[發明專利]一種菌體循環利用的葡萄糖酸鈉發酵方法

在審

• 申請號: 201510403863.8
• 申請日: 2015-07-10
• 公開（公告）號: CN105385713A
• 公開（公告）日: 2016-03-09
• 發明（設計）人: 張家祥;劉建軍;趙祥穎;田延軍;楊麗萍;范宜曉;韓延雷
• 申請（專利權）人: 山東省食品發酵工業研究設計院
• 主分類號: C12P7/58
• 分類號: C12P7/58
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 張貴賓

（一）技術領域

本發明屬于生物化工領域，具體涉及一種菌體循環利用的葡萄糖酸鈉發酵方法。

（二）背景技術

葡萄糖酸鈉是一種多羥基羧酸鈉，又名：五羥基已酸鈉，分子式為C₆H₁₁O₇Na，分子量為218.14，是一種白色或淡黃色結晶粉末，易溶于水，微溶于醇，不溶于醚。葡萄糖酸鈉是一種應用極為廣泛的多羥基有機酸鹽，在食品、醫藥、輕工、化工等行業具有廣泛的應用：在食品行業可用作營養增補劑、食品保鮮劑、品質改良劑、緩沖劑和低鹽（無鹽）食品；在醫藥行業可用作酸堿平衡劑；葡萄糖酸鈉具有良好的螯合性和緩蝕阻垢作用，被廣泛應用于表面清洗劑和水質穩定劑；葡萄糖酸鈉能增加混凝土的可塑性、強度和耐久性，作為減水劑、緩凝劑廣泛應用于建筑行業；另外葡萄糖酸鈉也是制備葡萄糖酸內酯、葡萄糖酸鹽（鋅、銅、亞鐵鹽）等的基礎原料。

葡萄糖酸鈉的生產方法主要有催化氧化法和微生物發酵法。催化氧化法是以葡萄糖為原料，以貴金屬作為催化劑（如：Pd-C、Pt-C、Pd-AL₂O₃等），催化氧化葡萄糖產生葡萄糖酸，加入NaOH中和生成葡萄糖酸鈉，存在生產成本高、反應條件苛刻、存有副反應、環境污染等缺點；微生物發酵法生產葡萄糖酸鈉是以糖質為原料，經微生物轉化生成葡萄糖酸，發酵過程中流加NaOH溶液中和得到葡萄糖酸鈉，該方法具有條件溫和、工藝路線簡潔環保、產品成本低等優勢，是目前葡萄糖酸鈉的主要生產方法。

發酵法生產葡萄糖酸鈉的原理是在微生物體內葡萄糖氧化酶和過氧化氫酶的催化作用下，葡萄糖經一步反應轉化生成葡萄糖酸，發酵速度快、周期較短，一般為28-32小時。在工業化生產過程中發酵法生產葡萄糖酸鈉普遍采用的是三級批次發酵技術：首先是在一級種子罐內將生產菌種黑曲霉孢子培養成為成熟的菌絲體（培養18-22小時），作為一級種子液，再將成熟的一級種子液轉入二級種子罐進行二次擴大培養（8-12小時），成熟后的二級種子液接入發酵罐進行三級發酵，每級接種量均為10-20%，發酵結束后發酵液經板框過濾除菌、濃縮、結晶獲得葡萄糖酸鈉產品。因此在實際生產過程中，種子液的擴大培養占據了大量生產時間和工作量，每生產一批需要進行一批兩級菌種擴培（需要培養種子液約0.6m³/噸產品），同時發酵結束后產生一批菌絲體固體廢棄物（約100㎏/噸產品），存在著菌種培養工作量大、滅菌蒸汽消耗量大、生產效率低、固體廢渣排量大等不足，另外，廢棄菌絲體含水量50-60%、粗蛋白含量10-20%，易腐敗變質、污染環境，給生產帶來染菌隱患，其存放和有效處理是一個難點。隨著葡萄糖酸鈉發酵生產的發展，如何解決以上問題已成為生產企業節能減排、降低生產成本、提高市場競爭力的瓶頸問題。近年來有關發酵法生產葡萄糖酸鈉的研究主要集中于高產菌株選育、發酵條件優化和廢棄菌體資源化利用方面，針對葡萄糖酸鈉發酵生產工藝改進的研究較少。發明專利CN102517347B、CN104152499A公開了一種葡萄糖酸鈉發酵方法，其方法為：（1）向種子罐（發酵罐）內接入黑曲霉孢子液，培養成為成熟的種子液。（2）將培養液20-50%放出，同時補充相同體積的新鮮培養基，保溫培養4.5-6小時。（3）循環進行步驟（2），可循環6-9次。該方法是在種子液培養成熟后放出部分培養液作為種子液（或是用發酵前期的發酵液作為種子液）接入發酵罐進行發酵，同時向罐內補充相同體積的新鮮培養基進行再培養，培養成熟后再轉入其他發酵罐進行發酵，按此方法循環多次可實現種子液的半連續培養，可降低種子罐滅菌次數，但并沒有消減種子液培養環節和減少菌體生長所需能源消耗、菌體廢棄物的排放量。本發明人在研究過程中發現，葡萄糖酸鈉發酵結束后菌體仍具有較高發酵活力，經與產品分離后能直接回用于發酵罐進行發酵，既能顯著減少菌體培養環節和降低菌體生長所需能源消耗、廢棄菌體排放量，又能有效縮短發酵周期。

（三）發明內容

本發明的目的是提供一種菌體循環利用的葡萄糖酸鈉發酵方法，該方法在無菌條件下進行發酵液的菌體回收，并再用于發酵，減少了菌種培養工序，大大降低了廢棄菌體排放量，縮短了發酵周期。

本發明是通過如下技術方案實現的：

一種菌體循環利用的葡萄糖酸鈉發酵方法，其特殊之處在于：包括以下步驟：

發酵結束所得的發酵液通過陶瓷膜過濾，過濾清液進入提取工序，菌體濃縮液部分回流至發酵罐，然后加入新鮮培養基進行發酵，按此方法進行菌體循環利用發酵，當發酵速度明顯下降時停止循環，再進行新一輪發酵。