[發明專利]用于高效聯產檸檬酸和氨基葡萄糖的發酵培養基及使用其的發酵方法

在審

• 申請號: 201611196652.2
• 申請日: 2016-12-22
• 公開（公告）號: CN108220349A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 劉穎慰;熊強;彭超;楊凱;熊結青;周勇;嚴明奕;丁子元;林海龍;李凡
• 申請（專利權）人: 中糧集團有限公司;中糧營養健康研究院有限公司;中糧生物化學（安徽）股份有限公司
• 主分類號: C12P7/48
• 分類號: C12P7/48;C12P19/26;C12N1/14;C12R1/685
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及黑曲霉發酵聯產檸檬酸和氨基葡萄糖所采用的發酵培養基，以及使用該發酵培養基的發酵方法。具體而言，該發酵培養基包含碳源、氮源和磷酸鹽等營養成分以及余量的水，其中，所述碳源的含量以其中的總糖計為7wt％?20wt％，所述氮源的含量以其中的氮元素計為0.04wt％?0.3wt％，所述磷酸鹽的含量以其中的磷酸根計為0.05wt％?0.2wt％。在將處于對數生長期的黑曲霉接種入該發酵培養基中后，經過發酵培養，能夠高效地聯產得到檸檬酸和氨基葡萄糖。

技術領域

本發明屬于生物發酵領域，具體而言，本發明涉及利用黑曲霉進行發酵聯產檸檬酸和氨基葡萄糖所采用的發酵培養基，以及使用該發酵培養基的發酵方法。

背景技術

檸檬酸，化學名為2-羥基丙烷-1,2,3-三羧酸，是目前世界范圍內生產量最大的食用有機酸，也是世界上消耗量最大的有機酸，被廣泛應用于日用化工、食品、醫藥等行業。中國是目前檸檬酸產量最大的國家。多數生產檸檬酸的方法首先將淀粉質原料(如玉米、大米和豆類等)制成發酵培養基，隨后利用黑曲霉(Aspergillus Niger)進行深層發酵。發酵結束后分離菌體與發酵上清液，將發酵上清液用于提取檸檬酸，而由菌體形成的菌渣被用于飼料、肥料原料或進一步加工。

黑曲霉是重要的工業菌種，被廣泛用于發酵生產有機酸、酶制劑、調味品和飼料等產品。由于黑曲霉菌絲體細胞壁中含有甲殼素，除發酵生產獲得目的產品外，還可對發酵過程中積累的黑曲霉本身加以利用。甲殼素在醫療衛生、農業養殖、工業制造領域均具有廣泛用途。甲殼素經過化學法或生物法脫除乙酰基后形成的殼聚糖，并經進一步水解形成殼寡糖和氨基葡萄糖單體，均為有益的營養保健產品，并且能夠用作醫療、養殖業、制造業的重要原料或添加物。

目前市場上的氨基葡萄糖絕大部分是通過對甲殼類動物外殼進行加工而獲得的，其存在原料來源不穩定、質量波動大、易致敏等問題。而最近開發微生物來源的氨基葡萄糖已成為新的發展趨勢。特別是，如果能夠將檸檬酸發酵的副產物黑曲霉菌渣(在本文中也稱為“檸檬酸發酵菌渣”、“發酵菌渣”、“檸檬酸廢渣”或“廢渣”等)作為原料提取獲得氨基葡萄糖，將會同時實現顯著的經濟效益。

目前報道的通過對檸檬酸發酵菌渣進行常規處理來獲得氨基葡萄糖的工藝技術可分為化學法和酶法兩類。其中，化學法主要通過酸或者堿將甲殼素中的糖苷鍵打斷得到殼聚糖或者殼寡糖，隨后脫除乙酰并進一步降解獲得氨基葡萄糖。酶法則是使用酶催化替代化學法中的部分或全部的反應，獲得氨基葡萄糖終產物。由于酶法技術尚不成熟，規模和成本尚不能滿足產業化要求，目前工業生產過程中一般選擇化學法對菌渣進行處理以獲得氨基葡萄糖產品。

化學法的工藝設計主要包括前處理、降解、脫色純化精制等步驟。具體而言，在實施降解之前，先通過除鹽、堿煮、清洗除雜等工藝進行前處理。隨后采用酸性介質將原料降解，獲得產物；常用的酸包括鹽酸、硫酸、以及在極性溶劑中的劉易斯酸，輔助加入的酸有冰醋酸、草酸，或者輔助超聲處理以使原料充分降解。最后，采用濃縮、吸附脫色、膜過濾、重結晶等操作對降解混合物進行純化和精制，獲得產物。

就利用黑曲霉發酵獲得檸檬酸的現有技術而言，《補料分批發酵生產檸檬酸的研究》(王友旭，河北科技大學碩士學位論文，2013年)通過實驗研究了黑曲霉檸檬酸分批發酵過程中的生物量、比生長速率、發酵液含氮量、酸度、溶氧和總糖濃度變化趨勢，對黑曲霉檸檬酸發酵過程中檸檬酸合成與生長偶聯關系進行了分析，并結合調控發酵液含氮量、DO值和總糖濃度對黑曲霉檸檬酸發酵進行了優化。其采用的種子培養基為：玉米液化液與自來水按照體積比1:1的重量比混合，添加2.5％的(NH₄)₂SO₄和0.1％的乳化硅油；發酵培養基為：初始含氮量120mg/100mL、初總糖濃度(16.15-20.15)g/100mL。