一种l?色氨酸的发酵工艺的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种L?色氨酸的发酵工艺，在L?色氨酸发酵培养基中添加2g/L的棉籽饼粉进行发酵；发酵过程在乙酸产量大于5g/L时进行循环过滤，分离后的发酵清液进入提取工序；提取后的浓缩菌液进入发酵罐后补加透析培养基后继续发酵即得；所述发酵工艺发酵L?色氨酸产酸周期延长20h，乙酸浓度维持在5g/L以下，单罐产量提高89％以上，转化率由17.0％提高至18.5％以上；由于发酵培养基中添加棉籽饼粉，未被菌体利用的棉籽壳粉在过滤中起到助滤作用，发酵液过滤速率由85mL/min提升至183mL/L。
【专利说明】
一种L-色氨酸的发酵工艺
技术领域
[0001]本发明涉及色氨酸生产领域，尤其是一种L-色氨酸的发酵工艺。
【背景技术】
[0002]L-色氨酸又名L-α-氨基-β-吲哚基丙氨酸，化学名L-2-氨基-3-吲哚基丙氨酸，是含有吲哚基的中性芳香族氨基酸，在人和动物体的新陈代谢中起着重要作用，是人和动物体内的8种必需氨基酸之一。L-色氨酸的物理性质是呈白色或略带黄色的叶片状结晶或粉末，无臭或微臭，有甜味，溶于热吡啶，微溶于乙醇不溶于氯仿与乙醚。L-色氨酸与水加热会有少量吲哚产生，在有Na0H、CuS04存在的条件下加热会有大量的吲哚产生。目前，L-色氨酸广泛的应用于医药、食品和饲料等方面。
[0003]在医药方面，L-色氨酸是合成5-羟基色胺、吲哚乙酸等激素和生理活性物质的前体物。色氨酸还对大脑功能活动的维持起着重要作用，当人体缺乏色氨酸时，会产生神经错乱的幻觉，应激反应降低，注意力与记忆力也相应减退。目前L-色氨酸已经作为药物来治疗癞皮病、精神分裂症。除此之外，L-色氨酸还具有促进人体睡眠，抗高血压以及镇痛等作用。
[0004]在食品方面，由于L-色氨酸可以和金属离子螯合，故其可以作为防腐剂防止蛋白质发生霉变反应。L-色氨酸与丙氨酸-色氨酸二肽等具有抗氧化功能的氨基酸联合应用具有更强的防腐作用。6-氯色氨酸是D-色氨酸的一个衍生物，其甜度是蔗糖甜度的1300倍，故色氨酸也可以作为非营养性的甜味剂，被肥胖症、高血压和糖尿病患者服用。另外，由于植物蛋白中比较缺乏色氨酸，用色氨酸强化食品与饲料可以明显的提高植物蛋白的利用率。
[0005]在饲料方面，目前为止，L-色氨酸被确认为六种饲料添加氨基酸之一，成为继赖氨酸及蛋氨酸之后的第三类饲料添加氨基酸。色氨酸可以提高动物体蛋白质的合成率，并且可以转化为尼克酰胺促进动物体的生长。并且L-色氨酸可以提高动物体内γ -球蛋白的合成量，提高动物体的抗病能力。L-色氨酸对动物的行为也会产生一定的影响，在饲料中添加一定量的色氨酸可以显著地降低动物的攻击行为，减少应激反应的发生。
[0006]目前为止，L-色氨酸的生产方法有酶法、微生物转化法和微生物发酵法。但是由于酶法合成色氨酸的过程中，酶的需要量大且易失活，并且酶的价格昂贵，在工业生产上存在很大的弊端。微生物转化法中所需的前体物质本身就对微生物的生长起到了抑制作用，在工业生产中也受到了极大地限制。而微生物发酵法有产酸高、成本低、质量好等独特的优势，成为大规模生产色氨酸的首选技术。
[0007]微生物发酵法生产色氨酸的过程中，为了提高L-色氨酸的产量，主要采用优化培养基及添加培养物的方式。黄建民等人通过添加丙酮酸钠来提高色氨酸的产量(专利号ZL201310692893.6)。李荣杰等人通过添加壬基酚聚氧乙烯醚-1O(OP-1O)提高色氨酸产量(专利号ZL 201110034187.3)。然而，采用添加培养物及优化培养基的方式来提高色氨酸的产量，不能够解决发酵中后期乙酸积累抑制产酸的现象，并且添加营养物使发酵液的成分变得更为复杂，给后期的分离提取过程造成了一定的困难。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题在于提供一种L-色氨酸的发酵工艺，有效解决了 L-色氨酸发酵中后期乙酸积累过多抑制发酵产酸的问题。
[0009 ]为解决上述技术问题，本发明的技术方案是:
[0010]一种L-色氨酸的发酵工艺，具体步骤如下:
