以小麦糖浆与玉米糖浆为碳源在赖氨酸发酵生产中的应用

李朝波，翟秀超，王鹏飞，蒋 微

无锡中粮工程科技有限公司 (无锡 214035)

赖氨酸是人类和动物必需氨基酸之一，可作为食品和饲料的添加剂，强化食品和饲料的营养，是世界上仅次于味精的第二大氨基酸产业。我国赖氨酸市场经过十余年的飞速发展，已成为世界上赖氨酸生产、消费第一大国[1]。目前，L-赖氨酸的生产方法多为微生物发酵法，在我国L-赖氨酸生产主要是以玉米为原料，经过湿磨制成淀粉乳，然后再制成葡萄糖作为微生物发酵的碳源。由于我国的玉米价格比小麦价格便宜，而且玉米比小麦的生产成本低，所以在我国以小麦为原料生产葡萄糖并以此作为L-赖氨酸发酵的碳源更是少之又少。反之由于俄罗斯、白俄罗斯等国家独特的地理气候，加上机械化程度高，种植成本低，使得小麦淀粉在此地区的生产优势非常明显。本试验以玉米糖浆和小麦糖浆为原料，采用同等工艺和方法生产L-赖氨酸，对比在发酵产酸上的差异，希望能够在以后设计过程中得以借鉴。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1菌种

L-赖氨酸生产菌，Corynebacterium glutamicum JULY1801菌株。

1.1.2主要原材料

(1)玉米葡萄糖浆：DE值98.6%；浓度58%；澄清度90%；pH值4.5。

(2)小麦葡萄糖浆：DE值98.4% ；浓度58%；澄清度88% ；pH值4.6。

1.1.3设备与仪器

5 m3一级种子罐；55 m3二级种子罐；500 m3发酵罐；721型分光光度计，上海菁华科技仪器有限公司；M100型生物传感分析仪，深圳市西尔曼科技有限公司； E-10型铵离子分析仪，深圳市西尔曼科技有限公司等。

1.2 方法

1.2.1培养

分别采用玉米糖浆、小麦糖浆为原料，各生产3批赖氨酸发酵液，进行对比试验。

(1)种子培养

将一级种子按5%接种量接入二级种子罐中，初始装液量40 m3。用液氨调节pH值至7.0，pH值范围6.9～7.0；初始通风量500 m3/h进行培养，若溶氧还不足，再提二级种子罐风量，风压0.08～0.10 MPa；待种子培养液OD562值在0.8左右时，全部量接入发酵罐中。

(2)发酵培养

将二级种子罐内种子液接入到500 m3发酵罐中，初始装液量180 m3。pH值通过流加液氨控制在6.9～7.0；初始通气量为3 000 m3/h，根据产酸、OD、DO等因素提发酵罐风量，风压0.08～0.10 MPa；培养温度37 ℃。当残糖和AN降至一定值时，将葡萄糖和硫酸铵溶液流加到发酵罐中；并以泡敌消泡防止泡沫外逃[2]。

1.2.2测定方法

菌体含量的测定，以OD值表示，发酵液稀释50倍后，用721分光光度计在波长562 nm下测量吸光度；残糖含量的测定，采用生物传感分析仪；氨氮含量的测定，采用铵离子分析仪；L-赖氨酸含量的测定，采用生物传感分析仪；溶氧的测定，采用溶氧电极[3]。

2 结果与讨论

2.1 不同碳源对L- 赖氨酸发酵产酸的影响

以玉米糖浆和小麦糖浆为碳源分别发酵3批，取具有代表性的一批进行比较,测定结果见表1、表2。

表1 玉米糖浆对 L- 赖氨酸发酵产酸的影响

表2 小麦糖浆对 L- 赖氨酸发酵产酸的影响

由表1、表2可知，以玉米糖浆和小麦糖浆为碳源，在L-赖氨酸产酸上有差异。

2.2 不同碳源对 L-赖氨酸发酵OD值的影响

分别选取玉米糖浆和小麦糖浆作为L-赖氨酸发酵碳源，通过流加糖浆进行发酵，发酵罐培养42 h。

2.2.1不同碳源对 L- 赖氨酸发酵菌体生长的影响

由图1可以看出，不同碳源对L-赖氨酸生产菌的生长影响不大。两种不同碳源，在对数生长期的时间段基本一致， 即均在12 h前期以玉米糖浆为碳源的菌体活跃，但在12～36 h之间，以小麦糖浆为碳源的菌体生长速度较快，主要原因是小麦糖浆的成分复杂，菌体获取了一些营养物质导致在中期大量繁殖。

图1 不同碳源对 L- 赖氨酸发酵菌体生长的影响

2.2.2不同糖浆对 L- 赖氨酸发酵产酸的影响

由图2可以看出，不同糖浆对L-赖氨酸产酸的影响有差异。在0～36 h期间，以玉米糖浆和小麦糖浆为碳源进行发酵，产酸量基本相差不大，但是到了36 h之后，玉米糖浆的产酸量略大于小麦糖浆的产酸量。

图2 不同糖浆对 L- 赖氨酸发酵产酸的影响

3 结论

影响L-赖氨酸发酵指标的因素有很多，如菌种、培养基配方、培养条件、发酵过程控制等。为具有可比性，本试验除了糖浆不一样外，其它均选择同等的条件进行培养发酵，随着发酵时间的增加，玉米糖浆的产酸量会略有优势。在发酵时间为42 h时，玉米糖浆作为L-赖氨酸发酵的碳源比小麦糖浆在产酸上要高出20 g/L左右，而且相对应的转化率也较高。

试验数据表明：由于小麦糖浆中成分复杂，含有的脂肪和一些不可见成分比较多，导致在发酵过程中不仅容易产生泡沫，还会影响赖氨酸的产酸。在发酵时间为36～42 h时，小麦糖浆与玉米糖浆的产酸相差10～20 g/L左右。所以在设计的时候要充分考虑这一因素，不能单从糖浆主体指标符合要求来判断。