本人论文-50吨罐工业发酵L——缬氨酸工艺初探

50吨罐工业发酵L——缬氨酸工艺初探 缬氨酸是分枝链氨基酸,是人体必需氨基酸之一,是氨基酸输液的重要原料,目前多数采用发酵法生产。

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发酵科技通讯1 9 9 8年第2 7卷第 1期

一

5 O吨罐工业发酵L一缬氨酸工艺初探

———、至 -,丁 f /(江西鹰潭生物化学制品厂，鹰潭3 3￣ 0 0 0 )1 前言

根据表头，选择 L。 ( 3 0正交试验表，在不考虑交互作用的条件下进行正交试验 (正

目前，国内发酵法生产 L一氨基酸的种类及其规模均较有限。而大规模发酵生产 L一

交试验襄略)得到最佳组合为 C S I .,1%,VH 4 0 / L,VB:5 0 g/ L。 对种子配方同样作上述正交试验结果一

缬氨酸更是一个新的领域。江西鹰潭生物

化学制品厂在年产百吨异亮氨酸的基础上开

发生产了L一缬氨酸。其规模为 5 O吨罐发酵，笔者主持了其生产菌的分纯及性能鉴定工作，参与了五十吨生产线上的 L一缬氨酸的试产及工艺研究。现以试产中第一个罐批的数据为例，将 L一缬氨酸的工艺研究工作

级种子 p H值偏低，O D值不长，镜检时形态杂乱。不适合进一步扩培。取消配方中的V} I,VB:,增加玉米浆作对照试验。如图一示。不加 VH,VB。时，p H值在 6 . 4左右，

OD值倍增，镜检种子八字排列占优，粗细均匀。适合进一步扩培。

报告如下。 2 试产中的工艺研究及 L一缬氨酸的生产2 . 1配方

L一缬氨酸生产原料有工业葡萄糖、硫酸铵、磷酸二氢钾、硫酸镁、碳酸钙、玉米浆( C S L)生物素 ( VH )、硫胺素 ( VB t )、F e及

Mn。 等。其中关键在予 C、 S、 L、VH、 VB: 的正确配比，作正交试验如下：表1 发酵琶方正交试验表头、、

t l r n . e| b)

\\\\

因

素玉米浆：生物索硫胺素

1, E f f e c t c f V, a n d

o n P ! i 5 n d OD ( 5 6 2 ).

席乎l 2 3

\

(% )￡ (徽克/升 ) (微克/升1 1 . 5 2 4 O 5 0 6 0 4 O 5 0 . 6 0

图一

VH及 VB:对p H值和O D( 5 6 2 )的影响

P Hi与 ODt是未加 VH和 Ve=的。 P Hz与 oD2是加入 VH和 Ve=的。

Sym p.,1 9 7 6 . 6l 2 1—3 3

E I O 3 Ne l l y Co c . h e t:E n z y me Mi c r o b. T￣ c h n o 1 .,

[7] M a nde l s, M . and W eb e r, J.: A dv an Che m .S e t.,1 9 6 9,9 5I 3 9 1一- 4 1 4

1 9 9 1,1 3 ( 2 );1 O 4—1 O 9 [ 1 1]张海等 .西北大学学报， 1 9 9 0,2 0 ( 3 ) I 7 3—7 9

[8]邬敏辰等 .湖南食品与发酵， 1 9 9 5, 2 I 8— 1 1

[ 1 2" I B i s s e t, F.e t a l:A p p 1 .E n vi r o n. M i c r o,b i o 1 .,1 9 7 8,3 5 ( ) I 7 5 O一7 5 S

[9]邬敏辰 .无锔轻工大学硕士论文，1 9 8 9 6

50吨罐工业发酵L——缬氨酸工艺初探 缬氨酸是分枝链氨基酸,是人体必需氨基酸之一,是氨基酸输液的重要原料,目前多数采用发酵法生产。

由此，得到 L一缬氨酸的生产配方 (衰 2)‘

据有关资料【 j,及十吨罐经验，p H控制在 6 . 4—6 . 6之间。五十吨生产线上 p H控制采用淹加气态氨的工艺，使发酵过程巾 p H控制稳定，并作为氨源提供，使配方中

表2 缬氨酸生产配方缬氨酸、

、\

种

类一级种配方=级种配方发酵配方

成

份

、、

(%).

