发酵法生产衣康酸技术的研究_衣康酸发酵工艺条件的研究_

康酸发酵的影响如表 4 所示。
表 4 玉米浆对土曲霉 HAT418 衣康酸产率的影响
玉米浆浓度/ % 衣康酸产率/ g L- 1 菌体量/ g L- 1
0
35
03
01
77 0
96
0 15
80 5
12 8
02
82 3
0 25
83 5
15 2 16 6
03
82 0
17 5
0 35
77 6
18 1
04
75 4
30
70 2 54 5 58 5
58 50 45 42 48 75
35
57 8
48 17
40
尿素
10百度文库
20
56 7 39 6 43 5
47 25 33 00 36 25
25
43 2
36 00
30
43 1
35 92
结果表明, ( N H4) 2SO 4、NH 4NO 3 作为氮
源, 衣康 酸发 酵结 果比 较 理想, 6 0 g/ L 的
口服葡萄糖 蔗糖 山芋粉双酶糖化液 低脂玉米粉双酶糖化液
84 1 80 7 78 2 79 2
61 75 58 42 56 83 57 81
1 3 2 摇瓶发酵
500 mL 三角瓶分装 50 mL 发酵培养基, 产酸及糖酸转化率结果也比较理想, 但不能
用孢子悬液或液体种子以 10% 的接种量接 直接利用淀粉, 这是由于土曲霉菌分泌糖化
玉米淀粉双酶水解糖为碳源, NH4 NO 3 为主要氮源 , 摇瓶发酵 80 h 左右, 衣康酸产酸率达到 83 0~ 101 1 g / L , 糖酸转化率为 63 13% ~ 69 17% , 发酵残糖为 0 9~ 9 7 g / L 。 关键词 衣康酸, 发酵, 土曲霉, 转化率
衣康酸广泛应用于合成树脂、合成纤维、 塑料、造纸助剂 等化学工业[ 1] 。1960 年代, 上海溶 剂厂利用土曲霉 NRRL 1960 紫外线 诱变突变株, 以葡萄糖为原料生产衣康酸, 由 于产酸率、转化率较低, 产品成本高等原因没 有坚持下来。1990 年代初, 云南楚雄等地相 继进行 了以土曲霉为 生产菌株的 衣康酸生
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研
究
食品与发酵工业 Food and Fermentation Industr ies Vol 29 N o 4
报
种土 曲霉 HAT 418 孢 子 或 孢 子悬 液 36 ~
告
37 培养 5~ 7 d。
表 1 不同碳源对土曲霉 HAT418 衣康酸 产率的影响
1 3 培养方法 1 3 1 液体种子培养
Na Cl
0 15 0 18 0 01 02 03 04
82 9 81 3 80 2 81 1 82 0 82 5 81 4
从表 5 中的结果可以看出, C[ Mg2+ ] 对衣 康酸发酵有促进作用, 在 12% 的起始糖浓度
下, 适当的 C [ Mg2+ ] 为 6 0~ 6 5 g/ L 。在不加 Mg2+ 时, 菌体生长很弱, 产酸仅为 10 3 g/ L 。 有报道认为, M g2+ 对衣康酸生产菌土曲霉的
报
分别 是 0 125 g / L 和 0 15 g/ L。有 报 道认
告
为, Zn2+ 对土曲霉孢子的萌发有促进作用并
有利于菌丝的快速生长。在本实验中, 从菌
体量和菌丝镜检对照情况看添加与否略有差
山芋粉以及低脂玉米粉等都可以做为衣康酸
生产的原料。
2 1 1 2 起始糖浓度对衣康酸产率的影响
配制不同糖浓度的发酵培养基接种土曲
霉 HAT 418 孢子, 通过摇瓶发酵考查产酸情 况, 实验结果见表 2。
表 2 糖浓度对土曲霉 HAT418 衣康酸产率的影响
糖浓度 衣康酸产率 残 糖
糖酸转化率
/ g L- 1 100 120 140 160 180 200
研
第 29 卷 第 4 期 刘建军等: 发酵法生产衣康酸技术的研究
究
发酵法生产衣康酸技术的研究*
报 告
衣康酸发酵工艺条件的研究( )
刘建军1, 2 姜鲁燕2 李丕武2 赵祥颖2 田延军2 张家祥2 贾士儒1
1( 天津科技大学食品与生物工程学院, 天津, 300222) 2( 山东省食品发酵工程重点实验室, 济南, 250013)
/ g L- 1 71 3 83 0 94 9 101 1 103 2 104 2
