以小麥糖漿與玉米糖漿為碳源在賴氨酸發(fā)酵生產(chǎn)中的應(yīng)用

李朝波，翟秀超，王鵬飛，蔣 微

無(wú)錫中糧工程科技有限公司 (無(wú)錫 214035)

賴氨酸是人類和動(dòng)物必需氨基酸之一，可作為食品和飼料的添加劑，強(qiáng)化食品和飼料的營(yíng)養(yǎng)，是世界上僅次于味精的第二大氨基酸產(chǎn)業(yè)。我國(guó)賴氨酸市場(chǎng)經(jīng)過(guò)十余年的飛速發(fā)展，已成為世界上賴氨酸生產(chǎn)、消費(fèi)第一大國(guó)[1]。目前，L-賴氨酸的生產(chǎn)方法多為微生物發(fā)酵法，在我國(guó)L-賴氨酸生產(chǎn)主要是以玉米為原料，經(jīng)過(guò)濕磨制成淀粉乳，然后再制成葡萄糖作為微生物發(fā)酵的碳源。由于我國(guó)的玉米價(jià)格比小麥價(jià)格便宜，而且玉米比小麥的生產(chǎn)成本低，所以在我國(guó)以小麥為原料生產(chǎn)葡萄糖并以此作為L(zhǎng)-賴氨酸發(fā)酵的碳源更是少之又少。反之由于俄羅斯、白俄羅斯等國(guó)家獨(dú)特的地理氣候，加上機(jī)械化程度高，種植成本低，使得小麥淀粉在此地區(qū)的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)非常明顯。本試驗(yàn)以玉米糖漿和小麥糖漿為原料，采用同等工藝和方法生產(chǎn)L-賴氨酸，對(duì)比在發(fā)酵產(chǎn)酸上的差異，希望能夠在以后設(shè)計(jì)過(guò)程中得以借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1菌種

L-賴氨酸生產(chǎn)菌，Corynebacterium glutamicum JULY1801菌株。

1.1.2主要原材料

(1)玉米葡萄糖漿：DE值98.6%；濃度58%；澄清度90%；pH值4.5。

(2)小麥葡萄糖漿：DE值98.4% ；濃度58%；澄清度88% ；pH值4.6。

1.1.3設(shè)備與儀器

5 m3一級(jí)種子罐；55 m3二級(jí)種子罐；500 m3發(fā)酵罐；721型分光光度計(jì)，上海菁華科技儀器有限公司；M100型生物傳感分析儀，深圳市西爾曼科技有限公司； E-10型銨離子分析儀，深圳市西爾曼科技有限公司等。

1.2 方法

1.2.1培養(yǎng)

分別采用玉米糖漿、小麥糖漿為原料，各生產(chǎn)3批賴氨酸發(fā)酵液，進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

(1)種子培養(yǎng)

將一級(jí)種子按5%接種量接入二級(jí)種子罐中，初始裝液量40 m3。用液氨調(diào)節(jié)pH值至7.0，pH值范圍6.9～7.0；初始通風(fēng)量500 m3/h進(jìn)行培養(yǎng)，若溶氧還不足，再提二級(jí)種子罐風(fēng)量，風(fēng)壓0.08～0.10 MPa；待種子培養(yǎng)液OD562值在0.8左右時(shí)，全部量接入發(fā)酵罐中。

(2)發(fā)酵培養(yǎng)

將二級(jí)種子罐內(nèi)種子液接入到500 m3發(fā)酵罐中，初始裝液量180 m3。pH值通過(guò)流加液氨控制在6.9～7.0；初始通氣量為3 000 m3/h，根據(jù)產(chǎn)酸、OD、DO等因素提發(fā)酵罐風(fēng)量，風(fēng)壓0.08～0.10 MPa；培養(yǎng)溫度37 ℃。當(dāng)殘?zhí)呛虯N降至一定值時(shí)，將葡萄糖和硫酸銨溶液流加到發(fā)酵罐中；并以泡敵消泡防止泡沫外逃[2]。

