以纯生物素代玉米浆、糖蜜的研究_李琼 (1).docx

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22 广西轻工业G.X.LightInd. 2000年第4期

以纯生物素代玉米浆、糖蜜的研究

Astudiesonusingpurebiotininsteadofmaizeliquidandmolasses

李琼

ByLiQiong

⒉桂林味全食品有限公司广西桂林541004⒕

⒉GuilinWeiquanFoodCo.⒙Ltd.⒙Guilin⒙Guangxi541004⒕

摘要⑶为了在谷氨酸发酵生产中更好地控制生物素用量及节约生产成本⒙⒚并改善劳动强度⒙用纯生物素代玉米浆、糖蜜经过的反复试验和摸索⒙终于得到了纯生物素适用于发酵生产的最佳配方用量⒙并在发酵生产中获得成功⒙使纯生物素在谷氨酸发酵工艺中起到稳定生产⒙提高经济效益的作用⒚关键词⑶纯生物素⒛玉米浆⒛糖蜜⒛谷氨酸发酵

分类号⑶TS264.23文献标识码⒛B

文章编号⑶1003-2673⒉2000⒕04-0022-05

Abstract⑶Forinsteadofmaizeliquidandmolassesusingpurebiotin⒙soastocontroltheproductionofglutamateacidbetter⒙savingproductioncostandimprovinglaborintensity⒙abestformulaforthefermentativeproductionhasbeenfoundthroughexperimentedrepeated⒙andithasbeenalsosucceededusingintheproduction.Thepurebiotinhasbeengoodforstabilizingproductionandimprovingeconomicbenefitsinthefermentativeprocessofglutamateacid.

Keywords⑶Purebiotin⒙Maizeliquid⒙Finalmolasses⒙

Glutamateacidfermentation

纯生物素是一种含硫生物素⒙也称维生素H和辅酶R⒙其属于B族维生素的一种⒙从其分子结构来说⒙它有八个立体异构体⒙但只有d－生物素存在于自然界中⒙并有生物活性⒚它是微生物生存不可缺少的生长因子⒙在谷氨酸的发酵中其用量的控制直接影响着生产菌的生长、繁殖和群体结构的强弱和谷氨酸的渗漏⒚⒉由于我国尚未采用⒈发酵法⒔和

⒈合成法⒔生产d－生物素⒚现在国内使用的生物素多从日本.韩国和瑞士等国进口⒕⒚

用纯生物素代玉米浆、糖蜜是当前谷氨酸发酵行业中的一项新工艺、新技术⒚既不增加设备⒚又减少劳动力⒙而且经济实惠⒙经过在罐上连续发酵十

收稿日期⑶2000－11－07

批⒙平均初糖15.6％、平均周期为38hr、平均产酸

8.05％、平均转化率.52.02％⒚

此工艺有用量少⒛配制溶剂方法简单⒛流加时操作方便发酵液色泽浅⒙利于后道工序提取、结晶⒚还能起到防止污染⒙稳定生产的作用⒚由此可知⒙该项目具有良好的经济效益和社会效益⒚是一项值得推广应用的工艺技术⒚

我国谷氨酸生产厂家绝大多数是使用玉米浆、糖蜜或使用麸皮水解液作为生物素生长因子用于发酵生产的⒙经常由于糖蜜、玉米浆各生产厂家生产的玉米浆、糖蜜质量上有很大差异⒛每批与每批的含量也有差异⒛造成发酵生产中使用生物素量不准确⒙影响发酵产酸、转化率和周期等⒙给发酵过程中的控制带来一定困难⒚

我国目前使用谷氨酸生产菌绝大多数为生物素缺陷型⒙以生物素为生长因子⒙而生物素的作用主要是影响细胞的渗透性⒙同时影响菌体的代谢途径⒚在谷氨酸发酵生产中⒙生物素用量的控制直接影响着生产菌细胞的生长、增殖、代谢和细胞壁、细胞膜的渗透和产酸的高低⒚所以严格控制生物素的用量是搞好谷氨酸发酵的关键⒚但由于生物素用量浓度的控制⒙往往是随着菌种的特性⒙发酵的工艺所要求增殖产酸型细胞湿菌体量的不同⒙碳源、氮源的种类、浓度及供氧条件不同而异⒚

