[发明专利]一种利用发酵液分割法提高发酵罐使用效率的糖化酶发酵工艺

说明书

一种利用发酵液分割法提高发酵罐使用效率的糖化酶发酵工艺，属于酶工程和发酵工程技术领域。本发明是在黑曲霉GB0506糖化酶发酵酶活线性增长末期，将发酵液分配到几个未使用的发酵罐中，加新鲜发酵培养基继续发酵，确定发酵液分割的最佳时机为发酵118‑120小时，最佳分割方式为1罐分割为3罐。与原有工艺相比，采用该法获得的发酵液最终发酵酶活没有明显变化，但平均每一发酵罐在罐发酵时间大幅下降，极大节约发酵过程电能消耗。本发明还提供一种针对将发酵液平均分配到3个发酵罐的发酵罐组合使用方法，在相应工艺条件下，单位发酵体积的发酵强度提高54%以上。利用发酵液分割法的糖化酶发酵新工艺为酶制剂生产企业在原有设备基础上大幅提高发酵罐使用效率。

技术领域

本发明涉及一种利用发酵液分割法提高发酵罐使用效率的糖化酶发酵工艺，属于酶工程和发酵工程技术领域。

背景技术

糖化酶能从淀粉链的非还原性末端切开α-1,4葡萄糖苷键，是淀粉制糖工艺中最重要的酶制剂，广泛地应用于食品、医药、发酵、纺织等工业，是世界上生产量最大应用范围最广的酶制剂产品之一。由于淀粉分子在低温下形成结构紧密的晶体而高温下又容易糊化，因此实际生产中，往往利用淀粉酶将淀粉分解为相对分子量较小的糊精再进一步用糖化酶将糊精彻底分解为葡萄糖。在现代制糖工业中，黑曲霉糖化酶与细菌α-淀粉酶和普鲁兰酶配合使用可以使淀粉几乎全部水解得到葡萄糖含量在97%以上的葡萄糖糖浆，经结晶可以达到医用葡萄糖的要求。黑曲霉糖化酶的最适pH为4.5，在50~60℃可以长时间保持高水解活力，这一条件既能够避免糖化反应过程杂菌的污染又能避免葡萄糖与蛋白质等发生化学反应，有利于得到纯净的葡萄糖。上述特点使黑曲霉来源的糖化酶在淀粉制糖工业中具有不可替代的作用。除制糖外，糖化酶还在酿酒、发酵等多个行业有着广泛的应用。

糖化酶的生产菌种黑曲霉是一种丝状真菌，发酵时其种子的制作需要从孢子开始，而黑曲霉生产菌经过多年的诱变育种其孢子形成和萌发的能力均已严重退化，同时其发酵前期菌体生长速度也较慢，因此糖化酶的生产周期较长，一般从制种到放罐的整个过程耗时在28天以上，发酵时间一般在5天以上。

在前期工作中，采用DNA重组的方法，对一株黑曲霉生产菌CICIM F0410进行改造，获得了一批糖化酶基因拷贝数提高的菌株。其中编号为GB0506的菌株在摇瓶发酵条件下糖化酶发酵酶活比出发菌CICIM F0410提高约17.5%。（发表论文：姚婷婷等. 携多拷贝glaA的重组黑曲霉过量合成糖化酶的研究. 生物工程学报，2006年7月，22(4): 567-571）。在发酵罐发酵条件下，GB0506发酵水平也有所提高。与出发菌黑曲霉CICIM F0410相比，黑曲霉GB0506在发酵罐发酵条件下发酵过程虽然没有延长但其前期用于菌体生长的时间明显延长，菌体生长阶段占用发酵罐时间很长，一般在发酵进行到第四天时其发酵液酶活依然在5000 U/mL以下，这一特点使该菌株在实际生产中发酵时间不能缩短，生产周期长并缺乏灵活性。与此相比，由于黑曲霉CICIM F0410在发酵到第5天时发酵酶活一般已经与最高酶活接近，因此在实际生产中，在生产任务紧张时可以提前放罐。上述原因导致黑曲霉GB0506虽然发酵酶活比黑曲霉CICIM F0410有所提高，但在实际生产中未能得到广泛的应用。

针对黑曲霉GB0506的特点，本发明主要利用发酵中后期发酵液分割的方法，对分割时机和分割方式进行优化，获得了一种可以延长黑曲霉GB0506发酵过程中糖化酶快速线性增长阶段的方法。该方法可以大幅度提高发酵罐利用效率，缩短平均发酵周期，达到既提高产量又实现节能的目标，创造了一种适合于黑曲霉GB0506的发酵新工艺。

发明内容

本发明的目的是利用发酵液分割和发酵罐组合使用的方法提高黑曲霉GB0506糖化酶发酵中发酵罐利用效率，降低发酵过程电能消耗。