谷氨酸摇瓶发酵培养基的优化
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摘要：谷氨酸被广泛应用于食品、医药、化妆品、饲料以及化工等工业领域，我国是谷氨酸第一生产大国，目前主要采用的生产方式是微生物发酵法，具有生产成本低、节约资源等优点。本文主要研究不同初始糖浓度下，玉米浆和糖蜜对谷氨酸发酵的影响，确定较优的发酵液培养基组成及装液量，以期获得较高的谷氨酸产率及糖酸转化率，对谷氨酸菌种性能的验证及工艺过程的放大化具有重要意义。
关键词：发酵法；验证菌种；培养方法
中图分类号：TS201 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）18-24-02
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
谷氨酸菌种S9114，中粮生化能源（龙江）有限公司提供；其他实验试剂均购于天津科密欧有限公司
1.2 培养基
种子培养基：葡萄糖26g/L，玉米浆2.8g/L，尿素5.6g/L，K2HPO41.6g/L，MgSO4·7H2O 0.5g/L，pH为7.0。
初筛发酵培养基：口服葡萄糖160g/L，玉米浆2g/L，糖蜜1g/L，K2HPO41.7g/L，MgSO4·7H2O 0.6g/L，pH为7.0。
1.3 实验方法
1.3.1 种子培养。将已灭菌的装有一定量种子培养基的三角瓶内接入活化菌种，32℃震荡培养8h，置于4℃冰箱冷藏备用。
1.3.2 发酵培养。将一定量种子液接入装有一定量合成培养基的1000mL三角瓶中震荡培养，33℃，105r/min；当OD 为0.7～0.8 时将温度提高至37℃，转速提高至125 r/min； 当pH 降至6.5时，补加200g/L 尿素溶液0.8mL/瓶，发酵培养40h。培养结束后测定并计算发酵液中的谷氨酸产率、糖酸转化率（本文简称转化率）。
1.3.3 实验指标分析。（1）实验指标的测定。pH 值：pH计测定；残糖：还原糖滴定法；谷氨酸含量： SBA-40生物传感分析仪测定。
（2）转化率的计算。
2 结果与分析
2.1 玉米浆和糖蜜对谷氨酸发酵的影响
2.1.1 低初始糖浓度谷氨酸发酵。本实验在前期研究的基础上，设计不同玉米浆和糖蜜添加量（见表1），其他成分同初筛发酵培养基，以发酵液中谷氨酸产率、转化率及残糖这三项指标综合分析发酵结果。
2.1.2 高初始糖浓度谷氨酸发酵。为了提高谷氨酸发酵的产酸率，实验尝试了初始葡萄糖浓度为180g/L，其他同初筛发酵培养基，以玉米浆和糖蜜的添加量为考察因素，设计了3组实验（第4组、第5组、第6组），实验结果见表3。对表3实验结果进行多重比较分析，结果如表4所示，实验第4组的谷氨酸产量和转化率最高，与第5和第6组相比差异不显著（p>0.25）；实验第6组的残糖最低，比较显著低于（p﹤0.25）实验第4组和第5组；综合比较分析实验第4组的培养基组成更有利于谷氨酸的积累。
2.2 不同装液量对谷氨酸发酵的影响
设计不同的装液量来改变供氧条件（见表5），其他同初筛发酵培养基。以实验第4组作为发酵培养基，以发酵液装液量为考察因素，设计2组实验（第7组、第8组）进行研究，实验结果见表6。对表6中数据进行方差分析，结果表明，装液量对谷氨酸产量及转化率的影响显著（p﹤0.05）；对残糖的影响不显著（p>0.25）。综合比较分析实验第7组的装液量更有利于谷氨酸的积累，其谷氨酸的产量为12.0%、较优化前提高了61.07%，转化率为68.2%、较优化前提高了42.61%，残糖为0.297%，残糖含量达到放罐样的质量要求；确定实验第7组的培养基组成作为发酵培养基的组分，具体为：口服葡萄糖180g/L、玉米浆4.0g/L、糖蜜2g/L、K2HPO41.7g/L、MgSO4·7H2O 0.6g/L，发酵液的装液量为28.5mL/1000mL。
3 结果与讨论
（1）利用摇瓶发酵小试实验与SPSS19.0分析软件相结合的实验统计方法能有效地实现发酵培养条件的优化，具有简单、经济、高效等优点。实验结果表明碳氮添加量及装液量对谷氨酸发酵都具有显著的影响，通过调节碳氮源及装液量可以显著地提高谷氨酸的产率及转化率。
（2）确定发酵培养基组成为：口服葡萄糖180g/L、玉米浆4.0g/L、糖蜜2g/L、K2HPO41.7g/L、MgSO4·7H2O 0.6g/L，发酵液的装液量为28.5 mL/1000mL。在此培养条件下，谷氨酸的产率达到了12.0%、较优化前提高了61.07%，转化率达到68.2%、较优化前提高了42.61%。不仅验证菌种的优良性能，也为后续谷氨酸工业化生产提供了理论基础和实验依据。
作者简介：王晓丽（1985-），女（满族），辽宁台安人，中粮生化能源（龙江）有限公司工程技术研究中心工程师，硕士，研究方向：营养与功能性食品。