一種適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)化的固定化細(xì)胞生產(chǎn)葡萄糖酸鈉的方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)化的固定化細(xì)胞生產(chǎn)葡萄糖酸鈉的方法，把黑曲霉菌孢子包埋于海藻酸鈣與蒙脫土中制成固定化小球，在培養(yǎng)基中培養(yǎng)，當(dāng)菌體開(kāi)始分生菌絲時(shí)，移入裝有葡萄糖溶液的發(fā)酵罐開(kāi)始發(fā)酵。發(fā)酵液殘?zhí)切∮?.5%時(shí)結(jié)束發(fā)酵,發(fā)酵液經(jīng)脫色結(jié)晶制成葡萄糖酸鈉晶體，固定化菌體仍留在發(fā)酵罐內(nèi)，填加葡萄糖溶液繼續(xù)發(fā)酵，所述固定化菌體可反復(fù)使用6-8次。
【專利說(shuō)明】一種適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)化的固定化細(xì)胞生產(chǎn)葡萄糖酸鈉的方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于生物發(fā)酵法生產(chǎn)葡萄糖酸鹽的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及生物發(fā)酵法生產(chǎn)葡萄糖酸鈉。
【背景技術(shù)】
[0003]葡萄糖酸鈉又稱五羥基己酸鈉，是一種白色或淡黃色結(jié)晶粉末，葡萄糖酸鈉是一種用途極廣的多羥基有機(jī)酸鹽，由于其無(wú)毒，原料來(lái)源廣泛的特性，熱穩(wěn)定性好，無(wú)潮解性，在化工、食品、醫(yī)藥、輕工等行業(yè)有廣泛的用途。特別在水泥外加劑方面，葡萄糖酸鈉作為減水劑和緩凝劑使用，取得了良好的效果，在食品工業(yè)可用作營(yíng)養(yǎng)增補(bǔ)劑、固化劑、緩沖劑等。葡萄糖酸鈉由于其優(yōu)良的螯合性能而被廣泛用于水質(zhì)處理、電鍍、金屬與非金屬的表面清洗及水泥生產(chǎn)等多種工業(yè)部門，葡萄糖酸鈉也是制備葡萄糖酸內(nèi)酯、葡萄糖酸鹽(鋅、銅、亞鐵鹽)等的基礎(chǔ)原料。
[0004]目前葡萄糖酸鈉的工業(yè)生產(chǎn)主要是以下幾種合成路線:生物發(fā)酵法，均相化學(xué)氧化法，電解氧化法，多相催化氧化法。其中均相化學(xué)氧化法需要嚴(yán)格控制催化劑在反應(yīng)液中有效成分的含量，對(duì)溫度、溶液PH值有依賴性，中間步驟多，副產(chǎn)物多，產(chǎn)物難于分離，且作為催化劑的鹽難以再生，產(chǎn)率較低，反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，且對(duì)環(huán)境有較大污染，因此在應(yīng)用上受到了限制；電解氧化法在工業(yè)生產(chǎn)中能耗大，不易控制，因此工業(yè)化生產(chǎn)中也很少采用；多相催化氧化法工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)平穩(wěn)，易于控制，反應(yīng)條件溫和；發(fā)酵法具有成本低，質(zhì)量易控制等優(yōu)點(diǎn)，所以以往工業(yè)生產(chǎn)葡萄糖酸鈉主要采用生物發(fā)酵和多相催化氧化法。
[0005]多相催化氧化法也有其固有的缺點(diǎn)，如所用催化劑在循環(huán)使用一定次數(shù)后，催化效率下降，使葡萄糖轉(zhuǎn)化率降低，反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)甚至基本無(wú)催化活性，催化劑必須報(bào)廢更新，相應(yīng)提高了單位產(chǎn)品催化劑耗量，也使葡萄糖酸鈉產(chǎn)品生產(chǎn)成本較高。
