一种调节pH提高全细胞催化生产酸的方法

本发明属于生物工程技术领域，具体涉及一种调节ph提高全细胞催化生产酸的方法。

背景技术：

酸是一种常见的、自然界广泛存在的，在建筑、食品、医药等领域具有广泛用途的多羟基己酸。如其可作为缓凝型水泥或混凝土减水剂，可作为食品的酸味调节剂等，此外其钙盐常作为补钙剂首选。目前，酸的生产方法主要有电解氧化法，生物酶法以及微生物发酵法。化学法副产品多反应不易控制且污染性大；酶法由于选择性高，其酸产品纯度得率高但酶的回收困难，其生产成本高。相对于酶法，微生物发酵法的可回收或再生性可大大降低成本因此工业上微生物发酵法应用更加广泛。氧化酸杆菌属由于酸生产效率高是葡糖糖酸生产的优选菌株，但是氧化酸杆菌在发酵过程中会利用酸，因此常规生产过程中会伴随生成大量副产品2-酮基酸。因此，为满足工业使用要求仍需对氧化酸杆菌生物催化生产酸的工艺进行调控研究。

技术实现要素：

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述的技术缺陷，提出了本发明。

因此，作为本发明其中一个方面，本发明克服现有技术中存在的产品副产品多的问题，提出了一种调节ph提高全细胞催化生产酸的方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种提高全细胞催化生产葡萄糖酸的方法，其包括，(1)将菌体与葡萄糖液混合，通风搅拌；(2)调节ph，并添加葡萄糖，进行发酵即可。

优选的，步骤(1)中，所述菌体包括氧化酸杆菌、弗氏葡糖杆菌中的一种或几种，所述菌体的浓度(干重)为0.5～10g/l；所述葡萄糖液的浓度为50～500g/l。

优选的，步骤(2)中，所述调节ph，其为待发酵过程中ph下降至低于4.0后添加碱液维持ph在3.0～4.0。

优选的，所述通风搅拌，其搅拌转速为150～600r/min，通入空气或氧气的通气量为0.05～3vvm。

优选的，步骤(1)和步骤(2)均在温度为25～35℃条件下进行。

优选的，所述添加葡萄糖为通过连续或半连续方式添加。

优选的，酸累积浓度可达30％以上，且副产品酮基酸含量低于0.5％。

本发明的有益效果：

本发明利用氧化酸杆菌生物转化制备酸，与化学法相比，底物转化率高，与酶法相比成本更低；在ph胁迫的作用下有效的提高了酸的得率，降低了副产品产率；此外，催化菌体细胞可多次回收利用进行新一轮的酸生产，该方法具有很好的实用性和工业化前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为实施例1中ph调节提高全细胞催化生产酸的反应历程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1：

在3l的生物反应罐中，加入1l葡萄糖液，初始葡萄糖浓度为100g/l，维持反应体系温度30℃、搅拌转速450r/min和通气量3.0vvm，接入氧化葡萄糖酸杆菌细胞2g(干重)进行全细胞催化，待发酵液ph下降至3.5后，启用ph控制，使用50％的氢氧化钠维持反应体系ph在3.5。发酵过程中采用半连续添料操作方式，每次添加50g葡萄糖(基于反应液体积)，确保反应体系葡萄糖浓度不低于5g/l。反应过程中每小时从发酵罐取样2ml，所取样品通过高效阴离子交换色谱分析其中葡萄糖、葡萄糖酸和2-酮基葡萄糖酸的含量，色谱条件：美国赛默飞ics5000型离子色谱，配置carbopac^tmpa10(2mm×250mm)色谱柱，pad积分安培检测器，柱温30℃，进样体积10μl；以18mmol/l氢氧化钠与200mmol/l的氢氧化钠为流动相进行二元梯度淋洗，流速0.3ml/min。其催化反应历程如图1所示，图中，横座标表示反应时间(h)，主纵座标表示葡萄糖添加量(g)和葡萄糖酸产量(g/l)，次纵座标表示ph和2-酮基葡萄糖酸产量(g/l)。发酵36h，葡萄糖酸浓度约为300g/l，2-酮基葡萄糖酸含量仅5g/l。

