[发明专利]一种菌体循环利用的葡萄糖酸钠发酵方法

说明书

（一）技术领域

本发明属于生物化工领域，具体涉及一种菌体循环利用的葡萄糖酸钠发酵方法。

（二）背景技术

葡萄糖酸钠是一种多羟基羧酸钠，又名：五羟基已酸钠，分子式为C₆H₁₁O₇Na，分子量为218.14，是一种白色或淡黄色结晶粉末，易溶于水，微溶于醇，不溶于醚。葡萄糖酸钠是一种应用极为广泛的多羟基有机酸盐，在食品、医药、轻工、化工等行业具有广泛的应用：在食品行业可用作营养增补剂、食品保鲜剂、品质改良剂、缓冲剂和低盐（无盐）食品；在医药行业可用作酸碱平衡剂；葡萄糖酸钠具有良好的螯合性和缓蚀阻垢作用，被广泛应用于表面清洗剂和水质稳定剂；葡萄糖酸钠能增加混凝土的可塑性、强度和耐久性，作为减水剂、缓凝剂广泛应用于建筑行业；另外葡萄糖酸钠也是制备葡萄糖酸内酯、葡萄糖酸盐（锌、铜、亚铁盐）等的基础原料。

葡萄糖酸钠的生产方法主要有催化氧化法和微生物发酵法。催化氧化法是以葡萄糖为原料，以贵金属作为催化剂（如：Pd-C、Pt-C、Pd-AL₂O₃等），催化氧化葡萄糖产生葡萄糖酸，加入NaOH中和生成葡萄糖酸钠，存在生产成本高、反应条件苛刻、存有副反应、环境污染等缺点；微生物发酵法生产葡萄糖酸钠是以糖质为原料，经微生物转化生成葡萄糖酸，发酵过程中流加NaOH溶液中和得到葡萄糖酸钠，该方法具有条件温和、工艺路线简洁环保、产品成本低等优势，是目前葡萄糖酸钠的主要生产方法。

发酵法生产葡萄糖酸钠的原理是在微生物体内葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶的催化作用下，葡萄糖经一步反应转化生成葡萄糖酸，发酵速度快、周期较短，一般为28-32小时。在工业化生产过程中发酵法生产葡萄糖酸钠普遍采用的是三级批次发酵技术：首先是在一级种子罐内将生产菌种黑曲霉孢子培养成为成熟的菌丝体（培养18-22小时），作为一级种子液，再将成熟的一级种子液转入二级种子罐进行二次扩大培养（8-12小时），成熟后的二级种子液接入发酵罐进行三级发酵，每级接种量均为10-20%，发酵结束后发酵液经板框过滤除菌、浓缩、结晶获得葡萄糖酸钠产品。因此在实际生产过程中，种子液的扩大培养占据了大量生产时间和工作量，每生产一批需要进行一批两级菌种扩培（需要培养种子液约0.6m³/吨产品），同时发酵结束后产生一批菌丝体固体废弃物（约100㎏/吨产品），存在着菌种培养工作量大、灭菌蒸汽消耗量大、生产效率低、固体废渣排量大等不足，另外，废弃菌丝体含水量50-60%、粗蛋白含量10-20%，易腐败变质、污染环境，给生产带来染菌隐患，其存放和有效处理是一个难点。随着葡萄糖酸钠发酵生产的发展，如何解决以上问题已成为生产企业节能减排、降低生产成本、提高市场竞争力的瓶颈问题。近年来有关发酵法生产葡萄糖酸钠的研究主要集中于高产菌株选育、发酵条件优化和废弃菌体资源化利用方面，针对葡萄糖酸钠发酵生产工艺改进的研究较少。发明专利CN102517347B、CN104152499A公开了一种葡萄糖酸钠发酵方法，其方法为：（1）向种子罐（发酵罐）内接入黑曲霉孢子液，培养成为成熟的种子液。（2）将培养液20-50%放出，同时补充相同体积的新鲜培养基，保温培养4.5-6小时。（3）循环进行步骤（2），可循环6-9次。该方法是在种子液培养成熟后放出部分培养液作为种子液（或是用发酵前期的发酵液作为种子液）接入发酵罐进行发酵，同时向罐内补充相同体积的新鲜培养基进行再培养，培养成熟后再转入其他发酵罐进行发酵，按此方法循环多次可实现种子液的半连续培养，可降低种子罐灭菌次数，但并没有消减种子液培养环节和减少菌体生长所需能源消耗、菌体废弃物的排放量。本发明人在研究过程中发现，葡萄糖酸钠发酵结束后菌体仍具有较高发酵活力，经与产品分离后能直接回用于发酵罐进行发酵，既能显著减少菌体培养环节和降低菌体生长所需能源消耗、废弃菌体排放量，又能有效缩短发酵周期。

（三）发明内容

本发明的目的是提供一种菌体循环利用的葡萄糖酸钠发酵方法，该方法在无菌条件下进行发酵液的菌体回收，并再用于发酵，减少了菌种培养工序，大大降低了废弃菌体排放量，缩短了发酵周期。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种菌体循环利用的葡萄糖酸钠发酵方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

发酵结束所得的发酵液通过陶瓷膜过滤，过滤清液进入提取工序，菌体浓缩液部分回流至发酵罐，然后加入新鲜培养基进行发酵，按此方法进行菌体循环利用发酵，当发酵速度明显下降时停止循环，再进行新一轮发酵。