谷氨酸搖瓶發酵培養基的優化

摘要：谷氨酸被廣泛應用于食品、醫藥、化妝品、飼料以及化工等工業領域，我國是谷氨酸第一生產大國，目前主要采用的生產方式是微生物發酵法，具有生產成本低、節約資源等優點。本文主要研究不同初始糖濃度下，玉米漿和糖蜜對谷氨酸發酵的影響，確定較優的發酵液培養基組成及裝液量，以期獲得較高的谷氨酸產率及糖酸轉化率，對谷氨酸菌種性能的驗證及工藝過程的放大化具有重要意義。

關鍵詞：發酵法；驗證菌種；培養方法

中圖分類號：TS201 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）18-24-02

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

谷氨酸菌種S9114，中糧生化能源（龍江）有限公司提供；其他實驗試劑均購于天津科密歐有限公司

1.2 培養基

種子培養基：葡萄糖26g/L，玉米漿2.8g/L，尿素5.6g/L，K2HPO41.6g/L，MgSO4·7H2O 0.5g/L，pH為7.0。

初篩發酵培養基：口服葡萄糖160g/L，玉米漿2g/L，糖蜜1g/L，K2HPO41.7g/L，MgSO4·7H2O 0.6g/L，pH為7.0。

1.3 實驗方法

1.3.1 種子培養。將已滅菌的裝有一定量種子培養基的三角瓶內接入活化菌種，32℃震蕩培養8h，置于4℃冰箱冷藏備用。

1.3.2 發酵培養。將一定量種子液接入裝有一定量合成培養基的1000mL三角瓶中震蕩培養，33℃，105r/min；當△OD 為0.7～0.8 時將溫度提高至37℃，轉速提高至125 r/min； 當pH 降至6.5時，補加200g/L 尿素溶液0.8mL/瓶，發酵培養40h。培養結束后測定并計算發酵液中的谷氨酸產率、糖酸轉化率（本文簡稱轉化率）。

1.3.3 實驗指標分析。（1）實驗指標的測定。pH 值：pH計測定；殘糖：還原糖滴定法；谷氨酸含量： SBA-40生物傳感分析儀測定。

（2）轉化率的計算。

2 結果與分析

2.1 玉米漿和糖蜜對谷氨酸發酵的影響

2.1.1 低初始糖濃度谷氨酸發酵。本實驗在前期研究的基礎上，設計不同玉米漿和糖蜜添加量（見表1），其他成分同初篩發酵培養基，以發酵液中谷氨酸產率、轉化率及殘糖這三項指標綜合分析發酵結果。

2.1.2 高初始糖濃度谷氨酸發酵。為了提高谷氨酸發酵的產酸率，實驗嘗試了初始葡萄糖濃度為180g/L，其他同初篩發酵培養基，以玉米漿和糖蜜的添加量為考察因素，設計了3組實驗（第4組、第5組、第6組），實驗結果見表3。對表3實驗結果進行多重比較分析，結果如表4所示，實驗第4組的谷氨酸產量和轉化率最高，與第5和第6組相比差異不顯著（p>0.25）；實驗第6組的殘糖最低，比較顯著低于（p﹤0.25）實驗第4組和第5組；綜合比較分析實驗第4組的培養基組成更有利于谷氨酸的積累。

2.2 不同裝液量對谷氨酸發酵的影響

設計不同的裝液量來改變供氧條件（見表5），其他同初篩發酵培養基。以實驗第4組作為發酵培養基，以發酵液裝液量為考察因素，設計2組實驗（第7組、第8組）進行研究，實驗結果見表6。對表6中數據進行方差分析，結果表明，裝液量對谷氨酸產量及轉化率的影響顯著（p﹤0.05）；對殘糖的影響不顯著（p>0.25）。綜合比較分析實驗第7組的裝液量更有利于谷氨酸的積累，其谷氨酸的產量為12.0%、較優化前提高了61.07%，轉化率為68.2%、較優化前提高了42.61%，殘糖為0.297%，殘糖含量達到放罐樣的質量要求；確定實驗第7組的培養基組成作為發酵培養基的組分，具體為：口服葡萄糖180g/L、玉米漿4.0g/L、糖蜜2g/L、K2HPO41.7g/L、MgSO4·7H2O 0.6g/L，發酵液的裝液量為28.5mL/1000mL。

3 結果與討論

（1）利用搖瓶發酵小試實驗與SPSS19.0分析軟件相結合的實驗統計方法能有效地實現發酵培養條件的優化，具有簡單、經濟、高效等優點。實驗結果表明碳氮添加量及裝液量對谷氨酸發酵都具有顯著的影響，通過調節碳氮源及裝液量可以顯著地提高谷氨酸的產率及轉化率。

（2）確定發酵培養基組成為：口服葡萄糖180g/L、玉米漿4.0g/L、糖蜜2g/L、K2HPO41.7g/L、MgSO4·7H2O 0.6g/L，發酵液的裝液量為28.5 mL/1000mL。在此培養條件下，谷氨酸的產率達到了12.0%、較優化前提高了61.07%，轉化率達到68.2%、較優化前提高了42.61%。不僅驗證菌種的優良性能，也為后續谷氨酸工業化生產提供了理論基礎和實驗依據。

作者簡介：王曉麗（1985-），女（滿族），遼寧臺安人，中糧生化能源（龍江）有限公司工程技術研究中心工程師，碩士，研究方向：營養與功能性食品。