一种发酵制备赖氨酸的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种发酵制备赖氨酸的方法，具体地，涉及一种在发酵过程中分阶段 控制发酵温度的发酵制备赖氨酸的方法。
【背景技术】
[0002] 赖氨酸又称2,6-二氨基己酸，分子式为C6H14O2N2，是白色或近白色自由流动的结 晶性粉末，易溶于水，几乎无臭。通常性质稳定，高温下易结块，碱性条件下加热易分解。赖 氨酸还是人体必需的八种基本氨基酸之一，能促进人体发育、增强免疫功能，并有提高中枢 神经组织功能的作用。赖氨酸分为L型(左旋）和D型(右旋)，只有L型能被生物利用。目 前，赖氨酸已成为全球第二大氨基酸工业，主要作为营养强化剂、鲜味剂、甜味剂、氨基酸衍 生物，氨基酸盐等用于饲料行业、食品行业和医药行业。其中，90%的L-赖氨酸的用于饲料 工业，10%用于食品和医药行业。
[0003] 1950年以前，由于赖氨酸生物合成途径没有充分被阐明，赖氨酸的生产大多采用 抽提法、化学合成法和酶法。I960年日本的木下祝郎等学者用紫外线照射谷氨酸棒杆菌得 到一株营养缺陷性变异株，从此工业上开始使用发酵法生产赖氨酸。随后，其它生产赖氨酸 的方法逐渐被发酵法所替代。目前，全世界90%以上企业采用发酵法生产赖氨酸。
[0004] CN102533891A公开了一种赖氨酸的生产方法，该方法将赖氨酸发酵菌种接入赖氨 酸发酵培养基中，在流加碳源和流加氮源的条件下，进行发酵培养，在发酵培养15小时后， 向发酵液中流加氯化钾、硫酸镁和硫酸锰等营养盐。CN102533890A公开了一种赖氨酸的生 产方法，该方法将赖氨酸发酵菌种接入赖氨酸发酵培养基中，在流加碳源和流加氮源的条 件下进行发酵培养，在发酵培养30小时后至发酵培养48小时内，向发酵液中补加赖氨酸发 酵菌种。CN1928104公开了一种赖氨酸发酵液的二次发酵技术，该技术通过将发酵结束的 赖氨酸发酵液调至适当的PH，然后向其中添加培养好的酵母，进行二次发酵，结果降低了残 糖，改善了发酵液粘度，同时改善了赖氨酸结晶粒度和色泽。CN101104863公开了一种赖氨 酸发酵方法，该方法包括如下步骤：将菌种从斜面试管到大种子瓶培养9-11小时后移到二 级种子罐，种量为0. 2-0. 3%，培养温度为38-40°C，培养时间为15-17小时；然后移入三级种 子罐,种量5-6%，培养9-11小时后移入发酵罐中进行发酵。
[0005] 但上述发酵制备赖氨酸的方法，产赖氨酸浓度和发酵转化率均较低，并且能耗较 商。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服采用现有技术产赖氨酸浓度和发酵转化率均较低，以及能 耗高的缺点，提供一种发酵制备赖氨酸的方法，以提高产赖氨酸浓度和发酵转化率，并降低 能耗。
[0007] 本发明的发明人发现，采用现有技术发酵制备赖氨酸，产赖氨酸浓度和发酵转化 率均较低，以及能耗高的原因在于，现有技术在整个发酵过程中均是在相同的温度下进行， 或是将发酵温度控制在一定的范围内，或是在发酵前期的温度控制在比发酵后期较高的水 平上，例如，经典的赖氨酸发酵工艺。
[0008] 本发明的发明人却意外地发现，将赖氨酸发酵过程中发酵菌种前期的生长阶段的 温度先控制在较低的水平，然后再在后期的产酸阶段将温度控制在较高的水平，这样虽然 不能使发酵菌种在发酵前期进行大量生长，但本发明的发明人却惊奇的发现，这种状态下 的发酵菌种在进入产酸期后其发酵水平却得到了显著的提高。这主要是：一方面，菌种的快 速生长在一定程度上得到了抑制，而会在正常水平上进行生长，使其进入产酸期后更倾向 于产酸，从而使得其用于自身生长的营养物质减少，使得用于产酸的营养物质得到了提高， 因此，能够提高糖酸转化率；另一方面，在进入大量产酸阶段后适当提高发酵温度，在保证 溶氧量的前提下，更有利于用于产酸的酶系统发挥作用，从而使得产酸量增加。