/ g L- 1 09 11 97
34 2 50 6
/% 71 30 69 17 67 79 63 13 57 22 51 85
2 结果与分析
2 1 培养基的组成对土曲霉 HAT418 衣康 酸发酵的影响 2 1 1 碳源对土曲霉 HAT 418 衣康酸发酵 的影响 2 1 1 1 不同碳源对衣康酸产率的影响
种, 37 、200 r/ min 培养 72~ 96 h, 发酵结束 酶的能力缺失或糖化酶处于低水平, 因此以
测定衣康酸产率。
淀粉质原料生产衣康酸, 必须首先制备成土
1 4 分析方法 1 4 1 发酵产酸率的测定
酸碱滴定法[8] : 摇瓶发 酵结束后, 补充 水分使发酵液体积恢复到起始体积, 滤纸过 滤, 取清液测定衣康酸含量。 1 4 2 衣康酸定量测定
葡萄糖 40~ 50, NH 4N O 3 4 0, M gSO4 7H 2O 4 0, K 2H PO4 1, F eSO4 7H2O 0 04, ZnSO4 H2O 0 02, 玉米浆 1。pH 4~ 5。 1 2 2 发酵培养基( g/ L)
玉米淀粉水解糖 1 000 mL ( 葡萄糖 120 g 左右) , NH4N O3 3 0 , M gSO 4 7H2O 8 0, FeSO4 7H 2O 0 04, ZnSO 4 H2O 0 02, CaCl2 H2O 0 1, 玉米浆 1 5。pH2 5~ 3 0。 1 2 3 麸曲培养基
生长和产酸均有较显著的影响, 并能够提高
菌体的耐酸能力和产酸率, 这一点和本实验 结果是一致的。F e2+ 、Zn2+ 对衣康酸发酵有
一定影响, 但不显著, 适宜的 C[ Fe2+ ] 、C[ Zn2+ ]
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摘 要 以衣康酸高产菌株土曲霉 HAT 418 为出发菌株, 研究探讨 了不同碳 源、氮源、无机 盐类以 及温度、起始 pH 值等因素对衣康酸发酵的影响, 确定了较 优培养基组成和发酵工艺条件。 实验结 果表明, 土曲霉 HAT 418 适合于多种原 料的衣 康酸生 产, 如 玉米淀 粉、山 芋粉、低脂玉 米粉、蔗糖 、 口服葡萄糖等; 硝酸 铵、硫 酸铵是衣 康酸发酵的 最适氮源, 玉米浆 是必要的 辅助氮源; 适宜的 发酵 起始 pH 值在 2 5~ 3 0; 适宜的发酵温度为 36~ 37 ; M g 2+ 对土曲霉 HAT 418 菌 株的衣康 酸发酵 影响显著, 适量的 M g 2+ 是衣康酸 发酵必需 的; Ca2+ 可抑制 杂酸的 形成, 培 养基中 添加 0 1g/ L 的 CaCl2 可以使发酵液中衣康酸占总酸的比例提高 1 23% 。土曲霉 HAT 418 菌株以 120~ 160g / L 的
探讨。本文 报道了以 土曲霉 HAT 418 为衣 康酸生产菌株, 发酵生产衣康酸的培养基组 成、培养条件等工艺。
1 材料和方法
1 1 实验菌种 实验室保藏 菌株土曲霉 HAT 418 ( A s-
p ergill us terreus HAT 418) 。 1 2 培养基 1 2 1 种子培养基( g/ L)
产, 但由于菌种产酸水平较低, 生产工艺不完 善, 设备腐蚀严重等原因, 造成衣康酸生产成 本高、竞争力差, 不能连续生产[ 2, 3] 。为了进 一步降低生产成本, 国内外在衣康酸菌种选 育、发酵工艺、提取工艺及设备防腐等方面进 行了大量 的研究工 作[ 4~ 7] 。作者分 离选育 到一支高产衣康酸突变 株土曲霉 HAT 418, 并对衣康酸发酵工艺条件进行了详细的研究
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第 29 卷 第 4 期 刘建军等: 发酵法生产衣康酸技术的研究
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2 1 2 1 不同氮源对衣康酸产率的影响
衣康酸发酵以无机氮源为主, 玉米浆作
为辅助氮源也起着非常重要的作用。在其他
条件不变的情况下, 笔者对工业发酵常用的
几种无机氮源进行了考查, 结果如表 3 所示。