[0006]傳統(tǒng)的生物發(fā)酵法生產(chǎn)葡萄糖酸鈉的工藝有發(fā)酵周期長(zhǎng)，菌體生長(zhǎng)和呼吸作用要消耗大量的葡萄糖，葡萄糖酸鈉總收率低等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目 的在于克服現(xiàn)有技術(shù)菌體生長(zhǎng)和呼吸作用消耗大量葡萄糖及發(fā)酵周期長(zhǎng)的不足，提供了一種用固定化菌體發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鹽的新方法，該方法不僅降低了生產(chǎn)成本，而且提高了設(shè)備利用率，達(dá)到了環(huán)保的目的。該方法所產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量高、安全可靠、完全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(醫(yī)藥級(jí)標(biāo)準(zhǔn))。
[0008]本發(fā)明所述的一種適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)化的固定化細(xì)胞生產(chǎn)葡萄糖酸鈉的方法，包括固定化菌體的制作、固定化菌體的培養(yǎng)和發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉三步工藝過(guò)程；所說(shuō)的固定化菌體的制作過(guò)程，是將黑曲霉孢子加入蒙脫土、海藻酸鈉混合液中，混合均勻，用液壓噴散器滴入氯化鈣溶液中，形成富有彈性的黑曲霉孢子固定化小球；所說(shuō)的固定化菌體的培養(yǎng)過(guò)程，是將黑曲霉孢子固定化小球移入裝有固定化菌體培養(yǎng)基的種子罐中培養(yǎng)，當(dāng)菌體開(kāi)始分生菌絲時(shí)，菌體培養(yǎng)完成；所說(shuō)的發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉過(guò)程，是將完成培養(yǎng)的菌體移入裝有葡萄糖溶液的發(fā)酵罐開(kāi)始發(fā)酵，不斷滴加氫氧化鈉溶液以維持PH值，當(dāng)發(fā)酵液殘?zhí)切∮?.5%時(shí)結(jié)束發(fā)酵，發(fā)酵液經(jīng)脫色、結(jié)晶制成葡萄糖酸鈉晶體；固定化菌體仍留在發(fā)酵罐內(nèi)繼續(xù)重復(fù)使用，重新向發(fā)酵罐內(nèi)添加葡萄糖溶液，繼續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉。
[0009]本發(fā)明所述的固定化細(xì)胞生產(chǎn)葡萄糖酸鈉的方法的具體操作步驟和工藝條件如下:
1.固定化黑曲霉孢子的制作
O配制含蒙脫土 1%-3%、海藻酸鈉0.8-3%混合液，消毒后備用；制備黑曲霉孢子濃度IO9-1O1Vml的無(wú)雜菌溶液，混勻備用；配制4-6%濃度的氯化鈣溶液消毒后備用。
[0010]2)把配制好的黑曲霉孢子溶液，加入蒙脫土、海藻酸鈉混合液中，混勻，使混合液最終濃度為:蒙脫土 0.2-0.8%,海藻酸鈉0.8-1.5%，孢子濃度107-108/ml。
[0011]3)把混合好的黑曲霉孢子、蒙脫土、海藻酸鈉溶液用液壓噴散器滴入氯化鈣溶液中，浸泡30分鐘，形成富有彈性的孢子固定化小球。
[0012]2.固定化菌體的培養(yǎng)
1)固定化菌體的培 養(yǎng)基:玉米淀粉漿(總可溶性物質(zhì)含量>40%) 1%，硫酸鎂0.3/%，尿素0.6%，硫酸鉀0.1%，葡萄糖5%-10%，消毒后備用。(重量％)
2)配制初糖濃度為30%-35%的葡萄糖發(fā)酵液，消毒后備用。
[0013]3)把孢子固定化小球沖洗干凈后移入裝有固定化菌體培養(yǎng)基的種子罐中培養(yǎng)20小時(shí)左右，當(dāng)菌體開(kāi)始分杈時(shí)，培養(yǎng)完成，移入裝有葡萄糖溶液的發(fā)酵罐，開(kāi)始發(fā)酵。
[0014]3.葡萄糖酸鈉的生產(chǎn)
I)發(fā)酵過(guò)程中，不斷滴加氫氧化鈉溶液以維持PH值，當(dāng)發(fā)酵液殘?zhí)切∮?.5%時(shí)結(jié)束發(fā)酵。
[0015]2)發(fā)酵結(jié)束后，固定化菌體仍存留在發(fā)酵罐內(nèi)，分出發(fā)酵液，經(jīng)脫色、結(jié)晶，制成葡萄糖酸鈉晶體，干燥后包裝。
