[发明专利]一种用两阶段溶氧控制技术提高发酵生产柠檬酸产量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种分两阶段控制溶氧提高发酵生产柠檬酸产量的方法，属于发酵过程优化领域。 

背景技术

柠檬酸(Citric acid)，又名枸橼酸，是一种三元羧酸，其学名为3-羟基-3-羧基戊二酸。柠檬酸是生物体主要代谢产物之一，是三羧酸循环中的中间代谢产物。柠檬酸在自然界中分布广泛，主要存在于柠檬、柑橘、梅子等果实中，具有令人愉悦的酸味，能刺激味觉。在行业中被称为第一食用酸剂［孙荣，王燕，杨平平.柠檬酸发酵现状及展望.中国调味品2011,36(001):90-92.］，广泛用于各种饮料、果汁、汽水、罐头、点心、蛋糕饼干、酒类、乳制品等食品的制造，在化工、制药、纺织业中也有广泛的应用，是目前世界上需求量最大的一种有机酸［冯志合，卢涛.中国柠檬酸行业概况.中国食品添加剂2011(3):158-163.］。 

柠檬酸是典型的生物发酵产品，是目前产量最大的发酵产品之一。目前，其主要生产方法为微生物深层发酵法。柠檬酸发酵的工业生产已经发展多年并且基本形成了成熟的生产工艺，目前中国由于生产工艺技术较先进、劳动力成本低廉等原因处于柠檬酸行业的领先地位，是柠檬酸的主要生产国和出口国。但是相对来说，目前的柠檬酸发酵工艺还是很粗放的，例如没有对溶氧水平的精细控制，为提高产量过度提高培养基的营养条件，粮耗依然很高等等。目前对微生物发酵法生产柠檬酸的研究主要集中于发酵条件的优化，如低值原料的开发培养基的优化［代真真，周勇，刘玉伟等.柠檬酸发酵过程中液化条件的影响.食品与生物技术学报2011,30(5):723-727.］、菌体固定化的研究［Demirel G，KO，A.The production of citric acid by using immobilized Aspergillus niger A-9and investigation of its various effects.Food chemistry2005,89(3):393-396.］以及菌种的改造优化等等［任晓莉，赵林，杨宝强等.UV和NTG复合诱变柠檬酸生产菌种黑曲霉.天津大学学报2010,43(006):553-556.］。 

对于柠檬酸发酵而言，溶氧有着重要的影响，因此溶氧的控制方式对柠檬酸的产量的提高至关重要。文献报道的溶氧水平优化大部分为对通气量的研究，搅拌转速关联的溶氧水平优化方面的研究很少，利用两阶段溶氧控制方式提高柠檬酸的产量，尚未见文献报道。工业生产工艺中溶氧水平单一控制，不能够使黑曲霉以最优的生长代谢水平产生最大量的柠檬酸，所以有必要开发一种更加有效的供氧提高发酵水平。 

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种两阶段溶氧控制策略提高黑曲霉发酵生产柠檬酸产量的方法，提高原料与设备的利用率、缩短发酵所需时间，以显著提高柠檬酸的产量。 

所述黑曲霉Aspergillus nigerH915-1于2013年5月6日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC NO：M2013172，保藏地址为中国武汉武汉大学。 

所述用两阶段溶氧控制技术提高发酵生产柠檬酸产量的方法，是在发酵第一阶段控制溶氧为45-55%，在发酵第二阶段控制溶氧为35-45%；所述发酵第一阶段时间为28-32h；所述发酵第二阶段时间为37-50h。 

所述用两阶段溶氧控制技术提高发酵生产柠檬酸的产量的方法，包括以下步骤： 

（1）将黑曲霉先转茄子瓶斜面培养基在37℃培养箱中培养72h，然后将孢子用无菌水洗下接种到含有35L发酵培养基的50L种子罐，溶氧控制为DO40%，温度37℃，发酵培养24h，使黑曲霉孢子萌发生长，最终发酵液pH下降到2以下； 

（2）之后将种子发酵液转接到含有350L发酵培养基的500L发酵罐，接种量10%，在发酵的第一阶段控制溶氧水平50%左右，在发酵的的第二阶段控制溶氧水平40%左右；所述发酵第一阶段时间为28-32h；所述发酵第二阶段时间为37-50h。 

所述茄子瓶斜面培养基为黑曲霉专用的木薯原料天然培养基，由宜兴协联生物化学公司提供。 

所述发酵培养基为玉米浆，玉米清液，控制总糖为15%(g/g)，总氮为0.08%(g/g)，其中玉米清液是通过板框压滤机过滤玉米混液得到的，玉米混液是含糖量很高的淀粉酶处理过的玉米粉液。 

所述50L种子罐及500发酵罐（中国船舶重工集团公司第七0二研究所设计，型号GSW702-S0906017-00）。