[发明专利]一种高产酸量L-精氨酸发酵过程的调控方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物发酵技术领域，特别是涉及一种高产酸量L-精氨酸发酵过程的调控方法。

背景技术

20世纪40年代，营养学家把氨基酸划分为必需氨基酸和非必需氨基时认为，L-精氨酸对于成年人和动物来说是非必需氨基酸，故未被列入必需氨基酸。后来发现它在婴儿和幼龄动物中自身合成不足，因而现称为半必需氨基酸。到了20世纪80年代，通过饲养业氨基酸添加剂的广泛应用和深入研究，发现对于小鸡和鱼类等水产动物来说，L-精氨酸是必需氨基酸。

目前L-精氨酸的生产方法主要有水解法和发酵法。

猪毛、蹄甲、血粉、明胶、鱼精蛋白、小杂鱼等都含有丰富的L-精氨酸，可作为原料经酸水解、分离制备L-精氨酸。人发蛋白中L-精氨酸的含量在8.7％，猪血蛋白水解物中L-精氨酸的含量为44.42mg/100mL，占总氨基酸含量的5.81％。我国人发渣量每年达到10万吨以上，猪毛渣量也达到7.5万吨以上，猪血粉数量未见报道，但是数量也不会少，因此水解法生产氨基酸的原料是丰富的，但是由于存在严重的环保问题而未能得到推广。

国内外精氨酸发酵的研究进展：

                  

            

发酵法生产L-精氨酸的过程是一个非常复杂的化学变化和生理变化综合过程，提高发酵水平的两条途径，一个是选育优良的菌种，二是得出与目的菌相匹配的最佳培养条件、控制手段。前者是建立在代谢控制发酵研究上的菌种选育技术，后者是建立在生化反应工程基础上的发酵控制技术。只有两者紧密结合才能最终实现高水平的发酵生产。

长期以来，人们较多地将工作重点放在高产菌株的选育上，有关发酵过程控制优化的研究较少。实际生产中所需的一些培养控制条件、技术指标往往是通过摇瓶或小罐试验获得，这种低水平的研究方法客观上制约了菌种潜力的发挥。

对发酵过程进行优化控制的目的，是同时获得最高的产物浓度、最高的生产强度和最高的转化率。而当试图用分批发酵获得更高的产物浓度时，必然意味着转化率和生产强度的进一步下降。近年来发酵行业中关于发酵参数优化控制和流加最优化的研究，为提高分批发酵的生产水平提供了可能的途径。在一定的初糖浓度下发酵，在发酵参数优化控制条件下，通过流加方式提高总糖浓度，并维持发酵过程的糖浓度于合适的水平，就有可能同时获得高的转化率、高的生产强度和高的产物浓度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效提高产酸水平，缩短发酵周期的一种高产酸量L-精氨酸发酵过程的调控方法。

研究发现：影响L-精氨酸发酵的因素可分为两类，一类是发酵过程的环境参数，如PH、溶氧、搅拌转速、罐压等，另一类是关键变量，如菌体生长量、底物消耗速率、产物形成速率等。

本发明采用先进的发酵过程集散控制系统-FPC型集散控制系统(DCS)，对第一类环境参数进行在线控制和监测，并结合定时取样测定发酵过程第二类关键变量的方式，对精氨酸发酵过程的控制进行系统研究，确定核糖发酵不同阶段各个参数的最佳控制条件，在此基础上对流加补糖的控制条件进行了探索，确定了一种以溶氧、PH值控制为主线，综合控制发酵过程中各种参数、并连续流加补料的有效调控方法。

更具体地说，本发明的L-精氨酸发酵过程的调控方法具有以下特征：在使用黄色短杆菌为种子发酵生产L-精氨酸的过程中，采用FPC型集散控制系统在线控制发酵过程中的温度、搅拌速度、罐压以及发酵不同阶段的PH值、溶氧量，并定时取样测定发酵过程中菌体细胞浓度、底物浓度以及产物生成量，在糖浓度低于临界值时流加补糖，维持糖浓度在一定范围，保持发酵始终处于最佳状态。

该方法通过使用发酵过程集散系统-FPC型集散控制系统(DCS)在线综合控制溶氧、PH值以及发酵过程中其它参数，确定并保持最佳发酵条件；通过测定菌体细胞浓度、底物浓度以及产物生成量，取得发酵过程中菌体生长速率、底物消耗速率等关键变量的变化规律，并结合不同的初糖浓度发酵试验结果，确定最佳发酵条件，最佳发酵初糖浓度、流加补料时间、补料方式以及补料的成分。在此基础上，以最佳发酵条件，最佳发酵初糖时进行发酵，并在发酵过程中适时补料，由此完成优化控制的发酵过程。

在上述方法中，发酵过程中的培养温度在30-32℃，罐压在0.05-0.06MPa，搅拌转速在200-250rpm。

过程中的PH控制：发酵前期(OD 0.8以内)PH6.8-6.9；中后期(OD 0.8以上)PH6.5-6.6。