一种用于温敏型菌种发酵生产谷氨酸的发酵培养基和利用其生产谷氨酸的发酵方法及应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物发酵工程技术领域，尤其是一种用于温敏型菌种发酵生产谷氨酸 的发酵培养基和利用其生产谷氨酸的发酵方法和应用。
【背景技术】
[0002] 无机盐是微生物生命活动不可缺少的物质。谷氨酸发酵过程中需要磷、钾等营养 元素，磷是无机盐中代谢过程中氧化磷酸化的主要元素，它也是核酸、磷脂、某些辅酶的组 成成分；高能磷酸键在能量贮存与传递中起着重要的作用，磷酸盐还是一种重要的缓冲剂。 在谷氨酸发酵中也不例外，磷含量的高低对其影响很大，磷浓度过高，菌体代谢有转向合成 撷氨酸的倾向。磷浓度过低，菌体生长不好，表现为耗糖慢、残糖高，菌体生长缓慢。生产中 经常使用磷酸氢二钠、磷酸氢二钾等磷酸盐提供磷元素；氯化钾（KC1)提供钾元素。
[0003] 目前在国内的众多味精生产企业中，所使用的生产工艺还主要是生物素"亚适量 (包括超亚适量）"型谷氨酸发酵生产工艺。该工艺通过控制培养基中生物素的浓度，使菌 种在发酵过程的特定阶段由长菌型细胞转型为产酸型细胞。由于该工艺对生物素浓度非常 敏感，生产企业对于原料以及工艺控制必须非常严格。但在实际生产中，鉴于原料生物素含 量的测定非常困难，往往经验成份占相当比重，所以易引起生产水平的波动，不利于企业生 产的稳定；随着经济的发展，作为味精生产的基础原料-粮食价格上涨，我国味精行业使用 大量的谷物作为原料，并且由于原辅料不断调价，加上治理污水费用巨大，能源消耗不断加 大，直接导致味精生产企业成本加大，利润偏低，甚至有的厂家处于亏损边缘。因此应用生 产性能优量的菌种和采用粗原料代替精原料是谷氨酸发酵的主要研究方向。
[0004] 温敏型谷氨酸发酵工艺是采用温度敏感型菌株强制发酵谷氨酸，不需要控制培养 基中生物素的亚适量，仅需通过物理方式（变换温度）就可改变谷氨酸产生菌细胞膜的通 透性，完成谷氨酸生产菌由生长型细胞向产酸型细胞的转变，从而避免了因原料中生物素 含量变化而造成产酸不稳定的现象，温敏型菌种不仅可以利用生物素含量高的原料如糖 蜜、薯干等直接进行发酵生产，而且可以利用淀粉质原料。同时可使发酵过程稳定且粗放， 发酵周期短，设备利用率高，降低能耗与冷却水单耗，节约成本等。另外，由于在采用温度敏 感型菌株强制发酵过程中不存在生物素亚适量问题，生物素可以大过量，从而可强化菌体 内〇) 2固定反应，提高谷氨酸对糖的转化率，达到高产酸、高转化率的目的。
[0005] 目前，谷氨酸的需求量较大，使用现有的发酵培养基发酵生产的谷氨酸，不仅比产 酸速率较低、发酵周期较长，而且，现有的发酵培养基大都使用磷酸盐，但在配制过程中由 于磷酸盐完全溶于水需要的时间较长，容易造成发酵培养基的混合不均匀，从而导致产酸 率及转化率下降，且延长了工作周期，降低了生产效率。由此可见，现有的发酵生产的谷氨 酸的发酵培养基已经不能完全满足使用需求，亟需一种新的发酵生产谷氨酸的发酵培养 基。
[0006] 通过检索，发现如下两篇与本专利申请相关的专利公开文献：
[0007] 1、玉米浸泡水用于温敏型发酵工艺生产谷氨酸的方法（CN102154396A)，该方法是 用玉米浸泡水代替温敏型发酵工艺中的玉米浆制备发酵培养基，发酵生产谷氨酸。本发明 在不增加任何额外设备和人力投入的情况下，缩短了整个发酵周期，并大幅提高了 L-谷氨 酸的产量（147g/L以上）和转化率（64%以上），该工艺技术操作方便，节水节能，有利于降 低谷氨酸的发酵成本，适于在生产中全面推广。
[0008] 2、磷酸盐用量对谷氨酸发酵影响的研究（作者：刘利锋，于卫红，发酵科技通讯 第36卷），为了提高谷氨酸的产酸率，从培养基的配方中寻找突破口。首先从增加钾盐考 虑，将磷酸氢二钾的用量由〇. 17%增加到0. 20%。从试验结果看产酸低，原因是：整个发 酵过程中，磷盐的多少与菌体变形及生长速度有很大的关系，磷盐多，菌体短而粗，自10~ 20h，菌体大量增殖，并且耗糖，最终导致耗脲少，产酸低，确定用16 %的双酶糖的培养基中， 用磷酸氢二钾〇. 14%的用量较好，其产酸率平稳，平均10. 55%，转化率平稳且较高，平均 65.95%。在实际生产操作工程中，磷酸盐的溶解速度比较慢，磷酸盐完全溶于水需要的时 间较长，容易造成发酵培养基的混合不均匀，增加了发酵培养基的配制时间，从而降低了生 产效率。
[0009] 通过对比，本发明专利申请与上述专利公开文献存在本质的不同。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种用于温敏型菌种发酵生产 谷氨酸的发酵培养基和利用其生产谷氨酸的发酵方法及应用，该发酵培养基能够提高比产 酸速率、缩短发酵周期、促进菌体产酸、提高产酸率及糖酸转化率，而且该培养基在配制过 程中溶于水需要的时间较短，发酵培养基混合均匀，缩短了发酵培养基的配制时间，提高了 生产效率；同时，该发酵方法操作简便，生产成本较低，十分适合于工业化生产。
