而肽聚糖的合成途径中需要大量的d-丙氨酸、d-谷氨酸以及l型氨基酸组成五肽结构,而将l型氨基酸转为d型氨基酸的消旋酶活性相对较弱,本研究选择细菌细胞内合成活性相对较差的消旋步骤作为切入点进行研究,在培养基中添加适量的d-丙氨酸和d-谷氨酸,使得细胞在快速分裂增殖时期的细胞壁强度大幅增加,随着赖氨酸的浓度迅速增加,导致渗透随之增大,高渗透压环境可能对菌体生长造成较大影响,从而导致发酵效率放缓,而细胞壁强度的增加能够免受高渗透压的损害,从而保持了较高的发酵效率。
29.此外,本研究在对比例1的基础上,在发酵培养基中添加50g/l氯化钠来提高渗透压,尽管可以促使菌体形成对渗透压的耐受性,但是不利于菌体的生长和活力的保持,从而无法提高发酵产率。而较低浓度(20g/l)的氯化钠无法明显提高渗透压,也不能使得菌株产生耐受。
30.以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例公开如上,然而,并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当然会利用揭示的技术内容作出些许更动或修饰,成为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均属于本发明技术方案的范围内。
再多了解一些

本文用于企业家、创业者技术爱好者查询,结果仅供参考。

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