專利名稱：一種木糖醇的發酵生產方法
技術領域：
本發明屬于木糖醇生產技術領域，具體涉及一種發酵生產木糖醇的方法。
背景技術：
木糖醇是一種五碳多元醇，是木糖代謝的中間產物，主要作為甜味劑和食品添加齊U。近年來，木糖醇的市場需求不斷擴大，國內木糖醇的年產值己達12億元。目前，木糖醇的工業生產主要是化學加氫法，從木糖到木糖醇的收率大約只有5(Γ60%。生物轉化法是利用富含木糖的半纖維素水解液通過生物法將木糖轉化成木糖醇，其過程不需要純化木糖，也不需要高壓設備，易于分離純化，降低了生產成本，產生良好的社會經濟效益。目前，工業化發酵產木糖醇的技術主要有兩方面:(I)通過優化培養調控，抑制乙醇和其他代謝產物的生成。發酵過程中的溶氧水平直接調控木糖醇的生成速率，由于必須采取微生物好氧發酵技術，在工業化生產中較難滿足此工藝的要求，在實際工業化生產中，影響發酵液中溶氧量的因素眾多，特別是在低溶氧條件下，很難通過通氣進行溶氧微調，不能準確控制發酵液中的氧氣水平；(2)通過基因工程改造菌株，韓國等科研人員采用基因工程敲除木糖醇脫氫酶基因，從而抑制木糖醇向木酮糖轉化，但是在反應過程中需要大量添加價格相對昂貴的甘油做底物，以維持細胞的正常生長和代謝活動，殘留的甘油嚴重干擾后續木糖醇的分離純化，工業化價值不高。目前，木糖轉化成木糖醇最高得率70% 80%，對于菌株的優化控制尚未出現經濟、成熟的方法，影響木糖醇經濟化和規?；a。

發明內容
木糖醇代謝受到NADPH依賴的木糖還原酶和NAD+-依賴的木糖醇脫氫酶活性的調控，NADPH依賴的木糖還原酶活性增加提高木糖的吸收轉化效率，生產更多的木糖醇；NAD+-依賴的木糖醇脫氫酶催化木 糖醇生成木酮糖，過量表達降低木糖醇的生產效率。因此，通過對氧化性輔因子NAD和還原性輔因子NADPH的調控能夠有效影響木糖醇在細胞內的代謝。為提高木糖醇的轉化效率，本發明采用兩步發酵方法實現木糖醇的高效轉化和積累，第一步是通過高溶氧發酵實現微生物快速增殖；第二步是通過氧化還原電位控制實現木糖醇快速積累。本發明的創新之處在于兩點:
(1)通過控制葡萄糖和木糖的濃度和比例，控制微生物繁殖速度，縮短達到平臺期時間，有助于微生物從生物量向木糖醇生產的高效轉化；
(2)通過調控氧化還原電位的強度，控制胞內還原性輔酶因子和氧化性輔酶因子的比例，既要保證微生物高活力，避免早衰，也要降低木糖醇向木酮糖的轉化率，提高木糖醇轉化率。為提高木糖醇的轉化率，本發明提供一種木糖醇的發酵生產方法。具體的生產操作步驟如下:
將嗜鞋管囊酵母(/ ^ 及75.ο7 /7 tannophilus)接入發酵培養基,接入量為6-10%,發酵時間36小時，培養溫度28 30°C，罐壓0.6 0.8kg/cm2，攪拌轉速250 300轉/分鐘，酸堿度pH5 5.5 ；
發酵前期為自然氧化還原電位，發酵前期的通氣量為3 3.5升/分鐘，發酵前期的發酵時間為24小時；發酵中后期的氧化還原電位為-15(T-190 mV，氧化還原電位的控制是通過流速為3 4毫升/分鐘流加葡萄糖溶液實現的，流加葡萄糖的溶液濃度為40°/Γ50%，發酵中后期的通氣量為0.Γ0.3升/分鐘；
所述發酵培養基的原料和重量:葡萄糖4(T50 g/升、木糖10(T120 g/升、酵母提取物15^20 g/升、磷酸二氫鉀Γ5 g/升、硫酸鎂0.f 0.3 g/升。酵母提取物由蛋白質含量豐富的食用酵母為原料，采用生物技術，將酵母細胞內的蛋白質、核酸等進行降解后精制而成的，酵母提取物中的主要成份為氨基酸、肽、多肽以及酵母細胞的水溶性成分。本發明采用兩步法發酵步驟生產木糖醇，與目前常規的發酵方法相比較，具有如下優勢:
