一種谷氨酸發(fā)酵工藝的制作方法

本發(fā)明涉及谷氨酸生產(chǎn)領(lǐng)域，尤其是一種谷氨酸發(fā)酵工藝。

背景技術(shù)：

l-谷氨酸，化學(xué)名稱是α-氨基戊二酸，分子式是c5h9no4，因分子內(nèi)含有兩個羧基，故是酸性氨基酸。在自然界中，l-谷氨酸廣泛存在于谷類植物蛋白和動物大腦中。l-谷氨酸等電點(diǎn)pi＝3.22，為無色顆粒狀、片狀或針狀晶體，有鮮味，微溶于水。l-谷氨酸下游產(chǎn)品l-谷氨酸-鈉鹽，也就是日常所說的味精，因?yàn)榫哂絮r味而廣泛應(yīng)用于食品烹飪中。

l-谷氨酸的生產(chǎn)有近150年的生產(chǎn)歷史，1866年，首先由德國人h.riffhausen博士利用硫酸水解法水解面筋制得。1957年，木下首次利用l-谷氨酸棒狀桿菌以淀粉、糖蜜為原料進(jìn)行發(fā)酵法生產(chǎn)l-谷氨酸，開創(chuàng)了l-谷氨酸發(fā)酵法生產(chǎn)的先河。1957年，國內(nèi)組織有關(guān)高校、科研院所和企事業(yè)單位，開始對l-谷氨酸生產(chǎn)菌的選育工作，并在1965年上海天廚味精廠進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，順利完成發(fā)酵法生產(chǎn)味精。

20世紀(jì)70、80年代，由甜菜糖蜜發(fā)酵生產(chǎn)l-谷氨酸投入生產(chǎn)，產(chǎn)酸率約7％，轉(zhuǎn)化率達(dá)50％以上。隨著生產(chǎn)工藝和裝備的改進(jìn)，l-谷氨酸發(fā)酵技術(shù)水平也在提高，如今國內(nèi)發(fā)酵法生產(chǎn)味精的工藝水平也越來越高，有力推動中國味精行業(yè)發(fā)展。其中利用“亞適量”和“溫敏”法發(fā)酵的l-谷氨酸產(chǎn)量已分別達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

2016年中國味精產(chǎn)量達(dá)到270萬噸，穩(wěn)居世界第一，并保持每年約10％的增長。另外，l-谷氨酸不僅僅是味精的前體物質(zhì)，也是很多化工產(chǎn)品的中間體，未來市場空間很大，預(yù)計(jì)到2020年全球的l-谷氨酸產(chǎn)量可以達(dá)到320萬噸。

微生物發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸的過程中，為了提高谷氨酸的產(chǎn)量，主要采用優(yōu)化培養(yǎng)基及添加培養(yǎng)物的方式。然而，采用添加培養(yǎng)物及優(yōu)化培養(yǎng)基的方式來提高谷氨酸的產(chǎn)量，并不能大幅度提谷氨酸產(chǎn)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種谷氨酸發(fā)酵工藝。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種谷氨酸發(fā)酵工藝，具體步驟如下：

(1)當(dāng)發(fā)酵罐中谷氨酸的產(chǎn)量達(dá)到或超過100g/l時(shí)，利用孔徑30-50nm的陶瓷膜進(jìn)行透析過濾，分離后的發(fā)酵清液中的谷氨酸采取濃縮連續(xù)等電結(jié)晶工藝進(jìn)行提?。?/p>

(2)透析后的濃縮菌液打入發(fā)酵罐，補(bǔ)加透析發(fā)酵培養(yǎng)基后繼續(xù)發(fā)酵；

(3)重復(fù)步驟(1)和(2)進(jìn)行再次發(fā)酵，直到菌體產(chǎn)酸速率小于4g/(l·h)時(shí)停止發(fā)酵。

優(yōu)選的，上述谷氨酸的發(fā)酵工藝，所述步驟(1)中谷氨酸在發(fā)酵罐中初始發(fā)酵所用的谷氨酸發(fā)酵培養(yǎng)基為葡萄糖1.0％，十二水和磷酸氫二鈉0.283％，氯化鉀0.133％，vb10.233mg/l，硫酸錳2.33mg/l，硫酸亞鐵2.33mg/l，七水合硫酸鎂0.183％，糖蜜0.11％，豆?jié)?0ml/l,玉米漿40ml/l，其余為自來水。

