[发明专利]一种提高氨基葡萄糖发酵单位产量的组合物及其应用

说明书

本发明提供了一种提高氨基葡萄糖发酵产量的组合物及其应用，属于发酵技术领域。本发明的组合物由质量比为3‑6：1的半胱氨酸和谷胱甘肽溶于水后制得。在葡萄糖发酵过程中添加本发明的组合物能显著降低谷氨酸累积速度，维持较高的氨基葡萄糖合成速率，大幅度提高氨基葡萄糖最终产量，发酵单位提高约40‑50％，最高发酵单位达170g/L，具有良好的经济效益和社会效益。应用本发明组合物发酵制备氨基葡萄糖方法简单易行，成本低、能耗少，可用于工业化大规模生产。

技术领域

本发明属于发酵工程技术领域，具体涉及一种提高氨基葡萄糖发酵单位产量的组合物及其应用。

背景技术

氨基葡萄糖(Glucosamine，2-amino-2-deoxy-D-glucose，GlcN)，又称氨基葡糖、葡萄糖胺或葡糖胺，是葡萄糖的一个羟基被氨基取代后的化合物，是一种重要的功能单糖。氨基葡萄糖及其衍生物的应用十分广泛，尤其在医药方面。氨基葡萄糖的硫酸盐为治疗抗风湿性关节炎的原料药，氨基葡萄糖可能通过刺激软骨蛋白聚糖的生物合成而对关节炎有特殊的疗效，相关产品的研发空间和潜力巨大。

用基因改造的大肠杆菌菌株经发酵制备氨基葡萄糖的方法生产时间较短、条件温和、成本较低，生产原料来源广泛，是氨基葡萄糖工业化生产的主要方法。在目前的发酵工艺中，需要流加大量氨水，一方面维持发酵液的pH不低于6.7，另一方面，流加的氨水也是整个发酵过程中大肠杆菌唯一的氮源及产物氨基葡萄糖中氨基的来源。实际生产中，发酵中后期产物合成速率明显下降甚至停止增长，作为发酵控制指标之一的谷氨酸迅速累积，不得不终止发酵。证实造成这一现象的原因是：在发酵中后期，生产菌生长能力减弱，蛋白质及各类氨基酸的合成量减少，经谷氨酰胺进行的转氨基作用减弱，从而影响了由谷氨酸合成谷氨酰胺的反应，造成谷氨酸累积，同时，由于谷氨酰胺合成受到抑制，进而削减了由谷氨酰胺作为氨基供体，向6-磷酸果糖转氨基生成氨基葡萄糖的代谢通量，影响发酵产量。

发明内容

本发明的目的在于，针对氨基葡萄糖发酵工艺中后期谷氨酸累积，产物合成速率降低的问题，基于氨基葡萄糖合成的代谢过程，提供一种能够提高氨基葡萄糖发酵产量的方法。

本发明首先提供一种能够提高氨基葡萄糖发酵单位的组合物，其为半胱氨酸和谷胱甘肽的混合水溶液。

该组合物中，半胱氨酸和谷胱甘肽的质量比为3-6：1。

优选地，半胱氨酸和谷胱甘肽的质量比为5：1。

本发明提供了上述组合物在制备氨基葡萄糖中的应用。

所述的应用，是将上述组合物加入发酵体系中，使半胱氨酸和谷胱甘肽在发酵体系中的浓度分别为4-7mg/L和0.6-1.5mg/L。

优选地，半胱氨酸5mg/L、谷胱甘肽1mg/L。

进一步地，本发明提供了上述组合物在制备治疗风湿性关节炎原料药物中的应用。

本发明提供了一种提高氨基葡萄糖发酵单位的方法，包括以下步骤：

(1)将发酵菌种的种子液加入发酵培养基中；发酵罐初始溶氧为100％，发酵过程中控制溶氧为30％以上，全程流加氨水调节pH值；

(2)当发酵培养基中葡萄糖消耗完后，溶氧快速回升80％以上时，开始流加葡萄糖，调整搅拌转速，使溶氧恢复至30-40％；

(3)当发酵液OD_600nm值达到35-45时，一次性加入诱导剂IPTG及权利要求1或2任一所述的组合物，继续培养；优选OD_600nm值为40；

(4)当谷氨酸含量高于50mg/dL或单位增长速率低于1g/L·h时停止发酵。

其中，步骤(1)是将发酵菌种的种子液按照与发酵培养基的体积比5％-10％加入发酵培养基中，优选10％。