[发明专利]一种生产L-异亮氨酸的发酵方法

说明书

本发明公开了一种生产L‑异亮氨酸的发酵方法，其包括种子培养和发酵培养；在发酵培养过程中，控制发酵液中残糖浓度在0.5g/L以下，将耗糖速率维持在低于菌体最大耗糖能力以下；在杂酸开始快速积累时，逐步降低耗糖速率直至放罐。本发明方法简单易行，杂酸积累得到显著抑制，在提高产酸水平的同时，进一步降低杂酸的积累，50L罐水平发酵产酸达到44.7g/L，总杂酸只有3.5g/L。

技术领域：

本发明属于L-异亮氨酸生产技术领域，特别是涉及一种生产L-异亮氨酸的发酵方法。

背景技术：

L-异亮氨酸又称“L-异白氨酸”，属于支链氨基酸(branched chain amino acid，BCAA)，是人与动物自身不能合成而必需以外源来供给的八大必需氨基酸之一，具有多种生理功能，是合成人体激素、酶类的原料，具有促进蛋白质生成和抑制其分解的效果，在人体生命活动中起着重要作用，因此在食品和医药行业具有广泛的应用及商业价值。

L-异亮氨酸作为重要的食品添加剂，可调节食品中的氨基酸平衡，常被用于配制各种运动及健身营养品、氨基酸功能性饮料等，也是治疗各种肝脏疾病药物的重要成分。

目前，国内已有多家企业通过发酵法进行L-异亮氨酸的生产，多家高校实验室也在开展关于L-异亮氨酸发酵工艺研究的课题，但仍存在菌株产酸水平低、发酵杂酸(包括丙氨酸、赖氨酸等)高等问题。在现有发酵工艺中，培养基里的初糖耗尽后，一般采取控低残糖(葡萄糖浓度在10-40g/L)的方式进行菌种培养。天津科技大学2016年申请专利CN201610270771中，控残糖10g/L以上；武汉远大弘元股份有限公司2016年申请专利CN201611093973中，控残糖30-40g/L。发酵过程中维持一定的残糖水平，可以最大化释放菌体的代谢能力，维持较高的发酵强度，但同时会导致杂酸的持续积累，尤其是在发酵中后期，菌体代谢活力逐渐下降，胞内代谢通路改变，杂酸水平即会不受控的显著增加。

因此，改进生产L-异亮氨酸的发酵技术工艺，在提高产酸水平的同时，进一步降低杂酸的积累，对提高国内L-异亮氨酸的产量及产品市场竞争力具有重要的意义。

发明内容：

为提高产酸水平，同时降低杂酸积累量，本发明提供了一种生产L-异亮氨酸的发酵方法。

本发明的目的由如下技术方案实施：一种生产L-异亮氨酸的发酵方法，其包括种子培养和发酵培养；在发酵培养过程中，控制发酵液中残糖浓度在0.5g/L以下，并通过调节葡萄糖溶液的流加速度，将耗糖速率维持在6-9g/L/h；当发酵液中杂酸含量达到1-2g/L时，为降低杂酸的增加速度，开始以0.1-0.7g/L/h的速度逐步降低耗糖速率直至放罐。当杂酸含量达到1-2g/L时，如果不降低耗糖速率，在本申请中对残糖浓度无影响，因为本申请中菌体的耗糖能力截止到放罐时依然较强，但会导致杂酸的持续快速积累。因为，杂酸含量达到1-2g/L，表明此时由于胞外环境的变化、产物L-异亮氨酸含量的增加，菌体的代谢活力开始下降，胞内流向L-异亮氨酸的代谢通量减少，多余的代谢通量流向杂酸，导致杂酸开始明显增加，此时降低耗糖速率，可以有效抑制杂酸积累。

进一步，发酵液中杂酸含量低于1g/L时，溶氧维持在25-30％；发酵液中杂酸含量高于1g/L后，溶氧维持在15-20％。

进一步，在发酵培养过程中，罐压为0.05-0.1Mpa，通气量为10-25L/min，搅拌速度为200-800rpm，发酵温度为31-33℃，pH6.8-7.2。通过依次循环调节罐压、通气量、搅拌速度，来控制溶氧量。

残糖浓度：即指发酵液中残余/含有的葡萄糖浓度，单位g/L。

耗糖速率：即葡萄糖消耗速率，表征微生物代谢强度的一个参数。每小时单位体积的发酵液所减少的葡萄糖量称为耗糖速率。