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      谷氨酸發(fā)酵廢液在聚谷氨酸發(fā)酵中的應(yīng)用試驗研究

      2020-10-21 06:34:49張英
      種子科技 2020年2期
      關(guān)鍵詞:氮源水解

      張英

      摘? ?要:谷氨酸廢水中谷氨酸含量在2 g/L左右,同時含有大量的銨鹽,pH值在3.5左右,試驗主要研究谷氨酸廢水在多聚谷氨酸中應(yīng)用的可行性。通過單因素試驗,得到最佳的處理條件是使用酸性蛋白酶進行水解處理,溫度50 ℃,水解10 h,然后按照聚谷氨酸發(fā)酵所需氮源要求,將谷氨酸廢水與玉米漿進行不同比例配合使用,以此來替代聚谷氨酸發(fā)酵所需的氮源。

      關(guān)鍵詞:谷氨酸廢液 ;水解;氮源;聚谷氨酸

      聚谷氨酸-是一種由 L-谷氨酸和 D-谷氨酸單體通過酰胺鍵聚合而成的多肽分子,基本骨架是由r-酰胺鍵聚合而成的多肽分子,主鏈含有大量肽鍵,可在特定環(huán)境下降解成短肽小分子或氨基酸單體,具有水溶性、生物可降解性、金屬螯合性、生物相容性等[1]。聚谷氨酸應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,包括農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)保、食品和化妝品等。聚谷氨酸的制造方法主要有4種:提取法、化學(xué)合成法、酶轉(zhuǎn)化法和微生物發(fā)酵法[2-4]。谷氨酸廢液是一種有機廢水,具有pH值低、硫酸根含量高、COD含量高等特點,同時還含有一部分谷氨酸、還原糖及氨氮,濃縮做成有機肥料是一種處理辦法,但是能源消耗較大。本文主要通過正交試驗驗證谷氨酸廢水在聚谷氨酸發(fā)酵中的應(yīng)用[5]。

      1? ?材料與方法

      1.1? ?材料

      谷氨酸廢水:500 mL,取自蛋白車間,加熱50 ℃,加入0.5 g/L酸性蛋白酶水解10 h,再加熱煮沸 2 min 滅活酶,過濾待用;固體發(fā)酵培養(yǎng)基:葡萄糖1%和5%的谷氨酸鈉,硫酸鎂、硫酸亞鐵、硫酸錳(pH值7.0)與玉米漿按照3∶1的比例攪拌均勻,110 ℃滅菌20 min。寧夏伊品生物科技有限公司;枯草芽孢桿菌 (Bacillus subtilis),研發(fā)中心保藏 (nxyp202123);酸性蛋白酶(20萬U/g):江蘇銳陽生物科技有限公司;其他試劑均為國產(chǎn)分析純試劑。

      1.2? ?試驗儀器

      KL-30 立式壓力蒸汽滅菌鍋;UV-1100 紫外可見分光光度計;KHLB200柜式恒溫冷凍搖床;BCD-256KFA 冰箱;TDL-5-A 多管離心機;SW-CJ-1F 凈化工作臺。

      1.3? ?5 L發(fā)酵罐產(chǎn)聚谷氨酸方法

      1.3.1? ?菌種

      枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis,nxyp202123),由寧夏伊品生物科技有限公司保藏并提供。

      1.3.2? ?培養(yǎng)基

      (1)對照培養(yǎng)基:葡萄糖40 g/L,谷氨酸鈉200 g/L,NaCl 10 g/L,MgSO4·7H2O 1.0 g/L,CaCl2、KH2PO40.75 g/L,玉米漿100 mL,酵母膏40 g/L。

      (2)加谷氨酸廢水培養(yǎng)基,將廢水水解液以不同比例混合。發(fā)酵離心后的濕菌體,按照物理、化學(xué)、生物酶解進行單因素優(yōu)化試驗。

      (3)發(fā)酵方案:以正常培養(yǎng)基為對照組,氮源替代培養(yǎng)基為試驗組,采用最優(yōu)的水解液制備方法,按照培養(yǎng)基中總氮相等的原則,考察不同替代程度下聚谷氨酸的產(chǎn)量,確定最優(yōu)替代方案。

      1.4? ?分析方法

      按照處理后的廢水按5%、10%、15%的梯度進行驗證。發(fā)酵罐培養(yǎng)方法,定容至1.8 L,溫度 37 ℃,初始轉(zhuǎn)速 200 r/min,通風(fēng)量0.5 m3/h,通過自動流加液氨控制pH值維持在7.0~7.2,以泡敵消泡,通過溶氧反饋調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,維持罐內(nèi)溶氧水平為20%左右,通過一定脈沖比進行流加補糖,控制發(fā)酵液內(nèi)殘?zhí)菨舛缺3衷?0~15 g/L,培養(yǎng)時間 60 h。

      2? ?結(jié)果與分析

      2.1? ?谷氨酸廢水水解單因素試驗

      通過單因素試驗,確定廢水通過酸性蛋白酶水解,溫度50 ℃,水解10 h,氨基酸組分及其含量,運用全自動氨基酸分析儀進行測定,折算后干基中總氮含量在13.2%,高于酵母粉的總干基含量。

      2.2? ?水解后廢水添加量在發(fā)酵中的應(yīng)用

      通過單因素試驗,確定廢水添加比例為5%時,玉米漿15 g/L,酵母粉5 g/L,發(fā)酵各項指標(biāo)穩(wěn)定。對于枯草芽孢桿菌的發(fā)酵產(chǎn)物不同的氮源對其有著巨大的影響 根據(jù)上述單因素選取不同廢水添加量后發(fā)酵產(chǎn)酸見圖1,使用5%添加量的廢水,其產(chǎn)酸趨勢與對照基本保持一致。

      3? ?結(jié)論

      本試驗以枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis,nxyp202123)為出發(fā)菌株進行試驗,驗證了谷氨酸廢水在多聚谷氨酸中應(yīng)用的可行性。通過單因素試驗,得到最佳的處理條件是使用酸性蛋白酶進行水解處理,溫度在50 ℃,水解10 h,然后按照聚谷氨酸發(fā)酵所需氮源要求,結(jié)果表明,谷氨酸廢水通過處理后,可以替代聚谷氨酸發(fā)酵所需的部分氮源。

      參考文獻:

      [ 1 ] 賈玉萍,李秀娥,邱文旭,等.聚谷氨酸的研究及應(yīng)用進展[J].魯東大學(xué)學(xué)報,2019,35(2):122-128.

      [ 2 ] 景中建.聚谷氨酸的合成方法及應(yīng)用[J].廣東化工,2011,38(2):228-229.

      [ 3 ] 劉旭,武琳慧,劉姣姣,等.谷氨酸發(fā)酵廢菌體的水解與替代酵母膏生產(chǎn)多聚谷氨酸[J].環(huán)境工程學(xué)報,2018,12(8):2403,2411.

      [ 4 ] 黃敏,曾鳳彩.谷氨酸發(fā)酵廢液中菌體蛋白的應(yīng)用進展[J].發(fā)酵科技通訊,2013,42(1):49-50.

      [ 5 ] 楊小姣,馮雪榮,孫金斗,等.谷氨酸發(fā)酵廢水中提取菌體蛋白研究進展[J].中國釀造,2009(8):20-24.

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