[发明专利]惰性载体固态发酵法生产γ-聚谷氨酸的方法

说明书

技术领域

本发明属于发酵工程技术领域，具体涉及一种将惰性载体应用到地衣芽孢杆菌固态发酵生产γ-聚谷氨酸的培养方法。

背景技术

γ-聚谷氨酸[γ-poly(glutamic acid)，γ-PGA]，是由L-谷氨酸[L-Glu]、D-谷氨酸[D-Glu]通过γ-酰胺键结合形成的一种高分子氨基酸聚合物，γ-聚谷氨酸作为一种高分子聚合物，具有一些独特的物理、化学和生物学特性，如生物可降解性、良好生物相容性、强保水性、对人体无毒害等特性。这些特性决定了γ-聚谷氨酸在农业、食品、医药、环保、化妆品工业、烟草、皮革制造工业和植物种子保护等领域的广泛用途。

目前合成γ-PGA的主要方法是化学合成法、提取法和微生物液态发酵法等。但是化学合成法合成路线长，副产品多，收率低而且分子量相对小，不足于满足社会的需求。提取法由于本产品固有的特性，使得提取工艺复杂，成本较高，无法大规模生产。研究方法主要集中在液体深层发酵法。在采用生物发酵法制备聚谷氨酸的方面，专利主要集中在菌种改造、液态发酵、提取工艺等领域，但微生物深层液体发酵生产聚谷氨酸的产量不高，而且极高的生产成本未能实现大规模的工业生产，以致影响了该物质的应用。沙长青等人(2004)发明了利用纳豆杆菌，以大豆为原料固态发酵生产γ-PGA的方法，而孙伟中等人(2005)则发明了利用农副产品固态发酵生产γ-PGA的方法。但是尚未发现采用惰性载体的固态发酵方法。

细菌适用于用固态发酵生成许多有价值的代谢产物。由于固态发酵往往采用麸皮、豆饼、谷子、棉籽饼、马铃薯、以及其他含淀粉和纤维素的农作物产品等作为真菌培养基质。但此法不足之处就是碳源是它们的结构组成部分，在微生物发酵生长过程中，培养基被分解，底物容易结块，孔隙率也降低，结果底物的外形和物理特性都发生了变化，降低了发酵过程中的传质和传热。以惰性固态载体为固态发酵过程的固相，微生物生长的营养是吸附在载体上的培养液，能够对培养基营养成分进行合适的调节；容易了解产物中的各成分并进行分析，从而有利于发酵过程的控制以及动力学研究与模型建立等。另外，惰性载体吸附固态发酵还具有产物提取简便的优点，可以很容易地从惰性载体中提取到胞外产物，而且所得到的产物含有较少的杂质，载体还可以重复使用。

微生物细胞所处微环境对微生物生长代谢产生着重要影响，其中微环境的水分活度、pH、营养物质的种类、浓度、界面的性质、比表面积、溶氧等诸多因素都会对微生物的生长代谢以及多菌混合固态发酵过程中各种微生物的分布、数量产生重要的影响。若固相载体作为微生物营养物质的一部分参与细胞的生长代谢，在微生物生长过程中，这些固相载体容易收缩结块，使孔隙率降低，影响发酵过程中传质与传热效率并增加了系统的复杂性。而惰性载体可避免非惰性载体的坍塌缺陷，有利于供氧和维持较好的水动力学特性。同时，惰性载体表面往往含有羟基、氨基、羧基等极性基团，通过改变其数量与种类可用以调节微环境水活度、pH和界面性质等。

由于惰性载体吸附固态发酵具有传统固态发酵所不具有的优势，其将是发酵工程中的一个新的研究方向，将有助于固态发酵的过程控制、提高固态发酵效率以及反应器设计，在工业生产过程中将会发挥重要的作用。目前这一发酵方法还很不成熟，许多方面尚属空白，随着其它固态发酵技术，如压力脉动固态发酵技术和计算机过程控制技术在固态发酵过程中的应用，这一方法将会越来越完善，从而给发酵工业带来全新的发展前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种能耗低、投资小、污染少，设备利用率高，效益可观的γ-聚谷氨酸的惰性载体吸附固态发酵生产方法。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案为：

1.培养基的制备

(1)保藏分离培养基：LB培养基：胰蛋白陈10g/L，酵母提取物5g/L，NaCl10g/L，琼脂15-20g/L，pH 7.2，121℃高压蒸汽灭菌15min；

(2)种子培养基：K₂HPO₄ 0.5g/L，柠檬酸铁铵0.5g/L，MgSO₄·7H₂O 0.5g/L，甘油20.0g/L，柠檬酸2.0g/L，L-谷氨酸4.0g/L，pH 7.4，121℃高压蒸汽灭菌15min；