優(yōu)選的，上述谷氨酸的發(fā)酵工藝，所述透析發(fā)酵培養(yǎng)基為磷酸二氫鉀0.01％，氯化鉀0.1％，vb10.1mg/l，硫酸錳1mg/l，硫酸亞鐵1mg/l，七水合硫酸鎂0.03％，蛋氨酸1g/l，豆?jié)?ml/l，其余為自來水。

優(yōu)選的，上述谷氨酸的發(fā)酵工藝，所述步驟(3)中發(fā)酵過程流加80％葡萄糖溶液，流加糖速率控制在每小時(shí)每升發(fā)酵液加入10-15g葡萄糖。

優(yōu)選的，上述谷氨酸的發(fā)酵工藝，所采用的發(fā)酵裝置包括發(fā)酵罐、離心泵和陶瓷膜，所述發(fā)酵罐底部取料口與離心泵進(jìn)料口管路連接，所述離心泵出料口與陶瓷膜底部管路連接，所述陶瓷膜頂部分別與發(fā)酵罐入料口和離心泵進(jìn)料口管路連接，所述離心泵和陶瓷膜之間形成內(nèi)循環(huán)(內(nèi)循環(huán)是指所述離心泵出料口與陶瓷膜底部管路連接，所述陶瓷膜頂部與離心泵進(jìn)料口管路連接形成的循環(huán))。

優(yōu)選的，上述谷氨酸的發(fā)酵工藝，所述發(fā)酵裝置中所述陶瓷膜具有耐高溫高壓特性。

優(yōu)選的，上述谷氨酸的發(fā)酵工藝，所述發(fā)酵裝置中所述陶瓷膜為孔徑為30-50nm的陶瓷管式膜。

優(yōu)選的，上述谷氨酸的發(fā)酵工藝，所采用的發(fā)酵裝置具體操作過程如下：

(1)對發(fā)酵罐利用0.1mpa蒸汽進(jìn)行連續(xù)滅菌處理1.0h，滅菌之后利用無菌空氣保持正壓；

(2)初始發(fā)酵液在發(fā)酵罐中進(jìn)行谷氨酸發(fā)酵，待發(fā)酵至谷氨酸濃度達(dá)到或超過100g/l時(shí)，通過離心泵將發(fā)酵液打入陶瓷膜進(jìn)行透析；

(3)透析過程加入初始發(fā)酵液體積20％的無菌水利用陶瓷膜進(jìn)行過濾透析；

(4)把滅菌后并冷卻的透析發(fā)酵培養(yǎng)基加入發(fā)酵罐內(nèi)，加入量按照濃縮菌液體積的6倍加入發(fā)酵罐，繼續(xù)進(jìn)行發(fā)酵；

(5)重復(fù)上述步驟進(jìn)行再次透析發(fā)酵，直到菌體產(chǎn)酸速率小于4g/(l·h)時(shí)停止發(fā)酵。

優(yōu)選的，上述發(fā)酵裝置，所述具體操作過程步驟(3)中透析后濃縮液體積約為發(fā)酵液初始體積的15％。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)有如下有益效果：