[0011](I)在L-色氨酸发酵培养基中添加2g/L的棉籽饼粉进行发酵；
[0012](2)发酵过程在乙酸产量接近或大于5g/L时进行循环过滤，分离后的发酵清液进入提取工序；
[0013](3)过滤菌液经过循环浓缩，进入发酵罐，补加透析培养基后继续发酵。
[0014]优选的，上述L-色氨酸的发酵工艺，所述L-色氨酸发酵培养基为葡萄糖1.5%，磷酸氢二钾4.2 %，柠檬酸0.1%,酵母粉0.15%,硫酸镁0.1%,硫酸锰0.001%,硫酸亚铁
0.005%，其余为自来水。
[0015]优选的，上述L-色氨酸的发酵工艺，所述透析培养基为磷酸氢二钾1.5%，柠檬酸
0.5%,酵母粉0.05 %，硫酸镁0.4 %，其余为自来水。
[0016]优选的，上述L-色氨酸的发酵工艺，所述棉籽饼粉为100目的棉籽饼粉，作为菌体生长所需氮源，并在过滤过程起到助滤作用，提高过滤速率。
[0017]优选的，上述L-色氨酸的发酵工艺，所述进行循环过滤的过滤装置包括发酵罐、气液分离器、栗体、膜分离设备和储罐，所述发酵罐出料口与气液分离器的物料入口相连通，所述气液分离器的液体出口通过栗体与膜分离设备连通，所述膜分离设备分别与储罐和发酵罐连通，所述膜分离设备内部设有耐高温高压陶瓷膜，所述气液分离器的气体出口通过长管连接空气过滤膜。
[0018]优选的，上述L-色氨酸的发酵工艺，所述过滤装置的具体操作过程如下:
[0019](I)过滤装置利用0.1MPa蒸汽进行连续灭菌Ih，灭菌之后利用无菌空气保持正压；
[0020](2)在发酵罐中进行L-色氨酸的发酵，发酵培养基中需添加2g/L棉籽饼粉，待发酵至乙酸浓度接近或大于5g/L时过滤装置进行膜过滤透析；
[0021](3)过滤过程浓缩液(菌体)直接返回原发酵罐内，过滤菌液体积浓缩至初始发酵液体积的15 %时停止过滤，利用无菌空气把膜分离设备内的发酵液压入发酵罐；
[0022](4)把灭菌后并冷却的透析培养基加入发酵罐内，加入量按照浓缩菌液体积的6倍加入发酵罐，继续进行发酵，当发酵液内乙酸浓度接近5g/L时停止发酵，重复上述步骤进行过滤透析，之后进行第三次发酵(一共进行三次发酵)。
[0023]本发明结构有如下有益效果:
[0024]上述L-色氨酸的发酵工艺，具有如下技术效果:
[0025]1.发酵培养基内加入棉籽饼粉，不仅作为菌体生长的氮源，含有的棉籽壳粉在膜过滤时起到助滤的作用，使过滤速率大幅度提高；
[0026]2.发酵罐与膜分离装置相连接，在边发酵过程可随时开启无菌过滤，浓缩的菌液继续发酵；
[0027]3.本发明在发酵中期进行过滤透析，将发酵液内含有的色氨酸、乙酸过滤除去，解除了色氨酸、乙酸对菌体产生的抑制作用；
[0028]4.本发明延长了 L-色氨酸发酵产酸周期，提高了糖酸转化率。
【附图说明】
[0029]图1是本发明所述L-色氨酸的发酵工艺的结构示意图。
[0030]图中:1-发酵罐2-气液分离器3-空气过滤膜4-变速调节栗5-膜分离设备6_储罐
【具体实施方式】
[0031]为进一步说明本发明，现配合附图进行详细阐述:
[0032]实施例1
[0033]—种L-色氨酸的发酵工艺，具体步骤如下:
[0034](I)如图1所示，组装过滤装置，所述过滤装置包括30L发酵罐1、气液分离器2、变速调节栗4、膜分离设备5和储罐6，所述发酵罐出料口与气液分离器(可以选择旋风气液分离器)的物料入口相连通，所述气液分离器的气体出口通过长管连接耐高温空气过滤膜3，所述气液分离器的底部为与水平面呈60°夹角的倒三角锥结构，其液体出口位于锥底处，所述液体出口通过变速调节栗与膜分离设备连通，所述膜分离设备分别与储罐和发酵罐连通，所述膜分离设备内部设有耐高温高压陶瓷膜，各部件连接完毕之后进行消毒灭菌。
[0035](2)发酵培养基中添加2g/L棉籽饼粉(S卩IL发酵培养基中添加2g棉籽饼粉)，在经步骤(I)灭菌后的发酵罐内进行色氨酸发酵，膜分离设备利用无菌空气保持正压状态;发酵2Ih测定L-色氨酸产量为31.6g/L，乙酸产量为5.2g/L，此时乙酸对L-发酵产生较强的抑制，开启膜分离设备进行过滤，陶瓷膜过滤面积为0.12m2 ο