生物素的⒈亚适量⒔控制⒙是指发酵培养其中生物素的初浓度⒉5～10mg／l⒕但最适浓度应控制在

⒉2.5～5mg／l⒕⒙该浓度多适用于小种量⒙常规风量控制的低中糖或低糖补加或流加工艺的发酵中⒙其最佳用量应以2.5～3μg／l⒉即发酵液总量的0.45％

～0.5％为宜⒚因该量可使生产量在增殖阶段⒉即发酵8～12hr在pH7.0⒙通风强度0.16的条件⒕较好在由谷氨酸的非积累型转化为谷氨酸的积累型细

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胞⒙且代谢所产生的磷脂减少可形成不完整细胞壁、细胞膜⒙有利于细胞内合成谷氨酸的分泌⒙其分泌量占合成谷氨酸总量的92％左右⒙产酸率均可达7.5％～8％⒙糖酸转化率可达50％左右⒚

反之⒙生物素的初浓度高⒚营养较丰富⒙促使菌体大量增殖⒙发酵12hr⒙OD净增值达0.65～0.7以上⒙湿菌体量超过0.6ml／10ml⒉占发酵液总量的0.9％～1％⒕就会使发酵呈现耗糖、耗氨快⒙pH下降⒙镜检菌形呈现短肥胖⒙未伸长未完成菌体有⒈转型⒔⒙使谷氨酸非积累型细胞增多⒙同时又因生物素过量使代谢合成磷脂增多、使细胞壁、细胞膜增厚⒙不利于细胞合成谷氨酸的分泌⒙造成产酸下降而影响发酵生产的经济效益⒚

若生物素的初浓度低于2⒉即0.4％以下⒕⒙会使生产菌体细胞营养贫乏形成⒈生理饥饿⒔⒙直接影响生产菌增殖和代谢⒙最终导致耗糖、耗氨慢⒙pH值增高⒙使产酸率糖酸转化率低的恶果⒚

因此⒙为了控制谷氨酸发酵生产中的生物素用量及节约生产成本⒙并改善劳动强度⒙用纯生物素代玉米浆、糖蜜经过反复试验和摸索⒙终于得到了纯生物素适用于发酵生产的最佳配方用量⒙并在发酵生产中获得成功⒙使纯生物素在此起到稳定生产提高经济效益的作用⒚

1材料与方法

1.1材料

1.1.1出发菌株⑶华南工学院短杆菌

⒉Brevibacteriumlianjinese⒕S9114⒉本公司菌种室保藏⒕⒚

1.1.2主要原材料⑶由哈尔滨生物化学一厂分装日本进口的纯生物素和本市制药厂提供维生素B按一定比例配制液体备用⒚

1.1.3培养基

1.1.3.1条件试验培养基⑶淀粉水解糖液15％～15.5％⒚纯生物素2.5mg／l⒛K2HPO40.14％⒛MgSO43H2O0.08％⒛尿素4.2％⒉单独配制灭菌流加⒕pH6.7～7.2⒛⒉摇瓶小试⒕⒚

1.1.3.2对照条试培养基⑶淀汾水解糖液15％～15.5％⒚玉米浆0.2％⒛糖蜜0.5％⒛K2HPO40.14％⒛MgSO43H2O0.08％⒛尿素4.2％⒉单独配制灭菌流加⒕pH6.7～7.2⒛⒉摇瓶小试⒕⒚

