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用甘蔗糖蜜发酵法生产葡萄糖酸钠的研究

    发酵法生产葡萄糖酸钠具有发酵速度快、发酵过程易于控制、产品易于提取等特点。但使用价格昂贵的葡萄糖做碳源,使葡萄糖酸钠的使用受到了限制。用农产品加工的副产物可作为相对经济的碳源。本文以甘蔗糖蜜为例,对使用廉价碳源发酵法生产葡萄糖酸钠进行了研究。
    关键词:葡萄糖酸钠 微生物发酵 碳源 生物技术

    葡萄糖酸钠可用于制药工业和食品行业,是优良的呈味改良剂,本身的呈味性优良,还有掩盖苦味和臭味、改良呈味性效果,是优良的食品加工pH缓冲剂,在建筑业中作为减水剂、缓凝剂等。
    20世纪90年代以来,葡萄糖酸钠应用技术得到了很大的突破,并形成了一个很大的产业,微生物技术在近几年发展迅速,成为目前大工业化生产的主流。但是使用价格昂贵的葡萄糖作为碳源致使葡萄糖酸及其衍生物价格居高不下。因此,开发廉价碳源,具有重要的意义。本文以甘蔗糖蜜作为廉价碳源,利用黑曲霉发酵,进行了试验。
    1试验材料与仪器
    1.1试验材料

    菌种:本实验室保存的一株黑曲霉菌。
    甘蔗糖蜜:含有糖分、胶体、灰分、悬浮物及微量氮,磷,钾等。
    1.2试验仪器
    全自动在线自控发酵罐10L,752紫外可见分光光度计,恒温水浴培养箱等。
    2实验步骤
    2.1甘蔗糖蜜预处理

    糖蜜中含有大量的灰分和胶体及一些重金属离子,发酵前应进行适当地处理,采用六氰合铁酸盐(Hexacynoferrate,简称HCF)处理甘蔗糖蜜,具体步骤为取糖蜜1kg,用去离子水稀释5倍,活性炭进行脱色处理。之后加入HCF3.5mmol/L,调pH值为4.0-4.5,80℃加热15min。所得沉淀物为含重金属离子的复合物。过滤去除,所得滤液即为可发酵碳源。根据葡萄糖含量调整至相当于适当浓度的葡萄糖溶液。
同时用未经HCF法处理的糖蜜和葡萄糖分别发酵,作对比试验。
    2.2黑曲霉麸曲的制备
    取新鲜麸皮,用60目筛子筛去细粉,以减少淀粉含量。将麸皮加入一定量水,拌匀至无干粉又无结团现象后,分装到三角瓶中,0.1MPa灭菌30min,趁热摇散,冷却至35℃,培养1d。未发现气味异常或染菌,即可使用。
    在无菌室中,于无菌操作条件下,每一个三角瓶中接入5环已划好的斜面菌种孢子,于30-32℃培养16-20h后,有白色小菌落在麸皮上出现,再培养24-30h后可看到培养基结成块状,菌丝生长旺盛。摇瓶时必须充分摇匀,使结块的培养基疏散,铺平后,继续扣瓶培养。待长出的黑色孢子布满丰盛后,即可使用。
    2.3发酵
    ①预处理后的甘蔗糖蜜加入一定量营养盐KH2PO4,MgSO4·7H20.015%。玉米浆。待充分溶解定容后加入10ml-20ml泡敌(pH值自然),121℃灭菌17min,冷却至35℃,pH5.5-6.5备用。
    ②向罐中接入30g长有黑曲霉孢子的麸曲(向上述500ml麸曲瓶中加入200ml无菌水,拌匀),通入无菌空气1.0-2.0vvm,罐压0.1MPa,保证溶氧超过50%,搅拌转速300-400r/min,温度30-35℃。
    ③当残糖低于0.5%时发酵结束。
    2.4提取
    ①发酵结束后,将料液通过小型扳框过滤机,除去发酵液中的菌体及其悬浮固体杂质。
    ②将料液加热至80℃,再向其中加入0.5%的活性炭(糖用),缓慢搅拌30min滤出活性炭,得澄清发酵液,用NaOH调节,pH6.
    ③真空浓缩蒸发仪将料液浓缩到合适的浓度(50%-80%)。静置5-8h,料液中便有葡萄糖酸钠晶体析出(也可以向其加入少量晶种)。
    ④抽滤、干燥即得较为纯净的产品。剩余母液可重复上述结晶过程再次处理。
    2.5鉴定
    葡萄糖酸钠定性检验(药典法)
    ①取样品约0.5g,置于试管中。加水5ml,微热溶解后,加冰醋酸0.7ml与新蒸馏的苯肼1ml,置水浴上加热30min,放冷。用玻璃棒擦拭管壁,渐生成黄色结晶。
    ②取样品约1g加入5ml水溶解后,加入FeCl3溶液1滴,呈深黄色。
    ③水溶液呈钠盐反应。
    2.6实验结果
    对通过HCF预处理过的糖蜜发酵生产的葡萄糖酸钠,进行测定,结果见表1.

    3结果分析
    3.1不同碳源发酵

    当培养基的碳源分别是葡萄糖、预处理的糖蜜和未经处理的糖蜜,其他的营养物质KH2PO4,MgSO4·7H2O。玉米浆也相同,其转化率见表2.
    糖蜜中大量的灰分、胶体及重金属离子影响菌体生长,也影响产品纯度,胶体的存在,致使发酵中产生大量的泡沫,影响发酵生产。
    相对于将黑曲霉接种于原始的糖蜜中,在用HCF法处理过的糖蜜中产生葡萄糖酸钠的量可提高20%。而且在底物纯化方面并未增加额外成本。
    3.2培养基的优化
    针对根据甘蔗糖蜜调整后相当于葡萄糖的含量、MgSO4·7H2O加入量、玉米浆加入量,3个影响葡萄糖酸钠的转化率的因素,设计选用L9(33)正交试验来研究。甘蔗糖蜜整整后相当于葡萄糖的含量(A)、MgSO4·7H2O加入量(B)。玉米浆加入量(C)。L9(33)正交试验因素水平见表3.正交试验结果见表4.

    从表4可以看出,影响葡萄糖酸钠转化率的因素的主次顺序为A>C>B,最佳的发酵组合是A3B3C2,即把甘蔗糖蜜调整至相当于250g/L的葡萄糖溶液,MgSO4·7H2O加入量为0.02%,玉米浆加入量0.15%。按此最佳发酵条件做平行试验,生产得到葡萄糖酸钠转化率可达到87%。
    3结论
    3.1  
相对于将黑曲霉接种于未处理糖蜜,在用HCF法处理过的糖蜜中葡萄糖酸钠的产量可提高20%。而且在底物纯化方面并未增加额外成本。
    3.2  大多数农业生产的辅料均为酸性(pH2.5-3.5),因此,发酵前要调节甘蔗糖蜜pH5.5-6.5.
    3.3  最佳发酵培养基是:甘蔗糖蜜调整至相当于250g/L的葡萄糖溶液,MgSO4·7H2O加入量为0.02%,玉米浆加入量0.15%。
    3.4  以甘蔗糖蜜为碳源在10L发酵罐中进行试验,得葡萄糖酸钠转化率达到87%,为将来用廉价碳源生产葡萄糖酸钠奠定了基础。本文搜集整理于网络,如有侵权之处,请联系我们删除。)