1.2.2測(cè)定方法

菌體含量的測(cè)定，以O(shè)D值表示，發(fā)酵液稀釋50倍后，用721分光光度計(jì)在波長(zhǎng)562 nm下測(cè)量吸光度；殘?zhí)呛康臏y(cè)定，采用生物傳感分析儀；氨氮含量的測(cè)定，采用銨離子分析儀；L-賴氨酸含量的測(cè)定，采用生物傳感分析儀；溶氧的測(cè)定，采用溶氧電極[3]。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同碳源對(duì)L- 賴氨酸發(fā)酵產(chǎn)酸的影響

以玉米糖漿和小麥糖漿為碳源分別發(fā)酵3批，取具有代表性的一批進(jìn)行比較,測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

表1 玉米糖漿對(duì) L- 賴氨酸發(fā)酵產(chǎn)酸的影響

表2 小麥糖漿對(duì) L- 賴氨酸發(fā)酵產(chǎn)酸的影響

由表1、表2可知，以玉米糖漿和小麥糖漿為碳源，在L-賴氨酸產(chǎn)酸上有差異。

2.2 不同碳源對(duì) L-賴氨酸發(fā)酵OD值的影響

分別選取玉米糖漿和小麥糖漿作為L(zhǎng)-賴氨酸發(fā)酵碳源，通過(guò)流加糖漿進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵罐培養(yǎng)42 h。

2.2.1不同碳源對(duì) L- 賴氨酸發(fā)酵菌體生長(zhǎng)的影響

由圖1可以看出，不同碳源對(duì)L-賴氨酸生產(chǎn)菌的生長(zhǎng)影響不大。兩種不同碳源，在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的時(shí)間段基本一致， 即均在12 h前期以玉米糖漿為碳源的菌體活躍，但在12～36 h之間，以小麥糖漿為碳源的菌體生長(zhǎng)速度較快，主要原因是小麥糖漿的成分復(fù)雜，菌體獲取了一些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)導(dǎo)致在中期大量繁殖。

圖1 不同碳源對(duì) L- 賴氨酸發(fā)酵菌體生長(zhǎng)的影響

2.2.2不同糖漿對(duì) L- 賴氨酸發(fā)酵產(chǎn)酸的影響

由圖2可以看出，不同糖漿對(duì)L-賴氨酸產(chǎn)酸的影響有差異。在0～36 h期間，以玉米糖漿和小麥糖漿為碳源進(jìn)行發(fā)酵，產(chǎn)酸量基本相差不大，但是到了36 h之后，玉米糖漿的產(chǎn)酸量略大于小麥糖漿的產(chǎn)酸量。

圖2 不同糖漿對(duì) L- 賴氨酸發(fā)酵產(chǎn)酸的影響

3 結(jié)論

影響L-賴氨酸發(fā)酵指標(biāo)的因素有很多，如菌種、培養(yǎng)基配方、培養(yǎng)條件、發(fā)酵過(guò)程控制等。為具有可比性，本試驗(yàn)除了糖漿不一樣外，其它均選擇同等的條件進(jìn)行培養(yǎng)發(fā)酵，隨著發(fā)酵時(shí)間的增加，玉米糖漿的產(chǎn)酸量會(huì)略有優(yōu)勢(shì)。在發(fā)酵時(shí)間為42 h時(shí)，玉米糖漿作為L(zhǎng)-賴氨酸發(fā)酵的碳源比小麥糖漿在產(chǎn)酸上要高出20 g/L左右，而且相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)化率也較高。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：由于小麥糖漿中成分復(fù)雜，含有的脂肪和一些不可見(jiàn)成分比較多，導(dǎo)致在發(fā)酵過(guò)程中不僅容易產(chǎn)生泡沫，還會(huì)影響賴氨酸的產(chǎn)酸。在發(fā)酵時(shí)間為36～42 h時(shí)，小麥糖漿與玉米糖漿的產(chǎn)酸相差10～20 g/L左右。所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候要充分考慮這一因素，不能單從糖漿主體指標(biāo)符合要求來(lái)判斷。