L-赖氨酸生产的氮源和生长因子替代与发酵条件优化

【摘要】L-赖氨酸是脂肪族碱性氨基酸一种，化学名称是2,6-二氨基已酸，是人、动物生长发育所需的八种必需氨基酸（它们是赖氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸及色氨酸）之一。是谷物蛋白第一限制氨基酸，在谷物食料中添加适量的赖氨酸，其蛋白质的生物价会提高很多，它是人和动物体内是自身不能合成的物质，必须从日常食物或者外界中摄取，赖氨酸是帮助其它营养物质被人体充分吸收和利用的关键物质,人体只有补充了足够的L-赖氨酸才能提高食物蛋白质的吸收和利用，达到均衡营养，对促进生物健康生长发育有着特殊重要意义、起着不可或缺的作用。全球约90%的赖氨酸用作饲料添加剂，约5%用作食品添加剂。目前国内外L-赖氨酸获取主要以微生物发酵方法生产，即以玉米淀粉乳制液体葡萄糖或结晶葡萄糖为主要原料，由特定微生物菌种在一定配方培养基及适宜培养控制条件下经生物发酵后提取、精制后获得。国内外生产赖氨酸企业普遍以硫酸铵、液氨、毛发粉（毛发氨基酸）作为氮源、及以玉米浆、糖蜜作为辅助氮源、生长因子。但毛发粉在投料使用过程中，会让人产生不适，并产生气味，且部分生产毛发粉厂家产品会有重金属超标现象，在生产中，使用的综合性价比也要低于玉米浆，自制液体葡萄糖来自玉米淀粉乳，而玉米浆是由加工玉米淀粉乳中的玉米浸泡液浓缩后获得，通过管线供应，方便企业使用。综上所述，尽量在赖氨酸发酵培养过程中减少或不使用毛发粉作为培养基，已经成为发酵培养基优化的重要研究内容与方向。甜菜碱作为新型培养基，现已大批使用在氨基酸（谷氨酸、赖氨酸、苏氨酸）发酵培养过程中，甜菜碱是一种从甜菜中发现的生物碱，其分子式为C5H11NO2。主要有维持细胞对酶的保护作用、抗盐持久性等特殊效应。甜菜碱盐酸盐中含有赖氨酸发酵所需大量生长因子，因来自甜菜提取物，并经过精制，所以添加效果要强于甜菜糖蜜，生化反应过程中甜菜碱盐酸盐作为甲基供体提供活性甲基，高半胱氨酸转变为蛋氨酸的过程，能够减少配料中蛋氨酸的添加，有利于降低生产成本。甜菜碱能够保护微生物避免受渗透压激变的影响提高了微生物的成活率，而且甜菜碱与很多催化生物酶具有很好的兼容性，甜菜碱有如此之多好处，引起氨基酸发酵行业人士高度关注，甜菜碱已成为氨基酸发酵的产酸促进剂，成为发酵行业研究的最新课题。具体研究如下：1、种子罐培养基优化以赖氨酸菌（黄色短杆菌）为生长菌，研究确定菌种在种子罐快速生长，保持菌种活力，缩短培养时间的氮源配方比例。在种子罐培养基中减少或不添加毛发粉后，因氮源配比数量减少，根据菌种生产需要适当增加其它氮源，我们以玉米浆作为补充，调高玉米浆比例以补充毛发粉减少量。通过试验确定种子罐配料可以不使用毛发粉，增加玉米浆的配料比例，将玉米浆配料比例提高到9%，可实现种子罐OD值快速生长，效果基本与添加毛发粉一致，并缩短培养时间。2、发酵罐培养基优化在发酵罐培养中，当菌种繁殖到一定程度，需代谢赖氨酸。因此我们着力研究经济而环保的培养基原材料。试验生产不使用毛发粉，提高玉米浆在培养基中比例到3.1%，不使用甜菜糖蜜，提高甜菜碱在培养基中比例到0.32%，减少蛋氨酸在培养基中的比例，将蛋氨酸添加量降低到0.013%，调整并优化培养基成分，在发酵罐培养中用苏氨酸生产离心工序中产生的母液代替商品苏氨酸用在配料中，节省商品苏氨酸的使用量，商品苏氨酸是固体，而苏氨酸母液是液体，使用苏氨酸母液不但降低了包装与干燥成本，并消化处理了苏氨酸母液，苏氨酸母液未加入发酵时，经常回配系统，增加处理成本。在发酵培养控制中，原补料时用双酶法制葡萄糖，现试验用结晶糖母液按一定比例与葡萄糖液混合用做发酵碳源，减少了液体葡萄糖的使用量，并消化过理了难已处理的结晶糖母液，实现了培养基的原料的综合利用，发酵结束放罐产酸率在18.5g/dl-19.2g/dl,糖酸转化率达到68-70%，分别较原有培养基：发酵产酸率提高0.04g/dl,转化率提高2%，缩短培养时间4hr、达到了减少能源消耗，降低生产成本的目的。并减轻环保压力，达到了降低生产成本的目
【作者】金永红；
【导师】吕绍武；
【作者基本信息】吉林大学，生物工程，2014，硕士
【关键词】L-赖氨酸；产酸率；转化率；玉米浆；甜菜碱；

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