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以小麦糖浆与玉米糖浆为碳源在赖氨酸发酵生产中的应用
2023-01-16 15:10:07 ℃李朝波,翟秀超,王鹏飞,蒋 微
无锡中粮工程科技有限公司 (无锡 214035)
赖氨酸是人类和动物必需氨基酸之一,可作为食品和饲料的添加剂,强化食品和饲料的营养,是世界上仅次于味精的第二大氨基酸产业。我国赖氨酸市场经过十余年的飞速发展,已成为世界上赖氨酸生产、消费第一大国[1]。目前,L-赖氨酸的生产方法多为微生物发酵法,在我国L-赖氨酸生产主要是以玉米为原料,经过湿磨制成淀粉乳,然后再制成葡萄糖作为微生物发酵的碳源。由于我国的玉米价格比小麦价格便宜,而且玉米比小麦的生产成本低,所以在我国以小麦为原料生产葡萄糖并以此作为L-赖氨酸发酵的碳源更是少之又少。反之由于俄罗斯、白俄罗斯等国家独特的地理气候,加上机械化程度高,种植成本低,使得小麦淀粉在此地区的生产优势非常明显。本试验以玉米糖浆和小麦糖浆为原料,采用同等工艺和方法生产L-赖氨酸,对比在发酵产酸上的差异,希望能够在以后设计过程中得以借鉴。
1.1 材料
1.1.1菌种
L-赖氨酸生产菌,Corynebacterium glutamicum JULY1801菌株。
1.1.2主要原材料
(1)玉米葡萄糖浆:DE值98.6%;
浓度58%;
澄清度90%;
pH值4.5。
(2)小麦葡萄糖浆:DE值98.4% ;
浓度58%;
澄清度88% ;
pH值4.6。
1.1.3设备与仪器
5 m3一级种子罐;
55 m3二级种子罐;
500 m3发酵罐;
721型分光光度计,上海菁华科技仪器有限公司;
M100型生物传感分析仪,深圳市西尔曼科技有限公司;
E-10型铵离子分析仪,深圳市西尔曼科技有限公司等。
1.2 方法
1.2.1培养
分别采用玉米糖浆、小麦糖浆为原料,各生产3批赖氨酸发酵液,进行对比试验。
(1)种子培养
将一级种子按5%接种量接入二级种子罐中,初始装液量40 m3。用液氨调节pH值至7.0,pH值范围6.9~7.0;
初始通风量500 m3/h进行培养,若溶氧还不足,再提二级种子罐风量,风压0.08~0.10 MPa;
待种子培养液OD562值在0.8左右时,全部量接入发酵罐中。
(2)发酵培养
将二级种子罐内种子液接入到500 m3发酵罐中,初始装液量180 m3。pH值通过流加液氨控制在6.9~7.0;
初始通气量为3 000 m3/h,根据产酸、OD、DO等因素提发酵罐风量,风压0.08~0.10 MPa;
培养温度37 ℃。当残糖和AN降至一定值时,将葡萄糖和硫酸铵溶液流加到发酵罐中;
并以泡敌消泡防止泡沫外逃[2]。
1.2.2测定方法
菌体含量的测定,以OD值表示,发酵液稀释50倍后,用721分光光度计在波长562 nm下测量吸光度;
残糖含量的测定,采用生物传感分析仪;
氨氮含量的测定,采用铵离子分析仪;
L-赖氨酸含量的测定,采用生物传感分析仪;
溶氧的测定,采用溶氧电极[3]。
2.1 不同碳源对L- 赖氨酸发酵产酸的影响
以玉米糖浆和小麦糖浆为碳源分别发酵3批,取具有代表性的一批进行比较,测定结果见表1、表2。
表1 玉米糖浆对 L- 赖氨酸发酵产酸的影响
表2 小麦糖浆对 L- 赖氨酸发酵产酸的影响
由表1、表2可知,以玉米糖浆和小麦糖浆为碳源,在L-赖氨酸产酸上有差异。
2.2 不同碳源对 L-赖氨酸发酵OD值的影响
分别选取玉米糖浆和小麦糖浆作为L-赖氨酸发酵碳源,通过流加糖浆进行发酵,发酵罐培养42 h。
2.2.1不同碳源对 L- 赖氨酸发酵菌体生长的影响
由图1可以看出,不同碳源对L-赖氨酸生产菌的生长影响不大。两种不同碳源,在对数生长期的时间段基本一致, 即均在12 h前期以玉米糖浆为碳源的菌体活跃,但在12~36 h之间,以小麦糖浆为碳源的菌体生长速度较快,主要原因是小麦糖浆的成分复杂,菌体获取了一些营养物质导致在中期大量繁殖。
图1 不同碳源对 L- 赖氨酸发酵菌体生长的影响
2.2.2不同糖浆对 L- 赖氨酸发酵产酸的影响
由图2可以看出,不同糖浆对L-赖氨酸产酸的影响有差异。在0~36 h期间,以玉米糖浆和小麦糖浆为碳源进行发酵,产酸量基本相差不大,但是到了36 h之后,玉米糖浆的产酸量略大于小麦糖浆的产酸量。
图2 不同糖浆对 L- 赖氨酸发酵产酸的影响
影响L-赖氨酸发酵指标的因素有很多,如菌种、培养基配方、培养条件、发酵过程控制等。为具有可比性,本试验除了糖浆不一样外,其它均选择同等的条件进行培养发酵,随着发酵时间的增加,玉米糖浆的产酸量会略有优势。在发酵时间为42 h时,玉米糖浆作为L-赖氨酸发酵的碳源比小麦糖浆在产酸上要高出20 g/L左右,而且相对应的转化率也较高。
试验数据表明:由于小麦糖浆中成分复杂,含有的脂肪和一些不可见成分比较多,导致在发酵过程中不仅容易产生泡沫,还会影响赖氨酸的产酸。在发酵时间为36~42 h时,小麦糖浆与玉米糖浆的产酸相差10~20 g/L左右。所以在设计的时候要充分考虑这一因素,不能单从糖浆主体指标符合要求来判断。
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