[发明专利]微生物发酵法高效生产葡萄糖酸钙的控制方法

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高效生产葡萄糖酸钙的控制方法。

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，这些方法均未能应用氧传递系数（Kla）在线实现对发酵过程进行控制。

发明内容

本发明的目的就是提供一种微生物发酵法高效生产葡萄糖酸钙的控制方法。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：微生物发酵法高效生产葡萄糖酸钙的控制方法，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25%的葡萄糖液及营养剂加入发酵罐并灭菌，加入15%的种子培养液，加入量至发酵罐工作容积的40%～50%，发酵罐上安装在线葡萄糖浓度检测流加控制仪和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；第三步，补料，前述第二步工序发酵12～14小时，根据在线测得地氧传递系数（Kla），自动控制500g/L葡萄糖及营养剂补入，具体为，当发酵液中KLa≤4000±100时自动补加葡萄糖液及营养剂，发酵罐总 容积设为V，单位是L，最大装液量控制在发酵罐总容积83%以下，补加速度S为：

S=                                                （L/h）

当KLa≥4000±100停止补加葡萄糖液及营养剂，使发酵液糖浓度维持20g/L-40g/L之间，且葡萄糖酸钙浓度高于20g/100ml，从而使葡萄糖发酵高产酸过程延长，使收率提高。

阶段调整pH值， pH由最初5.4，开始补料后每两小时降低0.2，最后pH为4.4。

阶段调整温度，增加葡萄糖酸钙的溶解度，防止发酵液结晶。最初发酵温度为38℃,开始补料后每两小时提高0.5℃，最后发酵温度为40-40.5℃。

本发明控制方法根据发酵过程氧传递系数（KLa），实时控制葡萄糖及营养剂添加速度和添加量，实现了对葡萄糖酸钙的发酵过程直接、实时、精确的控制。

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茄子跑菌悬液，控制溶解氧（DO）≥30，培养15h得种子液。

第二步、发酵：50L发酵罐中加入葡萄糖4.0千克、硫酸镁2.8g、尿素1.4g、消泡剂2ml,定容至13L，115℃灭菌15分钟，然后降至38℃，用20%的氧化钙悬浊液调节控制pH5.4，开始发酵。

第三步、补料：