1.1.3.320KL发酵罐培养基⑶淀粉水解糖液15％

～15.5％⒚纯生物素2.5μg／l⒉常规风量控制的低中

糖或低糖补加或流加工艺的发酵中⒙其最佳用量应以2.5～3μg／l＜即发酵总量的0.45％～0.5％为宜

>⒕⒛Na2HPO40.2％⒛MgSO43H2O0.08％⒛KCL0．

2％⒛初尿0.5％⒉单独配制灭菌流加⒕pH6.7～7.2⒚

1.1.3.430KL发酵罐培养基⑶淀粉水解糖液15％

～15.5％⒚纯生物素2.5μg／l⒛Na2HPO40.17％⒛MgSO43H2O0.06％⒛KCL0．17％⒛初尿0.5％⒉单独配制灭菌流加⒕pH6.7～7.2⒚

1.1.3.550KL发酵罐培养基⑶淀粉水解糖液15％

～15.5％⒚纯生物素2.5μg／l⒛Na2HPO40.17％⒛MgSO43H2O0.04％⒛KCL0．14％⒛初尿0.5％⒉单独配制灭菌流加⒕pH6.7～7.2⒚

1.1.4主要设备

1.1.4.1往复式可调速摇床⒛冲程76CM⒛频率120run／min⒚

1.1.4.2分别在2只20KL、2只30KL、6只50KL的发酵罐进行试验⒉两挡搅拌⒚电机分别为⑶40kWh⒛55kWh⒛75kWh⒕

1.2方法

1.2.1摇瓶条试对照⑶在除生物素以外的其它培养基配方不变的情况下⒙取其二十瓶用量未加生物素的培养基⒙分别在其中十瓶中定量加入纯生物素⒛又在其中的另十瓶中定量加入玉米、糖蜜⒙经过灭菌⒛降至常温⒛制成基质⒚再进入无菌间进行无菌接种取1杯新鲜斜面⒉或10％液体新鲜种子⒕置于25ml的液体基质中⒙而后放入摇床在35℃～36℃振荡培养48hr⒙流加尿素⒚

1.2.2利用20KL、30KL、50KL发酵罐进行纯生物素的最佳用量的正交试验⒚按一定配方配制发酵培养基基质⒛灭菌采用连消工艺⒛菌体培养⑶一级菌种由菌种室提供⒛二级种子由发酵车间接一级种子后在种子罐中培养⒉风量1∶0.2⒛培养8hr⒕⒛接入发酵罐进行发酵培养⒉温度控制在35℃～38℃⒛pH7.0

～7.5⒛风量1∶02～0.3⒛发酵周期为38⒚⒕纯生物素用量从1～3.5μg／l分别在20KL、30KL、50KL发酵罐中摸索⒚

1.2.3同时还分别对20KL、30KL、50KL进行纯生物与玉米浆、糖蜜的罐对照试验⒚利用同一菌种⒛同控制工艺条件⒛只是培养基质中生物素分别采用纯生物素和玉米浆、糖蜜两种配方⒚从而观察菌种生长情况、产酸及转化率情况和发酵周期⒚

1.2.4测定方法

1.2.4.1摇瓶条试测定⑶分别为⑶A、测定零小时初

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糖和残糖⒛B、零小时和8小时OD⒛C、pH值测定、D、48小时下摇床后要进行RG⒉还原糖⒕、OD⒉光密度⒕、pH、GA⒉谷氨酸含量⒕的测定⒚

1.2.4.2发酵罐条试测定有⑶发酵过程中⒉从零小时开始到结束⒕每2小时测定一次RG、OD⒚发酵到12小时后开始每隔4小时测定一次GA⒛到残糖在2％以下时每隔两小时测定一次直到发酵结束⒚⒉一般在残糖1以下可以放罐⒕⒚

