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一步发酵制备维生素C前体2-KGA工艺体系优化研究

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一步发酵制备维生素C前体2-KGA工艺体系优化研究

作者：陈文虎齐鲁工业大学

学位级别：硕士

维生素C是一种人体必需但不能自身合成的维生素,参与体内多种重要的生化反应,在医药、食品、饮料、保健、化妆品和养殖等行业应用广泛,具有广阔的市场前景。目前,维生素C的生产主要通过三菌两步发酵法生产,第一步由氧化葡萄糖酸杆菌(Glu... 详细信息

维生素C是一种人体必需但不能自身合成的维生素,参与体内多种重要的生化反应,在医药、食品、饮料、保健、化妆品和养殖等行业应用广泛,具有广阔的市场前景。目前,维生素C的生产主要通过三菌两步发酵法生产,第一步由氧化葡萄糖酸杆菌(Gluconobacter oxydans)单菌发酵将D-山梨醇转化为L-山梨糖,第二步由生酮基古龙酸菌(Ketogulonicigenium vulgare)和伴生菌组成的混菌发酵体系将L-山梨糖转化为维生素C前体2-酮基-L-古龙酸(2-KGA),随后2-KGA经化学转化生成维生素C。三菌两步法由于工艺过程中需要二次发酵、二次灭菌,存在设备投资大、发酵周期长、设备占用率高、人工成本高和综合能耗高等缺点。因此,开发高产量、高转化率、发酵周期短和成本低的一步发酵工艺已成为当前维生素C生产领域研究的热点。本研究以***和***作为发酵菌种构建了两菌一步发酵体系,通过优化发酵工艺,控制发酵过程中两菌的比例和代谢状态,提高由D-山梨醇一步发酵生产2-KGA的转化率和产量。其次,通过发酵培养基优化进一步提高2-KGA的产量和转化率,并降低原料成本。此外,通过蛋白组学和代谢组学分析,揭示高浓度底物导致两菌一步发酵生产2-KGA的转化率下降和发酵周期延长的机制。主要研究结果如下:(1)对***和***的发酵特性进行分析,确定***的摇瓶菌种最佳培养周期为16～18 h,***的摇瓶菌种最佳培养周期为28～32 h。D-山梨醇一次性加入优于分批补料和流加补料,混合菌种中***和***的最佳OD比为4:1,最佳接种量为25%,发酵p H维持7.0,分段控制DO(发酵前期采用高溶氧即转速1000 rpm和通气强度2.0 vvm,发酵9～12h待***将D-山梨醇全部转化为L-山梨糖后维持DO至20%)。在5 L发酵罐中的2-KGA产量达到123.86±1.08 g/L,醇酸摩尔转化率达到86.07%。(2)通过单因素实验,在5 L发酵罐中对发酵培养基中的D-山梨醇和氮源浓度进行优化,得到最佳浓度分别为:D-山梨醇130 g/L、酵母膏2 g/L、玉米浆10g/L、尿素10 g/L。在5 L发酵罐中的2-KGA产量最高达132.99±0.52 g/L,醇酸摩尔转化率达到92.42%。(3)结合蛋白组学和代谢组学的检测分析,揭示了高浓度底物导致两菌一步发酵生产2-KGA的转化率下降和发酵周期延长的机制。当发酵培养基中的底物浓度过高时,造成发酵中期L-山梨糖浓度过高,从而导致***碳代谢和生长增强,一部分L-山梨糖被代谢消耗,导致发酵转化率降低。此外,碳代谢增强导致***能量的供应增加,抑制***转化L-山梨糖为2-KGA过程中的脱氢产能,导致发酵强度降低,发酵周期显著延长。

