[发明专利]一种利用空气压力脉动固体发酵生产γ-聚谷氨酸的方法

说明书

本发明属于微生物发酵技术领域，尤其涉及一种利用空气压力脉动固体发酵生产γ‑聚谷氨酸的方法，包括以下步骤：（1）种子液的制备；（2）固体发酵培养液的制备；（3）接种培养；（4）产物的提取和纯化。相对于现有技术，本发明有益效果在于：1）本发明中枯草杆菌的生长繁殖速度远高于常规静态固体发酵工艺，其最终生物量约为常规静态固体发酵的4~6倍，而且由于微生物数量的优势，使其发酵过程更为剧烈，对底物的利用也就更加彻底；2）本发明方法在优化的压力脉动条件下，其发酵周期比常规静态固体发酵周期缩短10~16h，γ‑聚谷氨酸产量提高30%~50%，效率高、操作简单、有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于微生物发酵技术领域，尤其涉及一种利用空气压力脉动固体发酵生产γ-聚谷氨酸的方法。

背景技术

γ-聚谷氨酸是由L-谷氨酸、D-谷氨酸通过γ-酰胺键结合形成的一种高分子氨基酸聚合物，具有极佳的成膜性、成纤维性、阻氧性、可塑性、保湿性和可生物降解等独特理化和生物学特性，因而具有增稠、乳化、凝胶、成膜、保湿等功能，是一种新型的对人体和环境无毒害的生物相容性天然高分子化合物。

微生物发酵法是目前生产γ-聚谷氨酸主要方法，基本过程是选用能大量产生γ-聚谷氨酸的菌种（如枯草杆菌、地衣芽孢杆菌），为其提供合适的生长环境，满足其发酵过程的营养条件，从而在发酵基质中生产γ-聚谷氨酸，然后对发酵基质进行提取，经分离纯化得到γ-聚谷氨酸产品。微生物发酵过程条件温和，最终得到的γ-聚谷氨酸产品纯度较高。

微生物发酵方式又分为液体发酵和固体发酵。在固体发酵过程中的发酵基质一直处于静止状态的发酵方式称为常规静态固体发酵，其发酵基质为搅拌均匀的混合物料，为菌种提供发酵过程中所需要的营养来源，如氮源、碳源、水、无机物等。常规静态固体发酵的操作流程简单，产品产量高、成本低，主要反映在以下几个方面：一、发酵基质可以是农业残渣，故原料成本低；二、发酵菌种的生长状态更接近于自然状态；三、发酵过程少有废料产生，对环境污染小。常规静态固体发酵虽然有许多优点，但也因为其自身的发酵性质、发酵过程中传热传质不均匀、基料的温度和湿度较难掌控等原因，导致其发酵周期长、产量低、效率低，这些使得常规静态发酵在发展过程当中受到相当大的限制。正因为常规静态固体发酵还有诸多问题没有解决，发展新型生物反应器及其发酵工艺已成为研究热点。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种利用空气压力脉动固体发酵生产γ-聚谷氨酸的方法，以缩短发酵周期，提高γ-聚谷氨酸产量。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种利用空气压力脉动固体发酵生产γ-聚谷氨酸的方法，包括以下步骤：

（1）种子液的制备：将枯草芽孢杆菌斜面菌种接种于已灭菌冷却的液体种子培养基中，在30~40℃的摇瓶中培养18~36h，即得枯草芽孢杆菌种子液；根据接种的需要，该种子液可通过发酵罐扩大培养为二级种子液或三级种子液；

（2）固体发酵培养基的制备：将固体基料与营养液按照1:0.8~1:1.4的质量比分别投入压力脉动固体发酵罐中并进行搅拌，搅拌均匀后，开启高温水蒸气，在120~125℃的条件下进行高温灭菌处理，处理时间为30~60min，即得固体发酵培养基；

（3）接种培养：开启冷却水和搅拌，当压力脉动固体发酵罐的罐温降至30~40℃时，将枯草芽孢杆菌种子液按发酵培养基重量的1%~6%的接种量接入压力脉动固体发酵罐并进行搅拌，搅拌均匀后，在通风比、压力脉动固体发酵罐的搅拌转速和压力脉动固体发酵罐的罐温分别为0.1~0.8(v/v)、1~10r/min和30~40℃的条件下，进行空气压力脉动刺激培养14~28 h。之后取消空气压力脉动设置，在压力脉动固体发酵罐的通风比、表压、罐温和搅拌转速分别为0.1~0.6(v/v)、0.01~0.05MPa、30~40℃和1~10r/min的条件下继续通风培养8~20h，即得固体培养物；