[发明专利]一种循环发酵生产L-赖氨酸的方法

说明书

本发明提供了一种循环发酵生产L‑赖氨酸的方法，利用谷氨酸棒杆菌发酵生产L‑赖氨酸，包括分批补料发酵与培养基替换循环发酵，菌体循环利用包括发酵清液的离心分离与菌体的回收利用。所述方法通过循环利用菌体，降低了发酵培养过程中因菌体生长消耗得碳源，提高了糖酸转化率；通过分离发酵液上清并加入新鲜培养基，减小了高浓度赖氨酸对生产的抑制，降低了副产物的积累，消除高浓度硫酸盐对菌体的伤害，补充了充足的营养物质，维持菌体活力，延长产酸周期，延缓了菌体的衰亡；增加了发酵罐的装料量，提高了设备利用率，提高单次发酵的糖酸转化率与总产酸量，提高生产效率的同时降低人力成本，增加产品竞争力。

技术领域

本发明涉及发酵工程技术领域，尤其是一种循环发酵生产L-赖氨酸的方法。

背景技术

L-赖氨酸作为人和动物的八大必需氨基酸之一，在医疗、畜牧业及食品工业得到了广泛的应用。谷氨酸棒杆菌作为安全菌种已经广泛应用L-赖氨酸的生产中。

在传统的L-赖氨酸发酵中，常采用高密度分批补料发酵方法，这种方法存在的问题有：(1)菌体OD₆₀₀能达到200左右，致使大量的葡萄糖代谢流向菌体生长，限制了糖酸转化率的提高。(2)在补料分批发酵的过程中，发酵罐前期装填系数低，降低了设备利用率。(3)发酵过程中流加溶液浓度低，发酵液体积会逐渐变大，会使L-赖氨酸在发酵液中的浓度降低。(4)发酵中后期，发酵液中营养消耗殆尽，营养物质不平衡，可能缺少一种或几种营养，代谢副产物积累，引起菌体代谢异常，导致菌体生长活力下降，产酸速率快速下降，细菌生长停滞，过早衰亡，徒增发酵周期，降低经济效益。因此，对L-赖氨酸的发酵生产方法进行改进，具有重要的生产实践价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种循环发酵生产L-赖氨酸的方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种循环发酵生产L-赖氨酸的方法，包括L-赖氨酸的分批补料发酵与菌体循环利用发酵两部分，其中，

分批补料发酵：将培养成熟的种子液接种到发酵培养基中，通过流加葡萄糖溶液补充碳源，流加氨水调节pH近中性，流加硫酸铵补充氮源；

菌体循环发酵：菌体的产酸能力受到发酵产物及副产物等多重因素抑制时或者产酸量达到预期时，使用碟式离心机在无菌条件下分离菌体和上清液，通过隔膜泵和管道将菌体重新回填到发酵罐中，再重新加入新鲜培养基以达到利用同一批菌体持续生产的目的，其它发酵控制方式与分批补料发酵相同。

优选的，上述循环发酵生产L-赖氨酸的方法，种子液培养条件为：培养温度32℃，溶氧30％-40％，压力0.02-0.06Mpa，种子液的pH维持在7.2，填料量为3.5L，种子成熟条件为OD600达到40。

优选的，上述循环发酵生产L-赖氨酸的方法，分批补料发酵的接种量为30％；分批补料发酵及菌体循环发酵的培养条件为：培养温度32℃，溶氧40％，压力0.06Mpa，发酵液的pH维持在7.2，填料量为3.5L。

优选的，上述循环发酵生产L-赖氨酸的方法，菌体与上清液分离前后装填系数恒定不变。

优选的，上述循环发酵生产L-赖氨酸的方法，所述分批补料发酵包括流加硫酸铵溶液与葡萄糖溶液，其中，硫酸铵溶液流加方法为：当发酵液中NH₄⁺浓度小于2g/L时，以10mL/(L·h)的流速流加400g/L硫酸铵溶液，提供赖氨酸合成必需前体物质；葡萄糖溶液的流加方法为：当发酵液中葡萄糖浓度低于5g/L时，流加800g/L浓度葡萄糖溶液，维持发酵液中葡萄糖的质量浓度为≤10g/L，保证菌体活力，提供充足碳源。

优选的，上述循环发酵生产L-赖氨酸的方法，当发酵液中赖氨酸浓度达到140g/L时，使用碟式离心机分离菌体和发酵清液，将得到的菌体通过无菌管道回填到发酵罐中并注入3.5L的新鲜发酵培养基，得到的发酵清液中L-赖氨酸浓度在140g/L以上。