摘要
L-赖氨酸(L-Lysine)，化学名称为2，6-二氨基己酸或α，ε-二氨基己酸，为碱性必需氨基酸，属于天冬氨酸族氨基酸，是饲料、食品与药物重要的原料和添加剂，市场需求量很大。L-赖氨酸主要通过微生物发酵方法获得，但现有分批补料发酵工艺存在糖酸转化率低、产量低、发酵设备腐蚀严重等技术问题，是造成产品成本高的主要因素之一，优化发酵工艺和添加发酵促进剂是提高糖酸转化率降低成本的主要研究方向之一。本实验磷酸甜菜碱替代绿化胆碱，并回收赖氨酸发酵过程放料排出的菌体。使其继续发酵提高糖酸转化率。具体研究内容如下: 1、赖氨酸发酵过程添加磷酸甜菜碱提高糖酸转化率。通过单因素试验，确定磷酸甜菜碱在发酵培养基中的最佳用量和发酵周期:采用三因素多水平正交实验，在现有总氮配方基础上，通过起始流加时间、总氮中磷酸甜菜碱添加浓度、糖氮比(浓糖与总氮的流加体积比)的对比转化率确定磷酸甜菜碱的最佳添加量、流加起始时间和糖氮体积比，并验证添加磷酸甜菜碱相对于添加氯化胆碱对赖氨酸生产的影响。研究结果表明，磷酸甜菜碱可等量替代现有工艺配方中的氯化胆碱，能显著提高三级种子生长速率、缩短成熟周期;赖氨酸发酵OD值和放罐酸与底料中磷酸甜菜碱的添加量正相关，发酵培养基中磷酸甜菜碱添加量为添加0.5g/L时转化率、产酸达到最优。总氮中磷酸甜菜碱的最佳使用条件为:添加量8g/L、添加时间为发酵罐运行5～7h、糖氮比(每小时流加葡萄糖与流加总氮的体积比例)控制在20-28。糖酸转化率由实验前71.1％提高到71.268％，单罐产量135t。 2、中间放料菌体回用提高赖氨酸发酵糖酸转化率。主要采用单因素实验和响应面法，优化中间放料时段、中间放料时段流加总氮/离心机清液体积比、中间放料时发酵罐运行体积、离心机浓液/清液体积比四个影响菌体回用因素对糖酸转化率及单批产量的影响，并分析各因素之间的交互作用，确定出离心机回收工艺的最佳控制条件。研究结果表明，离心机菌体回用最佳工艺条件为离心机浓液/清液体积比1∶3.5、中间放料时段23～37h、中间放料时发酵罐运行体积395m3、中间放料时段流加总氮/离心机清液体积比1∶7.5，糖酸转化率达到73.00％、单批产量176.149t。较传统分批补料发酵工艺转率提高1.73％，单批产量提高41.15t。 3、组罐发酵提高赖氨酸发酵糖酸转化率。根据现有设备情况和投资费用，为提高单批发酵糖酸转化率何单批产量，避免传统工艺中间放料造成菌体及无机盐等营养的损失，通过组罐收集L-赖氨酸发酵过程放出的发酵液，使其继续补料发酵。经单因素实验和响应面法，优化中间放料时段选择、主罐流加总氮/流加浓糖体积比、发酵罐运行体积三个影响因素对糖酸转化率及单批产量的影响，并分析各因素之间的交互作用。确定最佳组罐发酵工艺控制条件。研究结果表明，在离心机菌体回用技术的基础上，开发出1+1、2+1组罐发酵技术。在1+1模式下，最佳工艺控制条件为:中间放料22～36h、主发酵罐运行体积395m3、流加总氮/浓糖体积比1∶25，在此条件下糖酸转化率达到73.29％、单批产量180.46t。较传统分批补料发酵糖酸转化率提高2.02％，单批产量提升45.46t。
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