1.2.5测定项目的计算

1.2.5.1还原糖的测定RGRG％＝⒉⒉V1－V2⒕×X⒕／10×A

式中⑶V1－－空白滴定毫升数⒛

V2－－样品滴定毫升数⒛X－－样品稀释倍数⒛

K－－常数⒚

1

2.5.3pH值的测定

1

用精密试纸⒉6.4～8.0⒕或pH计直接测定⒚

2.5.4谷氨酸GA的测定计算

GA％＝⒉⒉＜b－a＞±c⒕×KG×0．1×h⒕／V

式中⑶a－－反应前开口端读数即初始读数⒛b－－反应后开口端读数即末尾读数⒛c－－空白试验校正数⒛

KG－－反应瓶的谷氨酸常数⒛h－－样品稀释倍数⒛

V－－样品毫升数⒚

2结果与分析

2.1结果

1 A－－取样品量⒉毫升⒕⒚

.2.5.2光密度测定

OD＝KCL

式中⑶OD－－光密度也称消光度⒛

C－－溶液的浓度⒛

L－－溶液在光线方向上的厚度⒛

2.1.1摇瓶条件试验的结果⑶从表⒉Ⅰ⒕可知⑶经过连续五批的摇瓶条试对比⒙结果表明用纯生物素代玉米、糖蜜对菌体生长、产酸、并无太明显的差异⒙仅有OD值有些区别⒚

表Ⅰ摇瓶条件试验

批号瓶号 RG％ 零时OD OD净值 周期hr 种量％ GA％ 总尿％

*A *B A B A B A B A B A B A B

1 1 15.515.50.080.180.850.95 48 48 10 10 8.588.51 4.5 4.5

2 15.515.50.150.240.830.92

48

48

10

10

8.428.39 4.5

4.2

2 1 15.015.00.070.180.820.91

48

48

10

10

8.788.69 4.5

4.4

2 15.015.00.150.250.850.95

48

48

10

10

8.638.70 4.5

4.5

3 1 14.914.90.080.190.830.95

48

48

10

10

8.5386.2 4.5

4.5

2 14.914.90.180.270.870.96

48

48

10

10

8.628.39 4.4

4.5

4 1 14.814.80.060.140.870.94

48

48

10

10

8.518.71 4.5

4.5

2 14.814.80.150.230.800.97

48

48

10

10

8.488.47 4.2

4.5

5 1 15.215.20.090.170.840.95

48

48

10

10

8.938.90 4.5

4.5

2 15.215.20.160.240.810.90 48 48 10 10 8.80883.4.5 4.5

*A⑶表示加入纯生物素的摇瓶条件试验⒛B⑶表示玉米浆、糖蜜摇瓶条件试验⒚

2.1.2纯生物素用量试验⑶从表Ⅱ可知⑶在发酵配方除纯生物素用量变化外⒙其它不变的情况下产酸及转化率的结果是这样⑶纯生物素用量为2.5μg／l分别在20KL、30KL、50KL发酵罐中的产酸及转化率是⑶8.59％⒛53％⒚7.97％⒛50％⒚8.01％⒛51％⒚

2.1.3在发酵罐20KL、30KL、50KL分别用纯生

物素和玉米浆、糖蜜的对照试验结果表明⑶用纯生物素配制的培养基零时OD在0.1～0.2左右⒙净长OD在0.8～0.9⒙色泽淡色⒚用玉米、糖蜜配制的培养基零时在0.2～0.3⒙净长OD在0.9～10.0⒚色泽黄色至深黄色⒙见表Ⅲ

