[发明专利]一种微生物发酵法生产葡萄糖酸盐的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物工程领域，具体是一种微生物发酵法生产葡萄糖酸盐的控制方法。

背景技术

葡萄糖酸作为蓬松剂、凝固剂、鳌合剂、酸味剂而广泛应用于食品、医药、化工、水处理、建筑等行业；葡萄糖酸盐类（如与钠、钙、锌、亚铁等金属氧化物合成制得的葡萄糖酸盐）可作为食品添加剂和营养增补剂。

葡萄糖酸的生产主要有微生物发酵法、电解法和催化氧化等方法。由于微生物法条件温和，节能明显而目前广泛采用，其中微生物发酵又有真菌发酵和细菌发酵工艺。自Boutroux首次利用微生物的氧化作用，能将葡萄糖氧化成葡萄糖酸以来，葡萄糖酸及其盐类发酵工艺有了明显的进步，如Currie等利用青霉或曲霉建立了现代通气搅拌液体发酵技术，使葡萄糖的转化率达90%。Blom等发明了添加 NaOH、维持pH值 6.5以下的方法生产葡萄糖酸钠，葡萄糖转化率达95%以上；我国黄道震等以葡萄糖含量为30%的发酵培养基接种10%的黑曲霉种子液，通过流加氢氧化钠溶液控pH值在6.0～6.5使残糖可降至1g/L以下。另外，有报道通过培养基优化发现pH值、温度、发酵罐转速、底物葡萄糖浓度对葡萄糖转化率影响较大，得到最佳工艺参数。刘仲汇等针对工业大罐发酵而设计的专用pH温度智能控制系统，获得了较好的发酵水平。此外，2002年Anastassiadis等采用短梗霉 (Aureobasidium pullulans)建立了静息细胞和固定化细胞的连续葡萄糖酸生产技术，浓度可达26%，最高生成速率为19g/L/h。

因此，在葡萄糖酸及其盐（如葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钙等）发酵生产时主要采用霉菌发酵进行，其发酵控制方法主要是控制pH、温度、发酵罐转速、溶解氧浓度（DO）、残糖浓度等方法，然而，这些方法均未能实现自动调整发酵罐进风量和搅拌转速，保证足够的溶解氧浓度（DO），使得发酵耗氧速率（OUR）一直处于最好水平。

综上所述，目前本领域缺乏葡萄糖酸钙发酵过程可在线闭环控制自动调整发酵罐进风量和搅拌转速的方法。

发明内容

本发明的目的就是提供一种在线的能自动调整发酵罐进风量和搅拌转速，保证足够的溶解氧浓度，提高产酸速率，精确控制葡萄糖酸盐生产中发酵过程的方法。为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：微生物发酵法生产葡萄糖酸盐，第一步，在种子发酵罐中加入菌种（黑曲霉、米根霉、青霉等）和培养基进行种子培养；第二步，接种发酵，将30%的葡萄糖液及营养剂加入发酵罐并灭菌，加入10%的种子培养液，总加入量至发酵罐工作容积的80%，发酵罐上安装在线分析发酵尾气中二氧化碳和氧气的尾气分析仪或质谱仪，同时，还安装了进入和排出空气的质量流量计和发酵罐的真实微生物细胞培养体积传感器；根据在线测定的发酵耗氧速率（OUR）进行自动调整发酵罐进风量和搅拌转速，具体为，当发酵液中OUR≤40±1时,自动增加进风量和搅拌转速，每5分钟增加一次，每次增加量分别为V×1L/h(V--发酵罐容积)和20r/min，进风量和搅拌转速交替增加；当OUR≥50±1时，减小进风量或搅拌转速，每次减小量分别为V×0.5L/h(V--发酵罐容积)和10r/min，进风量和搅拌转速交替减小。

本发明控制方法根据发酵过程耗氧速率（OUR），实时控制发酵罐进风量和搅拌转速，保证了足够的溶解氧浓度，提高了产酸速率，实现了对葡萄糖酸盐发酵过程的直接、实时、精确控制。

具体实施方式                          

下面结合实施例进一步说明本发明。

实施例1： 

第一步、种子培养：15L培养罐中加入葡萄糖2.5kg、玉米浆60g、磷酸二氢钾5.2g,尿素2g,消泡剂2ml，定容至7.5L，115℃灭菌15分钟，然后降至38℃，加入250ml茄子瓶菌悬液，控制溶解氧（DO）≥30，培养15h得种子液，葡萄糖氧化酶酶活大于600U/ml。

第二步、发酵：50L发酵罐中加入葡萄糖4.0 kg、硫酸镁2.8g、尿素1.4g、消泡剂2ml,定容至26L，115℃灭菌15分钟，然后降至38℃，用30%的氧化钙悬浊液调节控制pH5.8，开始发酵。发酵过程中根据在线检测的OUR自动调整发酵罐进风量和搅拌转速，当发酵液中OUR≤40±1时,自动增加风量和转速，每5分钟增加一次，每次增加量分别为50L/h和20r/min，交替增加；当OUR≥50±1时，减小进风量或搅拌转速，每次减小量分别为25L/h和10r/min，交替减小。

当DO升至100时发酵结束。

第三步、过滤：板框过滤。