[發(fā)明專利]一種酵母高密度培養(yǎng)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811381662.2
• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN109321477B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王宇;徐富增;張建華;王柯;陳旭升;張宏建
• 申請（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號: C12N1/16
• 分類號: C12N1/16
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 張勇

本發(fā)明公開了一種酵母高密度培養(yǎng)的方法，屬于酵母發(fā)酵領(lǐng)域。本發(fā)明通過指數(shù)補(bǔ)料結(jié)合溶氧反饋脈沖流加補(bǔ)料的兩階段補(bǔ)料方式，有效地將副產(chǎn)物乙醇產(chǎn)量控制在較低水平，提高糖蜜原料利用率，同時(shí)可以確保酵母能夠迅速繁殖到高濃度，經(jīng)過108h的培養(yǎng)，酵母細(xì)胞干重可達(dá)到123.6g·L^?1，提高了酵母菌體得率，每克糖最高可得到0.51克干菌體，有助于中小型企業(yè)在原有規(guī)模上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種酵母高密度培養(yǎng)的方法，屬于酵母發(fā)酵領(lǐng)域。

背景技術(shù)

酵母及其副產(chǎn)品可廣泛地應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、飼料等行業(yè)，有著廣闊的應(yīng)用市場和良好的經(jīng)濟(jì)效益。2013年，全球酵母產(chǎn)品市場規(guī)模已達(dá)到58億美元，預(yù)計(jì)2019年將達(dá)到92億美元。糖蜜是制糖加工的副產(chǎn)物，含有17-25％的水、大約50％的糖類，以及一些含氮物質(zhì)、維生素和微量元素，是用于培養(yǎng)酵母的主要原料。

在酵母培養(yǎng)過程中出現(xiàn)的葡萄糖效應(yīng)是制約酵母生長的一個(gè)因素，所謂的葡萄糖效應(yīng)是指當(dāng)可發(fā)酵性碳源濃度過高時(shí)，即使供氧充足，也會導(dǎo)致碳源流向乙醇合成途徑，導(dǎo)致副產(chǎn)物乙醇積累，使得糖利用率下降。而且，產(chǎn)生高濃度的乙醇副產(chǎn)物也會對細(xì)胞結(jié)構(gòu)及功能造成損傷，對菌體生長和產(chǎn)物合成造成抑制。因此，酵母培養(yǎng)難點(diǎn)主要在于如何有效控制糖濃度，在保證酵母正常生長條件下同時(shí)減小溢流代謝，提高糖蜜原料利用率，實(shí)現(xiàn)酵母的高得率、高濃度生長。

高密度培養(yǎng)是酵母工業(yè)的發(fā)展趨勢，實(shí)現(xiàn)高密度、高產(chǎn)率和高濃度培養(yǎng)是酵母工業(yè)的目標(biāo)和方向。在補(bǔ)料分批過程中可以通過補(bǔ)料策略的優(yōu)化，控制培養(yǎng)基營養(yǎng)的流入實(shí)現(xiàn)生物量和得率最大化。近年來，隨著研究的不斷深入，補(bǔ)料策略逐漸變得復(fù)雜化。一些更為復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型及人工智能技術(shù)被引入。如張?jiān)S等(基于差分進(jìn)化算法的釀酒酵母分批補(bǔ)料培養(yǎng)在線自適應(yīng)控制[J].中國生物工程雜志)將差分進(jìn)化算法與傳統(tǒng)PID控制策略相結(jié)合，構(gòu)建了用于釀酒酵母分批補(bǔ)料培養(yǎng)過程的在線自適應(yīng)控制策略，成功將乙醇穩(wěn)定地控制在設(shè)定值1g/L附近，同時(shí)使得酵母增殖濃度達(dá)到34.45g/L。Chopda等(Chopda V R,Rathore A S,Gomes J.On-line implementation of decoupled input-outputlinearizing controller in Baker's yeast fermentation[J].Ifac ProceedingsVolumes)采用基于TCP/IP協(xié)議的解耦輸入-輸出線性化控制器(DIOLC)，實(shí)時(shí)在線控制溶氧和殘余葡萄糖，實(shí)現(xiàn)酵母生長最大化，與PID或PID-l控制器相比，可提高23％的菌體量。Hocalar等(Hocalar A,Türker M.Model based control of minimal overflowmetabolite in technical scale fed-batch yeast fermentation[J].BiochemicalEngineering Journal)基于狀態(tài)估計(jì)算法構(gòu)建了狀態(tài)反饋線性控制策略，通過在控制算法中設(shè)定菌體濃度和在乙醇濃度，調(diào)節(jié)最小乙醇濃度來控制比生長速率，調(diào)整流加策略，成功實(shí)時(shí)控制乙醇濃度，以使生物質(zhì)生產(chǎn)率最大化。但是，對于大多數(shù)中小型酵母生產(chǎn)企業(yè)來講，這些方法并不十分適用，因?yàn)楦鼮橄冗M(jìn)的方法往往涉及復(fù)雜的控制設(shè)備和實(shí)施復(fù)雜控制算法，需要必要的輔助設(shè)備，這些額外且昂貴的投入是大多數(shù)中小型企業(yè)現(xiàn)代化道路上的一個(gè)嚴(yán)重障礙。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種投資低、操作簡單且生產(chǎn)成本較低的酵母高密度培養(yǎng)方法。

本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種高密度培養(yǎng)酵母的方法，所述方法以糖蜜為培養(yǎng)基碳源，結(jié)合指數(shù)流加和溶氧反饋脈沖流加策略對培養(yǎng)過程進(jìn)行控制；所述溶氧反饋脈沖流加策略是控制溶氧設(shè)定值為30-50％，當(dāng)溶氧低于設(shè)定值時(shí)停止補(bǔ)料，當(dāng)溶氧高于設(shè)定值時(shí)開始補(bǔ)料；發(fā)酵過程中停止補(bǔ)料后溶氧緩慢上升，開始補(bǔ)料后溶氧會緩慢下降。

在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，發(fā)酵過程pH為4.5-6.5。

在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，發(fā)酵溫度為26-34℃。