关键词：维生素C前体 2-酮基-L-古龙酸一步发酵工艺优化

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米根霉一步发酵法高效积累L-乳酸的策略

过程工程学报 2017年第2期17卷 375-381页

作者：胡嘉欢张谷涵付永前朱婷婷台州学院生物质资源研究所浙江台州318000

考察了2种米根霉发酵生产L-乳酸方法对L-乳酸合成的影响,基于动力学分析,优化了米根霉一步发酵合成L-乳酸的策略.结果表明,与传统发酵相比,一步发酵法能极大降低米根霉产酸过程的延滞期,提高生产强度,但产物比生成速率大大低于传统发酵... 详细信息

考察了2种米根霉发酵生产L-乳酸方法对L-乳酸合成的影响,基于动力学分析,优化了米根霉一步发酵合成L-乳酸的策略.结果表明,与传统发酵相比,一步发酵法能极大降低米根霉产酸过程的延滞期,提高生产强度,但产物比生成速率大大低于传统发酵法.最优的一步法合成L-乳酸的策略为孢子浓度10~5个/mL,葡萄糖浓度100 g/L,蛋白胨3.0 g/L,培养24 h后,菌体密度不变,发酵液体积减少50%.该条件下,发酵阶段发酵时间缩短至13 h,乳酸产量、生产强度和糖酸转化率分别为60 g/L,4.62 g/(L·h)和0.8 g/g,比传统发酵的时间(48 h)和生产强度[1.19 g/(L·h)]分别缩短72.9%和提高288%,比生成速率和糖酸转化率未降低.

关键词：高效积累高密度 L-乳酸一步发酵米根霉

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一步发酵法加工柿果醋工艺参数优化

中国食品学报 2009年第2期9卷 104-109页

作者：鲁周民刘月梅郑皓白卫东西北农林科技大学林学院陕西杨凌712100 延安职业技术学院陕西延安716000 仲恺农业技术学院轻工食品学院广州510225

在传统自然发酵工艺基础上,为了缩短柿果醋发酵时间,以水柿为原料,采用二次正交旋转组合设计试验方案,通过响应面法研究只接种了酿酒活性干酵母的柿果醋的发酵规律及工艺参数。结果表明:发酵温度对醋酸含量有极显著的影响(P<0.01),酵母... 详细信息

在传统自然发酵工艺基础上,为了缩短柿果醋发酵时间,以水柿为原料,采用二次正交旋转组合设计试验方案,通过响应面法研究只接种了酿酒活性干酵母的柿果醋的发酵规律及工艺参数。结果表明:发酵温度对醋酸含量有极显著的影响(P一步发酵过程中发酵温度、酵母菌接种量和发酵时间3个因素对产品醋酸含量的二次多项式数学模型。最佳工艺参数为发酵温度30.9℃、酵母菌接种量0.87‰、发酵周期178 h。验证试验表明该模型可用于指导实际生产。

关键词：柿果醋柿果浆自然发酵一步发酵工艺参数

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固定化醋酸菌一步发酵法生产金柑果醋的研究

中国调味品 2016年第9期41卷 98-100页

作者：王岩江苏食品药品职业技术学院江苏省食品加工技术研发中心江苏淮安223003

以新鲜的金柑为主要原料,开展了固定化醋酸菌一步发酵法生产金柑果醋的研究。实验结果表明:利用固定化醋酸菌一步发酵法生产金柑果醋的适宜工艺条件为醋酸发酵起始酒精度7.0%,发酵起始pH值5.5,固定化醋酸菌接种量9%,醋酸发酵温度32℃,... 详细信息

以新鲜的金柑为主要原料,开展了固定化醋酸菌一步发酵法生产金柑果醋的研究。实验结果表明:利用固定化醋酸菌一步发酵法生产金柑果醋的适宜工艺条件为醋酸发酵起始酒精度7.0%,发酵起始pH值5.5,固定化醋酸菌接种量9%,醋酸发酵温度32℃,发酵时间72h。采用该工艺得到澄清透明、呈淡黄色、具有金柑风味、酸味柔和且营养丰富的金柑果醋。

