一种用于转化木糖生产木糖醇的活菌制剂及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种木糖醇生产用活性酵母菌制剂及其应用，尤其涉及一种用于转化木糖生产木糖醇的活酵母菌制剂及其应用，属于生物化工领域。
【背景技术】
[0002]木糖醇是一种白色结晶或结晶性粉末，属于五碳多元醇的一种。木糖醇甜度与蔗糖相当，代谢不需要胰岛素参与，是一种具有保健功能的甜味剂，主要用于食品加工行业。另外，木糖醇在医药、化工、皮革、涂料及等行业也有广泛用途。
[0003]传统的木糖醇生产工艺是以木糖为原料采用化学加氢法生产，其反应在高温高压下进行，加氢反应需要氢气，生产安全性要求高，危险性大。另外，化学加氢副产物较多，后续分离比较困难。自然环境中有些酵母菌株可以转化木糖产生木糖醇，可用于木糖醇的生产。利用酵母发酵转化木糖生产木糖醇，反应条件温和，过程控制简单，是木糖醇工业生产的理想的替代途径。近年来利用生物技术进行木糖转化木糖醇的研究非常活跃，并筛选出了一批具有工业开发价值的生产菌株，但其研究主要集中在原料的选择、菌种筛选及构建以及发酵工艺的优化等方面。
[0004]通常，微生物发酵生产都需要进行菌种扩大培养过程，即菌种培养从斜面菌种开始，然后通过逐级放大，最后进入主发酵阶段。然而，菌种扩大培养需要配备专门技术人员进行菌种保藏和管理，扩培过程也需要专门的设备和场地，人力和物力消耗巨大，限制了发酵生产的规模和拓展。
[0005]活性菌制剂是采用特定菌株、通过特定培养工艺和干燥工艺制成的仍然保持原菌体生理活性的固体菌制剂。其既可替代原菌体避免菌种扩培过程，简化生产步骤和减少投入，提高原料利用率；又可制备成作为商品出售的专用活性菌制剂，极为适用于微生物发酵生产。目前，在发酵行业中活菌制剂已经有比较广泛应用，比如酸奶的生产采用的酸奶发酵菌剂，酒精发酵应用的酒精干酵母用制剂，啤酒发酵生产用的啤酒干酵母等。但检索发现，有关用于生产木糖醇的活酵母菌制剂及其应用还未见报道。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种用于木糖醇生产的活性菌制剂及其应用，特别是一种用于转化木糖生产木糖醇的活性酵母菌制剂及其应用。
[0007]本发明所述的用于木糖醇生产的活性酵母菌制剂，有鲜酵母型活性菌制剂和干燥型活菌制剂两种，其特征在于:
[0008]所述鲜酵母型活性菌制剂的组分及含量以重量百分比计是:7K 65% -70%、木糖
0.65% -0.7%,木糖醇0.65% -0.7%,氯化钠0.65% -0.7%,余量为活菌率95 %以上的热带假丝酵母；
[0009]所述干燥型活菌制剂的组分及含量以重量百分比计是:水4% -6%、木糖
1.5% -2.0%、木糖醇0.65% -1.5%、氯化钠0.65% -1.5%，余量为活菌率80% -95%的热带假丝酵母；
[0010]其中，上述的热带假丝酵母是热带假丝酵母(Candida tropicalis) SFX-Y9菌株，该菌株已于2013年5月7日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏地址:中国武汉武汉大学，保藏编号为CCTCC No:M2013183o
[0011]本发明所述用于转化木糖生产木糖醇的活酵母菌制剂的制备方法，步骤是:
[0012](I)热带假丝酵母(Candida tropicalis) SFX-Y9菌株种子液制备；
[0013](2)通过流加补料的方式进行二级或三级培养，制得细胞浓度为40_45g/L的酵母菌培养液；
[0014](3)收集菌体细胞并用清水和保护剂溶液洗涤；
[0015](4)菌体细胞脱水制得鲜酵母型活菌制剂，或进一步干燥制成干燥型活菌制剂；
[0016]其特征在于:
[0017]步骤(I)所述种子液制备方法是:培养温度28-32 °C，培养时间20_24小时，pH维持在4.0以上；培养基组成以g/L为单位是:葡萄糖10-50，木糖10-50，MgSO40.1，KH2PO4L 0，NaCl 2.0，酵母浸粉 5-10 ；
[0018]步骤(2)所述培养条件是:培养温度28-32 °C，相对溶解氧浓度5_15% ;培养基组成以g/L为单位是:葡萄糖20-30，木糖20-30，MgSO40.1，KH2PO4L 5，ZnSO40.1，酵母浸粉1-5;其中，当培养液中葡萄糖耗尽后开始流加补料，流加物料中以重量体积(w/v)百分比计木糖浓度为50-70 %、酵母浸粉浓度为I %、玉米浆浓度为I %，流加速度与木糖消耗速度相当，流加时间控制在10-20小时；