1.本發明是在掌握嗜鞣管囊酵母發酵產木糖醇的規律基礎上，結合嗜鞣管囊酵母的生物量增殖特征、發酵過程中溶氧的動態變化，以及底物碳源的變化規律，在發酵起始階段按照一定比例混合葡萄糖和木糖，一方面是為提高嗜鞣管囊酵母繁殖速度，減少整個發酵時間，另一方面，為保證嗜鞣管囊酵母生長進入平臺期后，殘留的葡萄糖能夠平衡發酵溶液中的氧化還原電位；
2.葡萄糖調控氧化還原電位，本發明在發酵前期，高通氣量增加溶氧水平，提高嗜鞣管囊酵母繁殖速度，縮短發酵時間；在發酵中后期后，通氣量0.f 0.3升/分鐘，通過葡萄糖濃度調控氧化還原電位水平，實現發酵精確調控；對低溶氧調控，常規的溶氧控制受到發酵體系溶氧不均衡和溶氧檢測靈敏度等因素的影響，難以精確控制，本發明在掌握溶氧與氧化還原電位變化規律的基礎上，以設定氧化還原電位參數為依據，采用流加葡萄糖的方法實現溶氧精確調控；
3.本發明在500升的發酵 罐中生產，發酵時間縮短至36小時，獲得的木糖醇濃度為104g/升，木糖的消耗率為95%，木糖醇轉化率為99%，木糖醇的生成速率為7.23g/升小時，與常規發酵相比，木糖醇轉化率提高了 10%，木糖醇的生成速率提高了 7%。
具體實施例方式下面通過實施例，對本發明作進一步地描述。本發明使用的材料來源:嗜鞋管囊酵母購于中國科學院普通微生物菌種保藏中心；葡萄糖、木糖、磷酸二氫鉀、硫酸鎂為國藥集團化學試劑有限公司生產，500升發酵罐為連云港百侖生化科技有限公司制造；氧化還原電位為FJA-6型氧化還原電位(ORP)去極化法全自動測定儀。以上來源適合下面所有實施例。酵母提取物由蛋白質含量豐富的食用酵母為原料，采用生物技術，將酵母細胞內的蛋白質、核酸等進行降解后精制而成的；酵母提取物中的主要成份為氨基酸、肽、多肽以及酵母細胞的水溶性成分，購于國藥集團化學試劑有限公司。實施例1:
將嗜鞋管囊酵母iPeichysolen tannophilus)接入發酵培養基,接入量為8%，發酵時間36小時，培養溫度29°C，罐壓0.6 kg/cm2，攪拌轉速300轉/分鐘，酸堿度pH5 ；發酵前期為自然氧化還原電位，發酵前期的通氣量為3升/分鐘，發酵前期的發酵時間為24小時；發酵中后期的氧化還原電位為-150 mV，氧化還原電位的控制是通過流速為3毫升/分鐘流加葡萄糖溶液實現的，流加葡萄糖的溶液濃度為40%，發酵中后期的通氣量為0.1升/分鐘；
所述發酵培養基的原料和重量:葡萄糖50 g/升、木糖100 g/升、酵母提取物15 g/升、磷酸二氫鉀4 g/升、硫酸鎂0.1 g/升。實施例2:
將嗜鞋管囊酵母iPeichysolen tannophilus)接入發酵培養基,接入量為6%,發酵時間36小時，培養溫度30°C，罐壓0.6 kg/cm2，攪拌轉速280轉/分鐘，酸堿度pH5 ；
發酵前期為自然氧化還原電位，發酵前期的通氣量為3 3.5升/分鐘，發酵前期的發酵時間為24小時；發酵中后期的氧化還原電位為-150 mV，氧化還原電位的控制是通過流速為4毫升/分鐘流加葡萄糖溶液實現的，流加葡萄糖的溶液濃度為50%，發酵中后期的通氣量為0.15升/分鐘；
所述發酵培養基的原料和重量:葡萄糖40 g/升、木糖120 g/升、酵母提取物20 g/升、磷酸二氫鉀5 g/升、硫酸鎂0.3 g/升。實施例3:
將嗜鞋管囊酵母iPeichysolen tannophilus)接入發酵培養基,接入量為8%，發酵時間36小時，培養溫度30°C，罐壓0.8 kg/cm2，攪拌轉速300轉/分鐘，酸堿度pH5 ；
發酵前期為自然氧化還原電位，發酵前期的通氣量為3.5升/分鐘，發酵前期的發酵時間為24小時；發酵中后期的氧化還原電位`為-180 mV，氧化還原電位的控制是通過流速為3毫升/分鐘流加葡萄糖溶液實現的，流加葡萄糖的溶液濃度為50%，發酵中后期的通氣量為
0.3升/分鐘；
所述發酵培養基的原料和重量:葡萄糖45 g/升、木糖110 g/升、酵母提取物18 g/升、磷酸二氫鉀4.5 g/升、硫酸鎂0.15 g/升。實施例4:
將嗜鞋管囊酵母iPeichysolen tannophilus)接入發酵培養基,接入量為7%,發酵時間36小時，培養溫度28°C，罐壓0.7 kg/cm2，攪拌轉速250轉/分鐘，酸堿度pH5 ；
發酵前期為自然氧化還原電位，發酵前期的通氣量為3.3升/分鐘，發酵前期的發酵時間為24小時；發酵中后期的氧化還原電位為-150 mV，氧化還原電位的控制是通過流速為3.5毫升/分鐘流加葡萄糖溶液實現的，流加葡萄糖的溶液濃度為45%，發酵中后期的通氣量為0.15升/分鐘；
所述發酵培養基的原料和重量:葡萄糖50 g/升、木糖IOOg/升、酵母提取物20 g/升、磷酸二氫鉀5 g/升、硫酸鎂0.1 g/升。
權利要求
1.一種木糖醇的發酵生產方法，其特征在于: 將嗜鞋管囊酵母(/ ^ 及75.ο/ /7 ia/woMHws)接入發酵培養基,接入量為6-10%,發酵時間36小時，培養溫度28 30。。，罐壓0.6 0.8 kg/cm2,攪拌轉速250 300轉/分鐘，酸堿度pH5 5.5 ； 發酵前期為自然氧化還原電位，發酵前期的通氣量為3 3.5升/分鐘，發酵前期的發酵時間為24小時；發酵中后期的氧化還原電位為-15(T-190 mV，氧化還原電位的控制是通過流速為3 4毫升/分鐘流加葡萄糖溶液實現的，流加葡萄糖的溶液濃度為40°/Γ50%，發酵中后期的通氣量為0.Γ0.3升/分鐘； 所述發酵培養基的原料和重量:葡萄糖4(T50 g/升、木糖10(T120 g/升、酵母提取物15^20 g/升、磷酸二氫鉀Γ5 g/升、硫酸鎂0.Γ0.3 g/升； 所述酵母提取物由蛋白質含量豐富的食用酵母為原料，采用生物技術，將酵母細胞內的蛋白質、核酸等進行降解后精制而成的，酵母提取物中的主要成份為氨基酸、肽、多肽以及酵母細胞的水溶性成分。
全文摘要
本發明涉及一種發酵生產木糖醇的方法。該方法是掌握嗜鞣管囊酵母發酵產生木糖醇原理的基礎上，將發酵過程分為嗜鞣管囊酵母增殖和木糖醇發酵兩個階段，在第一個階段通過大量通氧提高發酵液溶氧量，提高嗜鞣管囊酵母繁殖速度，縮短整個發酵時間；第二階段是通過控制流加葡萄糖量調控發酵液中的氧化還原電位，提高木糖醇的轉化效率。本發明在500升的發酵罐中生產，發酵時間縮短至36小時，木糖的消耗率為95%，木糖醇轉化率為99%，木糖醇的生成速率為7.23g/升小時，與常規發酵相比，木糖醇轉化率提高了10%，木糖醇的生成速率提高了7%。本發明整合了發酵和調控兩方面內容，具有可控、精確和經濟的優點，具有廣闊市場前景。
文檔編號C12R1/645GK103184243SQ201310097359
公開日2013年7月3日 申請日期2013年3月26日 優先權日2013年3月26日
發明者楊培周, 姜紹通, 鄭志, 羅水忠, 潘麗軍, 陳淼林, 齊蘊藝 申請人:合肥工業大學