上述谷氨酸發(fā)酵工藝，與傳統(tǒng)工藝相比，利用發(fā)酵罐和膜偶聯(lián)技術(shù)在發(fā)酵一定階段后進(jìn)行過濾透析，將發(fā)酵液中的谷氨酸及時(shí)分離，解除了菌外高濃度谷氨酸產(chǎn)生的滲透壓對菌體分泌谷氨酸的抑制；同時(shí)使得菌內(nèi)積累的高濃度谷氨酸能夠及時(shí)分泌出去，解除了發(fā)酵液中高濃度谷氨酸的反饋調(diào)節(jié)作用；通過采用特定的培養(yǎng)基配方進(jìn)行再次發(fā)酵，進(jìn)一步提高了菌體利用效率和糖酸轉(zhuǎn)化率；另外，在發(fā)酵一定階段后進(jìn)行過濾透析可及時(shí)分離發(fā)酵液中的有毒害副產(chǎn)物，減小了對菌體產(chǎn)酸抑制；本發(fā)明所述發(fā)酵工藝通過透析發(fā)酵實(shí)現(xiàn)了菌體的再利用，延長了谷氨酸發(fā)酵產(chǎn)酸周期，提高了菌體利用率，提高了糖酸轉(zhuǎn)化率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述谷氨酸的發(fā)酵工藝結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-發(fā)酵罐2-離心泵3-陶瓷膜

具體實(shí)施方式

為進(jìn)一步說明本發(fā)明，現(xiàn)通過具體實(shí)施實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。

實(shí)施例1

如圖1所示，一種發(fā)酵裝置，包括30l發(fā)酵罐1、立式多級離心泵2和陶瓷膜3，所述發(fā)酵罐出料口與立式多級離心泵進(jìn)料口管路連通，所述立式多級離心泵通過管道連接耐高溫高壓的陶瓷膜底部，所述陶瓷膜頂部分別與發(fā)酵罐入料口和立式多級離心泵進(jìn)料口管路連通，所述立式多級離心泵與陶瓷膜形成內(nèi)循環(huán)，各部件連接完畢之后進(jìn)行滅菌處理。

實(shí)施例2

一種谷氨酸透析發(fā)酵工藝，具體步驟如下：

(1)如圖1所示，組裝發(fā)酵裝置，結(jié)構(gòu)參見實(shí)施例1。

(2)初始發(fā)酵液在滅菌后的發(fā)酵罐中進(jìn)行谷氨酸發(fā)酵，發(fā)酵裝置用無菌空氣保持正壓狀態(tài)；發(fā)酵15h測定谷氨酸產(chǎn)量為106g/l，此時(shí)谷氨酸的濃度對菌體繼續(xù)發(fā)酵產(chǎn)酸產(chǎn)生較強(qiáng)的抑制，此時(shí)，開啟陶瓷膜系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)酵液的透析，陶瓷膜過濾面積為0.2m²。

(3)透析后的菌體濃縮液返回發(fā)酵罐內(nèi)，初始發(fā)酵液體積為16.5l，過濾透析后的濾出液體積為14l，此時(shí)往發(fā)酵罐內(nèi)再加入5l無菌水繼續(xù)進(jìn)行過濾透析，再次過濾濾出液體積為5l，然后把管道內(nèi)及陶瓷膜內(nèi)的濃縮發(fā)酵液打入發(fā)酵罐中，最后向發(fā)酵罐內(nèi)加入12l透析發(fā)酵培養(yǎng)基，繼續(xù)進(jìn)行第二次發(fā)酵。

(4)發(fā)酵過程流加80％的葡萄糖溶液，流加糖速率控制在每小時(shí)每升發(fā)酵液加入10-15g葡萄糖，發(fā)酵每小時(shí)監(jiān)測谷氨酸產(chǎn)量，發(fā)酵18h，谷氨酸濃度達(dá)到101g/l時(shí)，再次進(jìn)行透析。

(5)透析過濾后，重復(fù)(3)和(4)步，進(jìn)行第三次發(fā)酵培養(yǎng)，19h后結(jié)束發(fā)酵。發(fā)酵總產(chǎn)酸4.89kg，單罐產(chǎn)酸比分批發(fā)酵提高115.2％，糖酸轉(zhuǎn)化率為69.8％，提高5.3％。

采用一次普通發(fā)酵周期為32h，產(chǎn)酸濃度142g/l，糖酸轉(zhuǎn)化率為66.3％?？梢?，采用透析發(fā)酵，谷氨酸的產(chǎn)酸周期延長20h，單罐產(chǎn)量提高115.2％以上，轉(zhuǎn)化率由66.3％提高至69.8％以上。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。