[发明专利]一种采用分段梯度供氧方式发酵生产L-谷氨酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微生物发酵领域，特别是涉及一种发酵生产L-谷氨酸的方法。

背景技术

目前发酵法是生产谷氨酸的主要方法，其生产菌种主要包括谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）、天津短杆菌(Brevibacterium tianjinese)、钝齿棒杆菌(Corynebaclerium crenalum)、北京棒杆菌(Corynebaclerium pekinense)、黄色短杆菌（Brevibacterium flavum）以及它们的突变株等。然而，谷氨酸发酵的生产水平除了取决于菌种本身的性能外，还必须给予其合适的环境条件才能够更加充分地发挥及表现出它们优良的生产能力，如培养基组成、温度、溶氧、补料等。

申请号为91107357.4的中国发明专利公开了一种L-谷氨酸发酵新工艺，为了同时提高L-谷氨酸发酵的产酸率及转化率，将发酵过程分割为菌体生长和产酸两个阶段，并用不同浓度的营养液(有机氮源和无机盐)分别加以控制，使菌体生长所消耗的糖尽量降低，使糖代谢的流向尽量转向有利于L-谷氨酸的合成，并使细胞透性增大，使产酸率达到9-11%，总投入糖的转化率达到58-64%，然而其产酸率相对较低。

亚适量指微生物所处生长素浓度比其正常成长需要的浓度略低，但却对大量合成工艺需求产品有益的现象，亚适量工艺被广泛应用到谷氨酸发酵中。生物素作为生长因子主要影响细胞膜通透性和菌体的代谢途径，而生物素浓度对菌体生长和谷氨酸积累均有影响。由于大量合成谷氨酸需要菌体代谢异常化，实际所需要的生物素浓度比菌体生长的需要量低，因此通过限制培养基中生物素的浓度（亚适量），使磷脂合成不足，细胞膜通透性提高，有利于谷氨酸的分泌。

授权公告号为CN1049689C的中国发明专利公开了一种更经济和更有效地通过发酵工业制备L-谷氨酸的方法，其在含有浓度为10至1000μg/l的生物素而不加入抑制生物素活性的物质的液体营养培养基中培养能产生L-谷氨酸的短杆菌属和棒状杆菌属的微生物的突变株，在培养液中产生并大量积累L-谷氨酸。

除了采用亚适量工艺外，影响谷氨酸分泌的方法还包括：在培养基中添加表面活性剂或饱和脂肪酸可抵制脂肪酸的合成，从而影响磷脂合成；采用温度敏感型突变株，使其细胞膜的结构基因发生改变，使细胞膜不完整；添加青霉素、抗生素抵制糖肽转肽酶的合成，从而影响细胞壁糖肽的生物合成，形成不完全的细胞壁，增加膜的渗透性等。

如公开号为CN101457243A的中国发明专利公开了一种提高L-谷氨酸发酵产率的新工艺，根据甜菜碱具有提供甲基、调节体内渗透压、促进脂肪代谢和蛋白质合成等作用，提高酶活，促进菌体生长，实现产物在发酵液中的更大程度蓄积从而提高产率的原理，采用在发酵培养基中添加甜菜碱的方法来有效提高L-谷氨酸发酵产率。

谷氨酸生产菌为好氧菌，其对培养基中的溶解氧浓度有一个最低的要求，在此溶解氧浓度以下，其呼吸速率随溶解氧浓度降低而显著下降。由于氧难溶于水，从而使谷氨酸发酵过程中氧的利用率低，仅为40％-60％。因此，氧的供应对谷氨酸发酵来说是一个关键因素，其不仅对菌体的生长和代谢产物的积累都有很大的影响，还直接关系到谷氨酸发酵的成败，研究供氧问题，对谷氨酸发酵工艺管理的最佳化和工艺过程的放大具有重要意义。

发明内容

本发明的首要目的是针对上述现有技术存在的问题提供一种采用分段梯度供氧方式控制谷氨酸发酵过程中溶氧浓度来发酵生产L-谷氨酸的方法。本发明发酵过程中氧的传递速率和利用率有所提高，并且发酵后L-谷氨酸的产量和糖酸转化率均有所提高，而发酵副产物乳酸大幅度下降。

为了达到上述目的，本发明一方面提供一种发酵生产L-谷氨酸的方法，将谷氨酸生产菌接种至发酵培养基中进行发酵，采用分段梯度供氧方式控制所述发酵的发酵液中的溶氧浓度，制得L-谷氨酸。

其中，所述分段梯度供氧方式具体包括：控制所述谷氨酸生产菌在其生长抑制期至对数生长期发酵液中的溶氧浓度为25-50%，优选为25-40%，进一步优选为25-35%；所述谷氨酸生产菌在其转型期发酵液中的溶氧浓度为10-25%，优选为10-20%，进一步优选为10-15%；所述谷氨酸生产菌在其产酸期发酵液中的溶氧浓度为1-10%，优选为1-5%，进一步优选为2-5%。