[0019]步骤(3)所述保护剂溶液组成以g/L为单位是:木糖10、木糖醇10、氯化钠10。
[0020]本发明所述用于转化木糖生产木糖醇的活酵母菌制剂在木糖醇生产中的应用。
[0021]其中，所述应用的具体方法是:
[0022](I)菌剂活化:配制浓度为50_100g/L的木糖溶液，灭菌冷却后，将鲜酵母型菌制剂按45-55% (w/v)，或干燥型活菌制剂按10-20% (w/v)，投入到木糖溶液中，30 ±2°C搅拌活化0.5-2小时；
[0023](2)转化:将活化好的活菌剂按体积比5% -15%的比例加入到转化液中，所述转化液的组成为:木糖150-300g/L、酵母浸粉l_3g/L、玉米浆l_3g/L、硫酸镁0.lg/L、硫酸锌0.lg/L ;通风并搅拌，在温度28-32°C，控制转化液相对溶解氧浓度为0.5-5%, pH维持在4-4.5的条件下进行转化，当转化液中的木糖浓度降至10-0g/L时，结束转化，即获得含木糖醇的转化溶液。
[0024]上述转化过程中，转化罐使用常规好氧发酵罐，转化液制备及活性酵母菌制剂接入过程需无菌操作。
[0025]本发明中的发明人从自然环境中筛选到可以高效转化木糖生产木糖醇的热带假丝酵母菌株，并通过驯化培养、诱变选育和条件优化等手段选育获得了一株命名为热带假丝酵母(Candida tropicalis) SFX-Y9菌株，该菌株已于2013年5月7日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏地址:中国武汉武汉大学，保藏编号为CCTCC No:M 2013183。实验证实:该菌株在特定发酵条件下进行木糖醇发酵，可实现转化率85%以上，木糖醇平均产生速率达3.5g/l/h以上，是一株具有工业应用价值的菌株。在此基础上，为了进一步降低生物技术生产木糖醇的成本、简化生产工艺，本发明提出了一种用于转化木糖生产木糖醇的活性酵母菌制剂及其在转化木糖生产木糖醇中的应用方法，为木糖醇的工业化生产提供了一种低成本、生产步骤简化、原料利用率高的方法。
【具体实施方式】
[0026]实施例1酵母活性菌制剂的制备
[0027](I)菌体细胞培养
[0028]—级培养:首先将热带假丝酵母(Candida tropicalis) SFX-Y9菌株斜面进行转接活化，接种5L三角瓶(装液量1000ml)种子液，30°C，振荡培养20小时。
[0029]其中:种子液培养基组成(g/L):葡萄糖50，木糖20，MgSO40.1，KH2PO4L 0，NaCl2.0，酵母浸粉5。
[0030]二级培养(50L发酵罐):将培养好的一级种子液按接种量5% (v/v)的接种量接入到二级培养培养基(g/L)中(葡萄糖20，木糖20，MgSO40.LKH2PO4L 5，ZnSO40.1，酵母浸粉3)，维持相对溶解氧浓度10%，pH4.2，培养8小时葡萄糖耗尽，开始流加补料(补充料液组分以重量体积(w/v)百分比计是:木糖浓度70%、酵母浸粉浓度为1%、玉米浆浓度为1% )，控制流加速度与木糖消耗浓度相当(5_6g/l/h)。流加培养14小时，继续培养至木糖低于10g/L，结束培养。经分析培养液中菌体干重达38.6g/L。
[0031](2)菌体细胞收集和洗涤
[0032]离心收集菌体细胞，用菌体I倍体积的水洗涤2次，然后用保护剂溶液洗涤I次，8000rpm离心lOmin，倒去上清液得鲜酵母。其中:保护剂溶液组成(g/L):木糖10、木糖醇10、氯化钠10。
[0033](3)菌体细胞脱水、干燥
[0034]将步骤2得到的菌体细胞经小型酵母压榨机压榨，得到酵母菌体，经检测含水为70%，经分析活菌数比例达98.5%。即制得鲜酵母型菌制剂。
[0035]将步骤2得到的菌体细胞乳或泥离心得到的酵母菌体放入冷冻干燥机中进行冷冻干燥，冻干后的菌体，经分析含水4.5%，活菌比例达95%。即干燥型活菌制剂。
[0036]实施例2酵母活性菌制剂的制备
[0037](I)菌体细胞培养
[0038]—级培养:首先将热带假丝酵母(Candida tropicalis) SFX-Y9菌株斜面进行转接活化，接种5L三角瓶(装液量1000ml)种子液，30°C，振荡培养24小时。
[0039]其中:种子液培养基组成(g/L):葡萄糖50，木糖20，MgSO40.1，KH2PO4L 0，NaCl2.0，酵母浸粉5。
[0040]二级培养(10L发酵罐):将培养好的一级种子