(%) 3 0 . 40 . 10. 0 5

(%) 1 2 20 . 1O. O5

葡萄糖 ( NH‘ ) 2 S 04KH2 P 04M gS 04

3 0 . 40。 10. 0 5

( NH。 )。 S O。的量大为减少。有利于后期提取

缬氨酸，减少杂离子的存在。2 . 4风量控制

玉米浆C. S. L.Ca CO 3

30 . 7

u0. 7

1

微生物在合成 L一缬氨酸时是透过酵解产物丙酮酸及磷酸丙酮酸而得到的【 】,并不经过三羧酸循环，当菌体呼吸受到一定程度抑制，使通过三羧酸循环的糖代谢受阻，才

VH VB lF e2

一●—— _——

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一——● -— -

1 7克/罐于 H 2 0克/罐{} I2 p pm

M n2

一一

l

● — _

2 p pm

有利于 L一缬氨酸的合成。据 Hi r o s e[。】的研究及有关资料【‘】表明，

缬氨酸生产菌对氧的需求约为异亮氨酸生产菌的6 O%左右。实验室娜四台摇瓶机 (往复式)对上述两种生产

2 . 2温室

五十吨生产线上，温度 T、p H值、通风量 Q( m。/ h ),罐内压力 P均由计算机适时在线控制，温度控制在3 0℃2 . 3 p H控制

菌的需氧量(转速 )进行试验，测定各项指标，见下图表：

袭3

转速对照实验

L-鞭氮酸 L一异亮氮酸

8 01 0 0

1;

2 5 m l2 5 ml

4 5 mg/ ml 2 2 mg/ ml

6. 7 4 6. 7 4

经大批次对照试验及十吨罐生产的经验，五十吨生产线上采雨以 O D值 ( 5 6 2 n m处)为

葡萄糖对发酵过程的影响。发酵罐中 Va l%

依据逐级提升风量的控制工艺(见图 -) t

的积累及 O D值的增长从补糖起就保持长时间的对数增长趋势。使菌体在产酸高峰期能保持其活力，缬氨酸的积累得到了相当程度的改善。’

2 . 6 L一缬氨酸试产厢以上工艺试产缬氨酸，达到较为理想的效果 (见图五 )。第一罐试产即单罐发酵产酸1 6 5 0余公斤，约为异亮氨酸的产量的两倍。从试产角度， 7吨葡萄糖得到 1 . 6吨的产

酸，糖酸转化率在2 3%左右，可视为试产成变动风量 Qf m’/ h )

功。在以后的几罐中 (本文成文时生产了五

图二

风量 Q( m。/ h )变化曲线

个五十吨罐 ),均有较满意结果。缬氨酸大

2 . 5补料分批培养工艺

规模工业生产成为现实。3 结果与讨论 7‘

由图三、四中可以看到，在发酵后期流加

50吨罐工业发酵L——缬氨酸工艺初探 缬氨酸是分枝链氨基酸,是人体必需氨基酸之一,是氨基酸输液的重要原料,目前多数采用发酵法生产。

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图三

补糖对缬氨酸积累的影响Va l%t L一缎氨酸浓度

图五 L一缬氨酸发酵动态曲线(图标同图三 )

Rg% t葡萄糖残余浓度 (箭头挠示补糖处 )

内氨基酸类药增加了新的药源。从试产的情

况看来，工艺仍有改进的余地。首先应加强生产菌的分纯，以获得高产稳产菌。其次，对后期补加葡萄糖的时间、浓度及最后一次补

加与放罐时间的间隔等应多次试验求证，完善，提高单罐产酸率。再次，

对发酵进入产酸高峰期的风量变化要慎重把握。以使生产

缬氨酸的工艺趋向成熟和完善。U● - s 1 5 .1 6 Z o z 4 Z 3 3 6 4 0 4 4 q 5 b z 6 b U . 5‘ b 5, Z, 6 8口’

4 在生产缬氨酸当中，生产菌种由无锡轻

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大中央研究所张伟国提供。杨泉水，徐昊辉、 等几位一同参加了工艺研究及试产工作，在此一并致谢。 参考资料

图四补糖对 O D( 5 6 2 )的影响。

(图中标示同图三‘ );’

本文结合实验室摇瓶阶段的数据与十吨线上中试的经验对在五十吨发酵罐中生产L一缬氨酸的工艺条件作了初步探讨。在利

[1][4]俞俊棠等《生物工艺学》上、下船，华东化工学院出版社

[ 2 _]沈同等《生物化学》上下册，高等教育出舨社[3] H i r os e Y H。 S hi b ai Ef f e c t of o xyg e n O1 2am i n o ac i d f e r me nt a t i o n, Adv an c e i n

用计算机自动控制发酵罐中温度， .通风量 ( Q( m。/ h ) ),罐压并检测 p H值，搅拌转速的条件下，采用流加气氨和分批补料发酵的

Bi o t e c h n o l o g y,Vo l 1, 3 2 9—3 3 3,( 1 9 8 8 )

工艺。五十吨罐发酵生产缬氨酸成功，为国

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