[0036](3)过滤过程菌体浓缩液返回发酵罐内，初始发酵液体积为20.6L，滤出液体积为17.2L，加入5L无菌水继续过滤透析，滤出液体积为5.1L，平均过滤速率为185mL/mi η，过滤结束后利用无菌空气把管道内及膜内发酵液压入发酵罐，然后向发酵罐内加入12L透析培养基，继续进行第二次发酵培养。
[0037](4)发酵过程流加70%的葡萄糖溶液，流加糖速率控制在每小时每升发酵液加入10-12g葡萄糖，发酵每小时监测乙酸和L-色氨酸，当乙酸浓度接近5.0g/L时，再次进行过滤。
[0038](5)第二次发酵19h，乙酸浓度为4.7g/L，色氨酸产量达到29.6g/L，停止第二次发酵，然后进行透析过滤。重复(3)和(4)步，进行第三次发酵培养，18h结束发酵。发酵总产酸1.85kg，单罐产酸比分批发酵提高89.9%,糖酸转化率为18.5%，提高6.9%。
[0039]上述L-色氨酸的发酵培养基为葡萄糖1.5%，磷酸氢二钾4.2%，柠檬酸0.1%，酵母粉0.15%,硫酸镁0.1%,硫酸锰0.001%,硫酸亚铁0.005%,其余为自来水;透析培养基为磷酸氢二钾1.5%,柠檬酸0.5%,酵母粉0.05%,硫酸镁0.4%,其余为自来水。
[0040]可见，整个发酵过程中，发酵L-色氨酸产酸周期延长20h以上，乙酸浓度维持在5g/L左右，单罐产量提高89%以上，转化率由17.0%提高至18.5%以上；由于发酵培养基中添加棉籽饼粉，未被菌体利用的棉籽壳粉在过滤中起到助滤作用，发酵液过滤速率由85mL/miη提升至183mL/L。
[0041]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种L-色氨酸的发酵工艺，其特征在于:具体步骤如下: (1)在L-色氨酸发酵培养基中添加2g/L的棉籽饼粉进行发酵； (2)发酵过程在乙酸产量接近或大于5g/L时进行循环过滤，分离后的发酵清液进入提取工序； (3)过滤菌液经过循环浓缩，进入发酵罐，补加透析培养基后继续发酵。2.根据权利要求1所述的L-色氨酸的发酵工艺，其特征在于:所述L-色氨酸发酵培养基为葡萄糖1.5 %，磷酸氢二钾4.2%,柠檬酸0.1%,酵母粉0.15%,硫酸镁0.1%,硫酸锰.0.001%,硫酸亚铁0.005%,其余为自来水。3.根据权利要求1所述的L-色氨酸的发酵工艺，其特征在于:所述透析培养基为磷酸氢二钾1.5 %，柠檬酸0.5%,酵母粉0.05%,硫酸镁0.4%,其余为自来水。4.根据权利要求1所述的L-色氨酸的发酵工艺，其特征在于:所述棉籽饼粉为100目的棉籽饼粉。5.根据权利要求1所述的L-色氨酸的发酵工艺，其特征在于:所述进行循环过滤的过滤装置包括发酵罐、气液分离器、栗体、膜分离设备和储罐，所述发酵罐出料口与气液分离器的物料入口相连通，所述气液分离器的液体出口通过栗体与膜分离设备连通，所述膜分离设备分别与储罐和发酵罐连通，所述膜分离设备内部设有耐高温高压陶瓷膜，所述气液分离器的气体出口通过长管连接空气过滤膜。6.根据权利要求5所述的L-色氨酸的发酵工艺，其特征在于:所述过滤装置的具体操作过程如下: (1)过滤装置利用0.1MPa蒸汽进行连续灭菌Ih，灭菌之后利用无菌空气保持正压； (2)在发酵罐中进行L-色氨酸的发酵，发酵培养基中需添加2g/L棉籽饼粉，待发酵至乙酸浓度接近或大于5g/L时过滤装置进行膜过滤透析； (3)过滤过程浓缩液直接返回原发酵罐内，过滤菌液体积浓缩至初始发酵液体积的.15 %时停止过滤，利用无菌空气把膜分离设备内的发酵液压入发酵罐； (4)把灭菌后并冷却的透析培养基加入发酵罐内，加入量按照浓缩菌液体积的6倍加入发酵罐，继续进行发酵，当发酵液内乙酸浓度接近5g/L时停止发酵，重复上述步骤进行过滤透析，之后进行第三次发酵。
【文档编号】C12P13/22GK106086101SQ201610712487
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月24日
【发明人】陈宁, 徐庆阳, 刘镇瑜, 谢希贤, 杨梦晨, 张成林, 李燕军, 范晓光
【申请人】天津科技大学