[0011] 本发明实现发明目的所采用的技术方案为：
[0012] 一种用于温敏型菌种发酵生产谷氨酸的发酵培养基，其组成成份及各成分在该配 方中的终浓度为：
[0013] 玉米淀粉水解糖165~205g/L，玉米浆15~30g/L，糖蜜10~18g/L，甜菜 碱 0? 5-1. 5g/L，豆柏水解液 5 ~10g/L，H3P043 ~8g/L，MgS04 ? 7H20 1. 25 ~1. 75g/L， MnS04 ? 7H20 0? 064 ~0? 084g/L，FeS04 ? 7H20 0? 055 ~0? 085g/L，KC1 3 ~6g/L，苏氨酸 0. 08~0. 15g/L，丁二酸0. 8-1. 2g/L，消泡剂0. 1~0. 3g/L，溶剂为水，用碱中和磷酸使发 酵培养基的pH为6. 8~7.0。
[0014] 而且，所述玉米淀粉水解糖的质量浓度为30-35%。
[0015] 而且，所述玉米浆的浓度为18-25波美度。
[0016]而且，所述豆柏水解液的总氮含量为2~5g/100mL，氨基态氮含量为1~ 3g/100mL。
[0017] 而且，所述碱为氢氧化钠、碳酸钠、氨水或氢氧化钾。
[0018] 如上所述的发酵培养基在发酵生产谷氨酸中的应用。
[0019] 利用如上所述的发酵培养基生产谷氨酸的发酵方法，步骤如下：
[0020] ⑴配料：按照配比，将各种原料称量好，溶解完全配制成发酵培养基；
[0021] ⑵灭菌：将配好的发酵培养基灭菌，温度108~110°C、维持时间8~10分钟，使 灭菌的培养基在发酵罐内降温至33°C等待接种；
[0022] ⑶将0D值为0. 3~0. 8的温敏型谷氨酸生产菌种子液按种子培养液：发酵培养基 的体积比为10~15%比例接入发酵培养基中；发酵温度控制在32~40°C;补充氮源至pH 为6. 8~7. 2,控制通气量为2~10L/min ;发酵周期为24-28h，即得谷氨酸。
[0023] 而且，所述步骤⑶中的发酵过程中，当发酵培养基中残糖浓度低于0. 5-1. 5 %时， 通过流加玉米淀粉水解糖的方式使发酵培养基中残糖浓度维持在〇. 5-1 %之间，流加玉米 淀粉水解糖的质量浓度为50-70%。
[0024] 而且，所述温敏型谷氨酸生产菌种子液的制备步骤如下：
[0025]⑴菌种活化：取斜面保藏菌种1~2环接种于装有种子培养基的斜面试管中， 31~33°C恒温静置培养24h ;
[0026]⑵种子培养：将己灭菌的装有100~200mL种子培养基的三角瓶内接入活化菌种， 31~33°C振荡培养12~18h，得0D值为0. 3~0. 8的菌株活化液，，置于4°C冰箱冷藏备 用。
[0027]本发明取得的优点和积极效果是：
[0028] 1、本培养基中合适的碳源、氮源、碳氮比以及磷含量提高了比产酸速率，促进菌体 产酸，最终产酸水平得到了显著提升，可提高5. 5%左右，提高了谷氨酸得率和糖酸转化率， 而且该培养基中使用磷酸代替温敏型菌种发酵生产谷氨酸培养基中的磷酸盐，该培养基在 配制过程中溶于水需要的时间较短，发酵培养基混合均匀，缩短了发酵培养基的配制时间， 同时，利用碱性物质对发酵培养基进行中和，使发酵培养基的PH符合菌体生长要求，提高 了生产效率，具有广阔的工业应用前景。
[0029] 2、发酵培养基中的糖浓度对谷氨酸发酵有很大影响，在一定范围内谷氨酸产量随 糖浓度增加而增加，但是糖浓度过高，由于渗透压增大，影响菌体生长，使发酵周期延长，产 酸不易稳定，因此本发酵方法采用浓度较低的玉米淀粉水解糖用来配制培养基，在发酵培 养过程中采用流加较高浓度的玉米淀粉水解糖到发酵培养基中以维持菌体生长及产酸的 需要；氮源是合成菌体蛋白质、核酸等含氮物质和合成氨基酸氨基的来源，同时在发酵过程 中一部分氨用于调节PH值，形成谷氨酸盐，因此谷氨酸发酵需要的氮源比一般发酵工业高 一些；同时，磷是某些蛋白质和和核酸的组成成分，磷量对谷氨酸的影响很大，磷浓度过高 时，菌体的代谢转向合成缬氨酸，但磷含量过低，菌体生长不好，本发酵方法使用磷酸代替 温敏型菌种发酵生产谷氨酸培养基中的磷酸盐，该培养基在配制过程中溶于水需要的时间 较短，发酵培养基混合均匀，缩短了发酵培养基的配制时间；量好的培养基配比可以充分发 挥生产菌种的生物合成能力，使之达到最大的生产效果。
[0030] 3、本发酵方法与现有生产工艺相比不增加任何额外设备和人力投入的情况下，大 幅提高了谷氨酸的产酸率（19%以上）和转化率（68%以上），整个发酵过程操作简便，生产 成本较低，十分适合于工业化生产。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合实施例，对本发明进一步说明；下述实施例是说明性的，不是限定性的， 不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
[0032]本发明中所使用的原料，如无特殊说明，均为常规的市售产品；本发明中所使