[发明专利]一种基于控制比氧消耗速率提高色氨酸生产水平的方法

说明书

一种基于控制比氧消耗速率提高色氨酸生产水平的方法，属于氨基酸发酵技术领域。为了提高色氨酸的产量和转化率，降低副产物合成，本发明提供了一种基于控制比氧消耗速率提高色氨酸生产水平的方法，所述方法是在利用大肠杆菌发酵生产色氨酸的过程中，当单位菌体干重单位时间消耗的氧的量在发酵过程前期从高峰开始缓慢下降至目标值时，通过补加复合氮料分阶段控制单位菌体干重单位时间消耗的氧的量。该方法可实现产酸和转化率之间平衡，实现提高产酸和转化率的目标，适用于大规模工业化生产。

技术领域

本发明属于氨基酸发酵技术领域，具体涉及一种基于控制比氧消耗速率提高色氨酸生产水平的方法。

背景技术

L-色氨酸又名α-氨基吲哚基丙酸，分子式：C₁₁H₁₂N₂O₂，是人体重要的神经递质-5-羟色胺的前体，也是人体的必需氨基酸之一，具有良好营养价值和药用价值，作为大宗氨基酸发酵产品广泛用于饲料、医药和保健等行业。

L-色氨酸的生产主要是利用基因工程技术改造的大肠杆菌或者谷氨酸棒杆菌作为生产菌株通过微生物发酵法来实现工业化制造。微生物发酵法具有原料价格低廉，工艺控制简单，产品质量可靠等优点。近年来，如何低成本、高效生产色氨酸产品是国内各主要氨基酸生产厂家推进技术持续进步的关键，因此，为了降低成本，增加效益，不仅对培养基营养成分而且对发酵过程控制的合理性提出了更高的要求。

好氧发酵过程中菌体对氧的消耗能力大小能够反映出呼吸代谢的强弱。尤其对于高好氧的色氨酸发酵过程，控制氧消耗速率的水平高低对大肠杆菌代谢底物生成菌体、产物和副产物有重要的影响，最终会影响色氨酸产品浓度和转化率，因此合理地控制氧消耗速率是实现高产和高转化率的关键。尽管一些文献报道过控制溶氧或者摄氧率对发酵过程表达色氨酸有所提高，但是均未充分考虑发酵过程中细胞浓度对单位菌体的氧消耗造成的影响；也未见通过连续补料控制发酵过程中单位菌体干重量单位时间消耗的氧物质的量实现色氨酸发酵过程优化控制并提高色氨酸发酵产量及改善其转化率的报道。

发明内容

为了提高色氨酸的产量和转化率，降低副产物合成，本发明提供了一种基于控制比氧消耗速率提高色氨酸生产水平的方法，所述方法是在利用大肠杆菌发酵生产色氨酸的过程中，当单位菌体干重单位时间消耗的氧的量在发酵过程前期从高峰开始缓慢下降至5.0mmol/h/g时，通过补加复合氮料控制单位菌体干重单位时间消耗的氧的量为2.5-4.0mmol/h/g。

进一步地限定，所述复合氮料的组成为氨基酸粉0.2g/L，玉米浆干粉0.3g/L，酵母粉0.2g/L、硫酸铵0.03g/L，消泡剂0.01g/L，余量为水，pH8.0。

进一步地限定，所述发酵过程中采用搅拌联动，控制溶氧不低于20％。

进一步地限定，所述发酵过程中，当发酵2-4h后发酵液中葡萄糖浓度低于1.0g/L时开始补加浓度为650g/L的葡萄糖溶液，使发酵过程中发酵液中葡萄糖浓度维持在0.01-0.2g/L。

进一步地限定，当单位菌体干重单位时间消耗的氧的量将至5.0mmol/h/g时，通过补加复合氮料分阶段控制单位菌体干重单位时间消耗的氧的量。

进一步地限定，所述分阶段控制是指在发酵8-20h时，控制单位菌体干重单位时间消耗的氧的量为3.5-4.0mmol/h/g；在发酵20-32h时，控制单位菌体干重单位时间消耗的氧的量为3.0-3.5mmol/h/g；在发酵32h至发酵结束时，控制单位菌体干重单位时间消耗的氧的量为2.5-3.0mmol/h/g。

进一步地限定，所述发酵前还包括对大肠杆菌进行斜面培养、一级种子培养和二级种子培养；

斜面培养基的组成为蛋白胨10g/L，酵母粉5g/L，牛肉膏10g/L，磷酸二氢钾1g/L，七水硫酸镁0.5g/L，琼脂粉15g/L和四环素0.05g/L，余量为水；