表 3 氮源对土曲霉 HAT418 衣康 酸产率的影响
结果如表 5 所示。
表 5 金属离子对土曲霉 HAT418 衣康酸发酵的影响
金属离子 M gSO4 7H2O
FeSO 4 7H 2O ZnSO 4 H2O
离子浓度/ g L - 1 0 4 45 50 55 60 65 70 0 01 0 125 0 15 0 175 0 0 09 0 12
衣康酸产率/ g L- 1 10 3 68 5 75 9 77 3 79 8 83 2 82 0 81 2 78 2 79 0 81 8 80 4 79 6 79 4 81 7 82 1
( NH 4) 2SO 4 和 3 0g/ L 的 NH4N O3 产酸结果
基本一致。
2 1 2 2 玉米浆对衣康酸发酵的影响
玉米浆除含有丰富的有机氮外, 还含有
多种营养因子和无机元素, 如生物素、磷等,
可促进菌体生长, 为菌体代谢提供各种辅酶
和酶的激活剂, 是衣康酸发酵中不可缺少的
营养添加剂。玉米浆 对土曲霉 HAT 418 衣
碘法( Friedkin 法) [ 9] 。 1 4 3 总糖测定
快速滴定法[ 8] 。
1 4 4 还原糖测定 裴林试剂滴定法[ 8] 。
1 4 5 菌体量的测定 培养结束后, 取一定体积的发酵液过滤,
收集菌体, 105 干燥至恒重, 称量计算菌体 量。
曲霉可以利用的葡萄糖。在实际生产中, 各
地可因地制宜选用原料, 淀粉、葡萄糖、蔗糖、
新鲜麸皮和水按质量比 1 ( 1 0~ 1 2) 的比例搅拌均匀, 分装三角瓶, 500 m L 三角 瓶装料 20 g, 0 1 M pa 灭菌 30 min, 冷却后接
第一作者: 博士研究生, 研究员。 * 山东省科技攻关计划课题( N o. 鲁科计字[ 94] 03 号)
收稿时间: 2002- 08- 12
选择工业上常用的几种碳源进行衣康酸 发酵实验, 结果如表 1。
结果表明, 该菌株以淀粉双酶水解糖、口 服葡萄糖为碳源, 产酸结果最好; 以蔗糖、山 芋粉双酶糖化液、低脂玉米粉双酶糖做碳源,
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由表 2 可知, 随着水解糖浓度的提高, 产 酸率增加, 但过高的糖浓度使得发酵残糖增 高, 糖酸转化率下降, 当糖浓度达到 160 g/ L 时, 发 酵残糖 为 9 7 g/ L , 糖 浓度 > 160 g/ L 时, 残糖明显增加, 糖酸转化率大幅度下降, 造成原料的浪费。另外, 过高的糖浓度给后 提取造成困难, 产品提取率下降。因此, 糖浓 度控制在 100~ 140 g/ L, 产酸及糖酸转化率 结果比较理想, 残糖也比较低, 有利于提高原 料的利用率和产品的提取回收率。 2 1 2 氮源对 HAT 418 衣康酸发酵的影响
氮源种类 ( NH4) 2SO 4
浓度
/ g L- 1 2 02 40
衣康酸产率
/ g L- 1 68 5 76 8
转化率
/% 57 08 64 00
60
81 9
68 25
80
78 3
65 25
N H4NO 3
15
30
75 5 81 4
62 92 67 83
45
78 9
65 75
50
N aN O3
25
18 4
结果表明, 不添加玉米浆菌体几乎不生 报 长; 添加量过高, 菌丝生长旺盛, 菌体量增加, 告
衣康酸产率下降, 合适的玉米浆添加量为
0 2% ~ 0 3% 。 2 1 3 金属离子对土曲霉 HAT 418 衣康酸
发酵的影响
2 1 3 1 Mg2+ 等金属离子对衣康酸发酵的
影响
依据衣康酸可能的生化代谢途径以及前 人的 研 究结 果, 实 验中 重 点 考 查 了 M g2+ ( M gSO4 7H 2O ) 、F e2+ ( FeSO 4 7H 2O) 、Zn2+ ( ZnSO4 H 2O ) 、N aCl 对衣康酸发酵的影响,
斜面菌种经 37 培养 6~ 7 d, 取一环菌
供 试 碳源
淀粉 淀粉双酶水解糖
衣康酸产率 糖酸转化率
/ g L- 1
/%
-
-
82 9
60 75
株分生孢子或孢子悬液 5 mL, 接种于装液量 为 50 m L 种子培养基的 500 m L 三角瓶中, 37 、200 r/ min 旋转培养 24 h。