一种提高发酵生产L-苏氨酸产率的方法

摘要

本发明公开了一种提高发酵生产L-苏氨酸产率的方法。其包括有如下步骤：采用大肠杆菌基因工程菌经摇瓶培养、种子罐扩大培养、发酵罐培养获得L-苏氨酸。发酵培养过程中：使用纯氧代替部分压缩空气为苏氨酸发酵提供无菌空气，通过流加液氨控制pH为7.0-7.2，通过流加质量浓度为600g/L-800g/L的葡萄糖液将残糖浓度控制在0.1％-0.5％。本发明在不增加任何额外设备和人力投入的情况下，通过阶段性添加纯氧替代部分压缩空气，提高了发酵过程溶氧水平，大幅提高了L-苏氨酸的产率和转化率，整个工艺过程操作简便，生产成本较低，十分适合于工业化生产。

说明书

技术领域

本发明属于工业发酵生产氨基酸技术领域，具体涉及一种提高发酵生产L-苏氨酸产率的方法。

背景技术

在人体和动物所需的八种必需氨基酸中，苏氨酸是仅次于蛋氨酸、赖氨酸、色氨酸的第四种氨基酸，被广泛应用于食品业、饲养业、以及医药行业。苏氨酸的生产方法主要有化学合成法、蛋白质水解法和微生物发酵法3种。随着基因工程技术的发展、工业微生物生物学信息的增多、特别是工业生物载体系统的成构建，从上世纪70年代末起前苏联研究者开始基因工程技术构建苏氨酸菌种，为优良的L-苏氨酸生产菌株的筛选和产酸水平的提高提供可靠的技术保障，使微生物直接发酵法生产L-苏氨酸成为一种廉价的工业化生产方法。

微生物发酵生产苏氨酸属于耗氧型发酵，发酵过程中用氧量需求较大。发酵过程中溶氧水平偏低菌体会代谢产生副产物乙酸，从而抑制积累终产物苏氨酸。所以发酵过程中溶解氧控制的多少直接影响产酸水平和转化率的高低。但氧在发酵液中溶解度很低，因此溶氧成为发酵生产L-苏氨酸的关键因素。

部分生产企业单纯通过提高培养过程通风比，增加通气量以求增加溶解氧，效果并不明显。现在新建的企业采用先进的通风搅拌装置，改进发酵罐的径高比，增加通气量、增加搅拌功率等措施提高培养过程溶解氧水平，达到提高发酵生产苏氨酸水平的目的。通过以上措施虽然能一定程度的提高溶氧水平，但是存在设备投资和生产运行成本高的缺点。

发明内容

本发明在上述背景技术的基础上，进行了自主研发，发明了一种提高发酵生产L-苏氨酸产率的方法。本发明在不增加任何额外设备和人力投入的情况下，通过阶段性添加纯氧替代部分压缩空气，提高了发酵过程溶氧水平，大幅提高了L-苏氨酸的产率和转化率，整个工艺过程操作简便，生产成本较低，十分适合于工业化生产。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种提高发酵生产L-苏氨酸产率的方法，其包括有如下步骤：采用大肠杆菌基因工程菌经摇瓶培养、种子罐扩大培养、发酵罐培养获得L-苏氨酸，在所述发酵罐培养步骤中，使用纯氧代替部分压缩空气为发酵过程提供无菌空气，通过调节纯氧通入比例将相对溶氧水平控制在20％-40％，通过流加液氨控制pH为7.0-7.2，并通过流加为600g/L-800g/L的葡萄糖液将残糖浓度控制在质量浓度0.1％-0.5％。

本发明原理是纯氧代替部分压缩空气为苏氨酸发酵提供无菌空气，发酵过程中，通过调节纯氧通入比例将发酵过程溶氧控制在20％-40％，提高了发酵过程的溶氧水平，促进L-苏氨酸菌体生长，提高了菌体酶活力，从而有效提高了L-苏氨酸产率。

本发明的优点在于：解决了现有发酵法生产苏氨酸过程溶氧不足、产酸量较低、糖酸转化率低、成本较高等问题，采用本方法不需额外增加通气量和搅拌功率，普通的发酵罐就能保障良好的溶氧水平，大幅提高了L-苏氨酸的产率(110g/L以上)和转化率(55％以上)，整个工艺过程操作简便，生产成本较低，十分适合于工业化生产。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面通过实施实例对本发明做进一步说明，所举实施例并不限制本发明的保护范围：

实施例1：一种提高发酵生产L-苏氨酸产率的方法，其包括有如下步骤：

采用的菌种为大肠杆菌基因工程菌，培养基为普遍采用的培养基。培养方法如下：将菌种接入种子培养基中，控制温度37℃和溶氧20％的条件下在10L种子罐培养10h至对数生长期，按10％的接种量接入100L发酵罐中进行发酵培养。发酵过程温度控制37℃，通过调节纯氧通入比例控制过程相对溶氧水平在20％-30％，通过流加液氨控制发酵液pH7.0-7.2，通过流加适量泡敌消泡，并通过流加质量浓度为800g/L的液体葡萄糖溶氧控制残糖质量浓度0.1％-0.3％，发酵培养至36h结束。

放罐时L-苏氨酸的产率为120g/L，糖酸转化率为58％，分别比采用压缩空气控制溶氧时(L-苏氨酸的产率为105g/L，糖酸转化率为50％)提高了14.3％和16.0％。

实施例2：一种提高发酵生产L-苏氨酸产率的方法，其包括有如下步骤：

采用的菌种为大肠杆菌基因工程菌，培养基为普遍采用的培养基。培养方法如下：将菌种接入种子培养基中，控制温度37℃和溶氧20％的条件下在15m³种子罐培养12h至对数生长期，按10％的接种量接入150m3发酵罐中进行发酵培养。发酵过程温度控制37℃，通过调节纯氧通入比例控制过程相对溶氧水平在25％-35％，通过流加液氨控制发酵液pH7.0-7.2，通过流加适量泡敌消泡，并通过流加质量浓度为600g/L的液体葡萄糖溶氧控制残糖质量浓度0.1％-0.5％，发酵培养至36h结束。

放罐时L-苏氨酸的产率为115g/L，糖酸转化率为55％，分别比采用压缩空气控制溶氧时(L-苏氨酸的产率为100g/L，糖酸转化率为45％)提高了15.0％和22.2％。

实施例3：一种提高发酵生产L-苏氨酸产率的方法，其包括有如下步骤：采用的菌种为大肠杆菌基因工程菌，培养基为普遍采用的培养基。配方方法如下：将菌种接入种子培养基中，控制温度37℃和溶氧20％的条件下在15m3种子罐培养12h至对数生长期，按10％的接种量接入150m3发酵罐中进行发酵培养。发酵过程温度控制37℃，通过调节纯氧通入比例控制过程相对溶氧水平在30％-40％，通过流加液氨控制发酵液pH7.0-7.2，通过流加适量泡敌消泡，并通过流加质量浓度为700g/L的液体葡萄糖溶氧控制残糖质量浓度0.1％-0.3％，发酵培养至38h结束。

放罐时L-苏氨酸的产率为118g/L，糖酸转化率为57％，分别比采用压缩空气控制溶氧时(L-苏氨酸的产率为100g/L，糖酸转化率为45％)提高了18.0％和26.6％。