实施例2：

在3l的生物反应罐中，加入1l葡萄糖液，初始葡萄糖浓度为50g/l，维持反应体系温度30℃、搅拌转速500r/min和通气量2.0vvm，接入氧化葡萄糖酸杆菌细胞3g(干重)进行全细胞催化，使用50％的氢氧化钠维持反应体系ph在5.5。发酵过程中采用半连续添料操作方式，每次添加50g葡萄糖(基于反应液体积)，控制反应体系葡萄糖浓度不低于5g/l。反应过程中每小时从发酵罐取样2ml，所取样品通过高效阴离子交换色谱分析其中葡萄糖、葡萄糖酸和2-酮基葡萄糖酸的含量，色谱条件：美国赛默飞ics5000型离子色谱，配置carbopac^tmpa10(2mm×250mm)色谱柱，pad积分安培检测器，柱温30℃，进样体积10μl；以18mmol/l氢氧化钠与200mmol/l的氢氧化钠为流动相进行二元梯度淋洗，流速0.3ml/min。发酵36h，葡萄糖酸浓度约为250g/l，2-酮基葡萄糖酸含量约为35g/l。

实施例3：

在3l的生物反应罐中，加入1l葡萄糖液，初始葡萄糖浓度为50g/l，维持反应体系温度30℃、搅拌转速500r/min和通气量2.0vvm，接入氧化葡萄糖酸杆菌细胞5g(干重)进行全细胞催化，使用50％的氢氧化钠维持反应体系ph在2.5。发酵过程中采用半连续添料操作方式，每次添加50g葡萄糖(基于反应液体积)，控制反应体系葡萄糖浓度不低于5g/l。反应过程中每小时从发酵罐取样2ml，所取样品通过高效阴离子交换色谱分析其中葡萄糖、葡萄糖酸和2-酮基葡萄糖酸的含量，色谱条件：美国赛默飞ics5000型离子色谱，配置carbopac^tmpa10(2mm×250mm)色谱柱，pad积分安培检测器，柱温30℃，进样体积10μl；以18mmol/l氢氧化钠与200mmol/l的氢氧化钠为流动相进行二元梯度淋洗，流速0.3ml/min。发酵36h，葡萄糖酸浓度约为65g/l，2-酮基葡萄糖酸含量2g/l。

实施例4：

在3l的生物反应罐中，加入1l葡萄糖液，初始葡萄糖浓度为300g/l，维持反应体系温度30℃、搅拌转速500r/min和通气量3.0vvm，接入氧化葡萄糖酸杆菌细胞4g(干重)进行全细胞催化，待发酵液ph下降至3.5后，启用ph控制，使用50％的氢氧化钠维持反应体系ph在3.8，发酵反应48h。反应过程中每小时从发酵罐取样2ml，所取样品通过高效阴离子交换色谱分析其中葡萄糖、葡萄糖酸和2-酮基葡萄糖酸的含量，色谱条件：美国赛默飞ics5000型离子色谱，配置carbopac^tmpa10(2mm×250mm)色谱柱，pad积分安培检测器，柱温30℃，进样体积10μl；以18mmol/l氢氧化钠与200mmol/l的氢氧化钠为流动相进行二元梯度淋洗，流速0.3ml/min。发酵48h，葡萄糖酸浓度约为180g/l，2-酮基葡萄糖酸含量3g/l。

本发明采用氧化葡萄酸杆菌为催化菌种，常规发酵过程中起最适ph为5.5左右，但在此ph条件下葡萄糖发酵副产品2-酮基葡萄糖酸含量产生较多；本发明采用低ph胁迫以实现葡萄糖的高效定向生物氧化为葡萄糖酸；并通过连续或半连续补加葡萄糖，催化反应36h产品葡萄糖酸最高浓度可以超过300g/l，产率超过95％，葡萄糖酸单位产率超过8g/l/h，副产品2-酮基葡萄糖酸产量低于0.5％。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。