[發明專利]一種提高L-色氨酸發酵過程中糖酸轉化率的方法

無效

• 申請號: 201310302016.3
• 申請日: 2013-07-18
• 公開（公告）號: CN103409477A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 陳寧;蘇毅;蔡靈芝;徐慶陽;謝希賢;張成林;劉淑云
• 申請（專利權）人: 天津科技大學
• 主分類號: C12P13/22
• 分類號: C12P13/22;C12R1/19
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

本發明涉及一種提高L-色氨酸發酵過程中L-色氨酸糖酸轉化率的方法，屬于發酵法生產氨基酸的技術領域。

背景技術

L-色氨酸又名β-吲哚基丙氨酸，化學名L-2-氨基-3-吲哚基丙酸，別名L-胰化蛋白氨基酸、L-氨基吲哚丙酸，分子式C₁₁H₁₂O₂N₂，相對分子質量204.21。L-色氨酸是人體和動物生命活動中八種必需的氨基酸之一，它以游離態或結合態存在于生物體之中。對人和動物的生長發育、新陳代謝起著重要的作用，被稱為第二必需氨基酸，廣泛應用于醫藥、食品和飼料等方面。世界市場L-色氨酸年需求量約為120萬噸以上，而目前全世界只有一萬多噸的生產能力，且主要集中在日本、美國、中國、韓國等國家，因而L-色氨酸的市場前景巨大。國內主要有上海、武漢、北京等地小規模少量生產用于藥品的L-色氨酸，但尚無廠家生產飼料添加劑用的L-色氨酸。因此，研究提高L-色氨酸產量方法具有重要的理論意義和實用價值。

目前利用微生物生產L-色氨酸的方法主要有酶法、微生物轉化法和微生物發酵法，其中微生物發酵法將是大規模生產L-色氨酸的首選技術，現常用菌株有大腸桿菌、谷氨酸棒桿菌。由于大腸桿菌具有遺傳特性較清楚、易培養、發酵周期短并能實現目的基因的高效表達等特性，因而得到廣泛的應用。但是，大腸桿菌生長時會產生乙酸，尤其是在重組菌的高密度培養中，乙酸的產生和積累不僅會影響菌體生長，還會抑制產物的合成。因此，減少發酵過程中乙酸的產生不但有利于實現大腸桿菌的高密度培養，而且對于提高L-色氨酸產量和實現L-色氨酸生產的工業化極為重要。

發明內容

本發明的目的是解決大腸桿菌在L-色氨酸發酵過程中會產生乙酸等雜酸的問題，提供一種提高L-色氨酸發酵過程中糖酸轉化率的方法。

本發明方法采用控制溶氧水平、初糖濃度、葡萄糖流加策略等措施能顯著提高L-色氨酸轉化率，使得L-色氨酸產量得到顯著提高。

本發明的目的是通過如下技術方案實現的：

本發明所提供的提高L-色氨酸發酵過程中糖酸轉化率的方法，具體是：在L-色氨酸發酵過程中，采用?5?~20g/L的初糖濃度，更優選10g/L；控制溶氧水平在20~30%，更優選20%；發酵過程維持發酵液中葡萄糖濃度為0.05-0.3g/L時，葡萄糖最大流加速率為1.6%（每小時每升發酵液中流加葡萄糖16g，下同），并通過流加糖的速率維持溶氧在20-30%，葡萄糖最流加速率應控制在為0.5-1.6%，更優選為0.8-1.5%。

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本發明的原理分析

優化碳源是實現L-色氨酸生產菌高密度發酵的關鍵因素，葡萄糖是目前最常用的碳源物質。培養基中葡萄糖的濃度嚴重影響細胞的代謝方式，糖濃度超過50?g/L時，大腸桿菌的生長將會受到抑制。控制葡萄糖的攝入速率略低于或等于TCA循環的周轉能力，可有效減少乙酸、丙酮酸等雜酸，因此維持發酵過程中合適的葡萄糖濃度可有效提高葡萄糖使用效率，從而提高糖酸轉化率。

L-色氨酸生產菌在生長過程中，需大量氧氣參與代謝，溶氧濃度過高或過低，都會影響菌體生長和產物生成。氧氣對好氧微生物有潛在的毒副作用，氧濃度過高也會產生Crabtree效應；過低的溶氧濃度則導致乙酸的大量生成，菌體生長受到抑制，比生長速率下降，甚至菌體發生自溶，嚴重影響產物合成。維持一定水平的溶氧濃度,?不僅有利于菌體生長，還有利于提高產酸水平。

多種發酵參數都能反映發酵過程中碳源的消耗情況，如培養基中的pH和DO，尾氣中的CO2濃度等。在發酵過程中，一旦葡萄糖耗盡，生產菌的比攝糖速率降低，比耗氧速率也隨之降低，DO值逐漸回升;當比攝糖速率低于臨界值時，脈沖補入葡萄糖后使生產菌的比攝糖速率增加，比耗糖速率升高，DO值降低。因此，根據?DO?值對葡萄糖脈沖補入產生信號的不同可為在線調整補料速率提供直接的依據。在發酵過程中限制葡萄糖的供應，可以減少副產物特別是有機酸的生成。

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本發明的優點和有益效果：

本發明提出了適用于提高L-色氨酸發酵過程中糖酸轉化率方法，它通過采用控制溶氧水平、初糖濃度、葡萄糖限制流加及通過流加糖速率控制菌體比生長速率等措施能顯著降低發酵過程中的雜酸含量，使菌體生物量、L-色氨酸產量及糖酸轉化率得到顯著提高。

本發明方法在不增加額外設備和人力投入的情況下，有效增加了L-色氨酸發酵過程中的轉化率并顯著提高了L-色氨酸的產量，適合于工業化生產。