关键词：固定化醋酸菌一步发酵金柑果醋

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南丰蜜桔果醋一步发酵工艺研究

南丰蜜桔果醋一步发酵工艺研究

作者：康小斐江西农业大学

学位级别：硕士

本文以南丰蜜桔为原料,采用一步发酵法酿造南丰蜜桔果醋。研究内容及结果如下:1.以醋酸菌1.01为发酵菌种、麦麸为载体,固态发酵制备直投式果蔬醋酸发酵剂。高密度增殖醋酸菌的最佳培养基组成为:麦麸基质含水量60%、葡萄糖3%、乙醇3%、... 详细信息

本文以南丰蜜桔为原料,采用一步发酵法酿造南丰蜜桔果醋。研究内容及结果如下:1.以醋酸菌1.01为发酵菌种、麦麸为载体,固态发酵制备直投式果蔬醋酸发酵剂。高密度增殖醋酸菌的最佳培养基组成为:麦麸基质含水量60%、葡萄糖3%、乙醇3%、酵母膏3%,其中含水量、葡萄糖对醋酸杆菌的生长影响极显著,乙醇含量对醋酸杆菌的生长影响显著,酵母膏对醋酸杆菌的生长影响不显著;最佳培养条件组合是温度30℃、接种量10%、pH值5.0、翻醅次数2次,其中温度、接种量对菌种的生长有极显著影响,pH值对菌种的生长影响显著,而翻醅次数对菌种的生长影响不显著。2.以南丰蜜桔果汁为原料,添加食用酒精,采用摇床液态发酵方法,进行南丰蜜桔果醋一步发酵工艺研究。最佳发酵工艺条件为:果汁含量60%,食用酒精添加量5%,初始pH值4.5,装液量50 m L/250 m L,接种量8%,发酵温度30℃,摇床转速180 r/min,发酵周期3 d。在此条件下发酵,果醋可溶性固形物含量为13.5%,总酸含量由0.9%增加到3.49%,成品果醋果香突出、色泽金黄,较好地保持了果实营养成分。3.以南丰蜜桔果醋添加量、南丰蜜桔果汁添加量、蜂蜜添加量、白砂糖添加量4因素,进行了L9(34)正交试验研制果醋饮料。结果表明:南丰蜜桔果醋饮料的最佳调配比为果汁含量15%、果醋含量15%、蜂蜜含量5%、白砂糖含量10%,调配出了色泽亮黄、品味柔和、果香突出的南丰蜜桔果醋。4.采用四种杀菌条件(85℃/20 min、90℃/15 min、95℃/10 min、100℃/5 min)对南丰蜜桔果醋饮料进行灭菌,对灭菌后果醋饮料色泽、口感、香气、组织形态四方面综合分析,确定100℃保持5 min为南丰蜜桔果醋饮料杀菌条件。

关键词：南丰蜜桔果醋发酵剂一步发酵果醋饮料

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一步发酵法生产新型水牛奶酪工艺研究

轻工科技 2013年第4期29卷 22-22,44页

作者：刘键陈书勤孟宪福广西东园生态农业科技有限公司广西北海536100 广西海洋生物深加工工程技术研究中心广西北海536000

采用益生菌发酵的方法生产新型水牛奶酪。以微生物在不同条件下发酵生产新型水牛奶酪,通过对比确定最佳工艺方法。结果表明:经过益生菌一步发酵生产新型水牛奶酪,工艺简单,产品口感细腻。该方法可应用于将水牛奶采用益生菌一步发酵生产... 详细信息

采用益生菌发酵的方法生产新型水牛奶酪。以微生物在不同条件下发酵生产新型水牛奶酪,通过对比确定最佳工艺方法。结果表明:经过益生菌一步发酵生产新型水牛奶酪,工艺简单,产品口感细腻。该方法可应用于将水牛奶采用益生菌一步发酵生产新型水牛奶酪。

关键词：益生菌水牛奶酪一步发酵生产工艺

米根霉分批补料一步发酵法高效积累L-乳酸的研究

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台州学院学报 2018年第6期40卷 23-29,44页