[0009] 基于以上发现，本发明提供了一种发酵制备赖氨酸的方法，该方法包括，将赖氨 酸发酵菌种接入赖氨酸发酵培养基中，在流加碳源和流加氮源的条件下，进行发酵以生成 赖氨酸，所述发酵过程包括菌种生长阶段和菌种产酸阶段，在菌种生长阶段的发酵温度为 30-38°C，在菌种产酸阶段的发酵温度为32-42°C，且在菌种生长阶段的发酵温度低于在菌 种产酸阶段的发酵温度。
[0010] 优选地，在菌种生长阶段的发酵温度比在菌种产酸阶段的发酵温度低〇. 5-5°C。
[0011] 优选的，该方法还包括，在所述发酵的过程中向发酵培养基中加入碱性物质的步 骤。
[0012] 采用上述技术方案来生产赖氨酸，有效地提高了产赖氨酸浓度和发酵转化率，并 且降低了能耗。
[0013] 本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【具体实施方式】
[0014] 以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体 实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0015] 本发明提供了一种发酵制备赖氨酸的方法，该方法包括，一种发酵制备赖氨酸的 方法，该方法包括，将赖氨酸发酵菌种接入赖氨酸发酵培养基中，在流加碳源和流加氮源的 条件下，进行发酵以生成赖氨酸，所述发酵过程包括菌种生长阶段和菌种产酸阶段，在菌种 生长阶段的发酵温度为30-38°C，在菌种产酸阶段的发酵温度为32-42°C，且在菌种生长阶 段的发酵温度低于在菌种产酸阶段的发酵温度。
[0016] 本发明中，术语"菌种生长阶段"是指将赖氨酸发酵菌种接种至发酵培养基中开始 至赖氨酸的生成速率达到5g/L/h时的发酵时间段，"菌种产酸阶段"是指赖氨酸的生成速率 大于5g/L/h时至发酵结束时的发酵时间段。根据本发明的发明人的实际经验，当将赖氨酸 发酵菌种接种至发酵培养基中开始至发酵12小时时，赖氨酸的生成速率可达到5g/L/h，因 此，在实际的操作过程中，还可以以此时间点作为菌种生长阶段和产酸阶段的分界点，对发 酵过程中的温度进行如上的分阶段式控制。
[0017] 根据本发明，将菌种生长阶段的温度先控制在30-38°C，当发酵菌种进入产酸阶段 后再将温度控制在32-42°C，同时保证在菌种生长阶段的发酵温度低于菌种产酸阶段的发 酵温度。这样在菌种生长阶段可以在一定程度上抑制发酵菌种的快速生长，使其更倾向于 向产酸阶段发展，从而使得发酵菌种用于自身生长的营养物质减少，使得糖酸转化率提高。 当发酵菌种进入产酸阶段，由于菌种已经进入了生长的稳定期，开始大量合成发酵产物，发 酵菌种也难以再向其大量生长的方向发展，此时提高发酵温度有利于赖氨酸合成途径中的 各种酶发挥作用，从而，可以提高发酵水平。
[0018] 优选地，当菌种生长阶段的发酵温度为32-36°C，菌种产酸阶段的发酵温度为 35-39°C时，更有利于发酵水平的提高，并进一步降低能耗。
[0019] 本发明的发明人惊奇的发现，当菌种生长阶段的发酵温度比菌种产酸阶段的发酵 温度低0. 5-5°C，优选2-3. 5°C时，在发酵过程中当发酵温度改变时，发酵菌种受发酵温度 变化的影响较小，从而能够更快的适应菌种产酸阶段的环境。
[0020] 根据本发明，对发酵过程中的温度进行控制的方法可以采用本领域公知的任意方 法，例如，可以通过电极加热和/或冷却水循环的方法进行控制。
[0021] 本发明中，以接种后且流加碳源和流加氮源之前发酵罐中的培养液为基准，赖氨 酸发酵菌种的接种量为5-20体积％，优选为10-15体积％。
[0022] 其中，流加碳源的量使培养液中还原性糖的浓度控制在2-12克/升，优选5-10克 /升，流加氮源的量使培养液中氮的浓度控制在〇. 35-1. 2克/升，优选0. 5-1克/升。此 处"流加碳源的量使培养液中还原性糖的浓度控制在2-12克/升，优选5-10克/升，流加 氮源的量使培养液中氮的浓度控制在〇. 35-1. 2克/升，优选0. 5-1克/升"是指通过控制 流