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表Ⅱ纯生物素用量试验 GA.转化率单位⑶％

罐容

20KL

30KL

50KL

用量

1.5μg／l

2.5μg／l

3.5μg／l

1.5μg／l 2.5μg／l 3.5μg／l 1.5μg／l 2.5μg／l 3.5μg／l

对照 GA 转化 GA 转化 GA 转化 GA 转化 GA 转化 GA 转化 GA 转化 GA 转化 GA 转化

1 7.0446.18.5053.1

7.5646.17.9450.07.9249.97.8550.27.544.08.2352.27.8546.7

2 7.0146.786.252.7

82.146.772.34607.7351.37.9348.17.6144.981.150.27.5946.1

3 7.0045.98.7153.2

7.8945.67.7049.08.5150.07.9554.17.6748.97.9051.58.0150.1

4 7.4944.98.3451.3

7.445.37.7849.28.0049.27.4750.27.347.28.0051.17.9246

5 7.0345.18.5953

7.0145.173.546.37.9950.17.3949.17.2850.07.9150.67.7449.4

6 6.9946.88.6854.9

7.0846.77.045.17.9150.67.2949.17.7145.77.9251.07.3345.9

7 7.0145.28.5155.6

7.4546.07.8149.48.0349.47.4548.97.4345.38.0150.77.9545.8

8 6.9845.18.5951.3

7.9147.876.149.17.9150.27.3748.87.8146.27.9951.17.8549.0

9 7.3845.38.5352.9

7.0746.37.2946.18.0049.56.9848.47.4745.78.0451.07.8749.1

10 7.0944.18.3853

6.8745.17.4546.78.0349.97.9950.37.2147.38.0250.67.8642.9

合计 7.1145.885.953

45.646.57.5247.67.9750.07.6949.67.4446.78.0151.17.8547.8

罐容

20KL

30KL

50KL

项目

OD

GA％

转化率％

OD

GA％

转化率％

OD

GA％

转化率％

对照

*A *B A B

A

B

A B

A B

A

B

A B

A B

A

B

表Ⅲ纯生物素和玉米浆、糖蜜对照试验

1

0.90217.887.9249.350.20.110.237.046.9546.146.10.120.287.857.8546.744.0

2

0.130.187.877.735348.10.150.237.016.9946.746.70.150.287.597.9346.144.9

3

0.120.258.318.5150.154.10.160.257.006.9845.645.90.140.238.017.9550.148.9

4

0.100.227.918.0049.550.20.130.247.497.5645.344.90.150.307.927.474647.2

5

0.110.237.787.918.949.10.120.247.037.1145.145.10.140.277.747.3949.450.0

6

0.130.247.937.9149.149.10.140.236.996.9846.746.80.130.237.337.2945.945.7

7

0.110.228.037.734848.90.160.247.017.6746.045.20.160.317.957.4545.845.3

8

0.100.197.947.8148.448.80.170.266.986.6347.845.10.150.277.857.3749.046.2

9

0.130.297.797.8048.148.40.130.307.386.8346.345.30.140.267.876.9849.145.7

10

0.120.217.588.0348.050.30.120.207.097.1945.144.10.120.227.867.9942.947.3

合计

0.110.227.827.8449.149.60.140.247.117.1346.545.80.140.247.857.6947.846.7

*A⑶加入纯生物素的试验⒛B⑶加入玉米、糖蜜的试验罐⒚

2.1.4经过试验结果表明⑶纯生物素代玉米浆、糖蜜是完全可以的⒚而且能有一定防污染的功效⒙所以能稳定产酸⒙提高经济效益⒚全年按5000吨产量算⑶可节约开支25.64万元⒛由于发酵液色泽浅⒛中和还降低活性炭的用量⒙从而全年可得2.75万元⒙因此⒙这一工艺不仅能创造直接经济效益还能创造间接经



济效益⒙而且它防污染⒙清洁环境⒙有一定的社会效益⒚

2.2讨论

2.2.1在谷氨酸发酵生产实践中⒙我们以纯生物素代玉米浆、糖蜜用于发酵生产⒙虽然有稳定生产⒛降

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低生产成本⒛减轻劳动力⒙清洁环境⒛提高经济效益的作用⒚但仍存在着因纯生物素多为进口由国内厂家分装⒙造成质量难以保证⒙影响我们发酵的产酸和转化率⒚一个新工艺的推出我们首先要制定一个合理可行工艺标准便于生产操作⒙而由于纯生物素来源复杂⒛质量难保证⒚致使我们对每批纯生物素都要做条件试验后⒙才能制定工艺标准执行操作⒙且