作者：孙小龙陈耀付永前台州学院生命科学学院浙江台州318000 浙江金晟环保股份有限公司浙江台州317300

在前期工作中,课题组创新性的提出了米根霉一步发酵法高效积累L-乳酸的策略。为了进一步提高米根霉合成L-乳酸的生产效率,作者系统考察了葡萄糖分批补料策略对米根霉一步发酵合成L-乳酸的影响:包括不同初始葡萄糖浓度和残余葡萄糖控制... 详细信息

在前期工作中,课题组创新性的提出了米根霉一步发酵法高效积累L-乳酸的策略。为了进一步提高米根霉合成L-乳酸的生产效率,作者系统考察了葡萄糖分批补料策略对米根霉一步发酵合成L-乳酸的影响:包括不同初始葡萄糖浓度和残余葡萄糖控制策略。研究发现,控制初始葡萄糖浓度为50.0 g/L时,最有利于L-乳酸的高效积累,控制不同残余葡萄糖浓度对一步发酵法合成L-乳酸基本没有影响。在最优的分批补料条件下,L-乳酸产量和生产效率最高,分别达到了162.0 g/L和6.23 g/(L·h),与前期工作相比,生产效率提高了14.3%。

关键词：分批补料培养葡萄糖控制 L-乳酸一步发酵米根霉

氧化葡萄糖酸杆菌中硫辛酸合成模块对维生素C一步混菌发酵的影响

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生物工程学报 2019年第7期35卷 1266-1276页

作者：刘宇王恩旭潘才惠董秀涛丁明珠天津大学化工学院教育部合成生物学前沿科学中心系统生物工程教育部重点实验室天津300072 天津大学天津化学化工协同创新中心天津300072

在由氧化葡萄糖酸杆菌和普通生酮古龙酸杆菌构建的维生素C两菌一步发酵体系中,为了强化氧化葡萄糖酸杆菌对普通生酮古龙酸杆菌生长和产酸的促进作用,文中在氧化葡萄糖酸杆菌中构建硫辛酸合成功能模块。由含硫辛酸功能模块的氧化葡萄糖... 详细信息

在由氧化葡萄糖酸杆菌和普通生酮古龙酸杆菌构建的维生素C两菌一步发酵体系中,为了强化氧化葡萄糖酸杆菌对普通生酮古龙酸杆菌生长和产酸的促进作用,文中在氧化葡萄糖酸杆菌中构建硫辛酸合成功能模块。由含硫辛酸功能模块的氧化葡萄糖酸杆菌和普通生酮古龙酸杆菌组成的两菌一步体系,能减轻普通生酮古龙酸杆菌单菌培养时的生长抑制,强化两菌的互作关系,使维生素C前体(2-酮基-L-古龙酸,2-KGA)的产量提高到73.34 g/L(对照组为59.09 g/L),醇酸转化率提高到86.0%。研究结果为进一步优化维生素C两菌一步发酵体系提供了新思路。

关键词：一步发酵氧化葡萄糖酸杆菌普通生酮古龙酸杆菌硫辛酸

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维生素C发酵一步工艺优化研究

河北化工 2011年第12期34卷 23-25页

作者：齐代鹏华北制药维尔康制药有限公司研发中心河北石家庄050031

针对目前维生素C(VC)发酵过程中一步发酵生产进行工艺优化探讨,从pH值、种后溶氧、山梨醇投醇浓度等关键生长条件入手,达到缩短发酵周期,提高产糖速率的效果。结果表明:一步菌种发酵过程最适pH值为4.8～6.0,发酵周期与种后溶氧成线性关... 详细信息

针对目前维生素C(VC)发酵过程中一步发酵生产进行工艺优化探讨,从pH值、种后溶氧、山梨醇投醇浓度等关键生长条件入手,达到缩短发酵周期,提高产糖速率的效果。结果表明:一步菌种发酵过程最适pH值为4.8～6.0,发酵周期与种后溶氧成线性关系,投醇浓度控制在30%以下产糖速率最快。

关键词： VC pH值溶氧投醇浓度一步发酵