[0016]3)配制30-35%的葡萄糖溶液，消毒后冷卻到40°C左右，加入存有固定化菌體的發(fā)酵罐中，繼續(xù)發(fā)酵；可反復(fù)使葡萄糖溶液在留存有固定化菌體的發(fā)酵罐中發(fā)酵生成葡萄糖酸鈉溶液，固定化菌體小球可連續(xù)反復(fù)使用6-8次，直到固定化菌體小球易于碾碎后過(guò)濾回收固定化菌體，曬干后粉碎作為有機(jī)肥料使用。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:采用固定化黑曲霉菌體發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉克服了游離菌體發(fā)酵每批發(fā)酵菌體生長(zhǎng)和呼吸都要消耗大量葡萄糖的缺點(diǎn)縮短了發(fā)酵周期、提高了產(chǎn)品得率、降低了生產(chǎn)成本、提高了生產(chǎn)效率，所得產(chǎn)品符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例1:
1、配成5L最終濃度為蒙脫土 0.2-0.8%,海藻酸鈉0.8-1.5%，孢子濃度107-108/ml的混合液。
[0019]2、配成4L濃度為4-6%的氯化鈣溶液消毒后備用。[0020]3、把混合好的黑曲霉孢子、蒙脫土、海藻酸鈉溶液用液壓噴散器滴入氯化鈣溶液中，浸泡30分鐘，形成富有彈性的孢子固定化小球。
[0021]4、配成1OL玉米淀漿(總可溶性物質(zhì)含量≥40%) 1%，硫酸鎂0.3/%，尿素0.6%，硫酸鉀0.1%，葡萄糖5%-10%的固定化菌體培養(yǎng)基溶液，消毒后備用。
[0022]5、把孢子固定化小球沖洗干凈后移入裝有固定化菌體培養(yǎng)基的種子罐中培養(yǎng)20小時(shí)左右，當(dāng)菌體開(kāi)始分生菌絲時(shí)，移入裝有60L 35%葡萄糖溶液的發(fā)酵罐開(kāi)始發(fā)酵。發(fā)酵過(guò)程中不斷滴加氫氧化鈉溶液以維持pH在6.0左右值，當(dāng)發(fā)酵液殘?zhí)切∮?.5%時(shí)結(jié)束發(fā)酵。
[0023]6、發(fā)酵結(jié)束后固定化菌體仍留在發(fā)酵罐內(nèi)，發(fā)酵液經(jīng)脫色、結(jié)晶制成葡萄糖酸鈉晶體，干燥后包裝，可得到24.15kg純度≥99.5的葡萄糖酸鈉晶體。
[0024]7、配制30-35%的葡萄糖溶液消毒后冷卻到40°C左右加入盛有固定化菌體的發(fā)酵罐中繼續(xù)發(fā)酵。按照步驟5、6反復(fù)使葡萄糖溶液在發(fā)酵罐中發(fā)酵生成葡萄糖酸鈉溶液，發(fā)酵周期平均23小時(shí)，所產(chǎn)葡萄糖酸鈉與投入葡萄糖的質(zhì)量比平均在1.168。
[0025]
實(shí)施例2:
1、配成1500L最終濃度為蒙脫土 0.2-0.8%,海藻酸鈉0.8-1.5%，孢子濃度107-108/ml的混合液。
[0026]2、配成1500L濃度為4-6%的氯化鈣溶液消毒后備用。
[0027]3、把混合好的黑曲霉孢子、海藻酸鈉溶液用液壓噴散器滴入氯化鈣溶液中，浸泡30分鐘，形成富有彈性的孢子固定化小球。
[0028]4、配成3000L玉米淀漿(總可溶性物質(zhì)含量≥40%) 3%_5%，硫酸鎂0.3/%，尿素
0.6%，硫酸鉀0.1%，葡萄糖5%-10%的固定化菌體培養(yǎng)基溶液，消毒后備用。
[0029]5、把孢子固定化小球沖洗干凈后移入裝有固定化菌體培養(yǎng)基的種子罐中培養(yǎng)20小時(shí)左右，當(dāng)菌體開(kāi)始分生菌絲時(shí)，移入裝有15000L 30%葡萄糖溶液的發(fā)酵罐開(kāi)始發(fā)酵。發(fā)酵過(guò)程中不斷滴加氫氧化鈉溶液以維持pH在6.0左右值，當(dāng)發(fā)酵液殘?zhí)切∮?.5%時(shí)結(jié)束發(fā)酵。
[0030]6、發(fā)酵結(jié)束后固定化菌體仍留在發(fā)酵罐內(nèi)，發(fā)酵液經(jīng)脫色結(jié)晶制成葡萄糖酸鈉晶體，干燥后包裝，可得到5.175t純度> 99.5的葡萄糖酸鈉晶體。
[0031]7、配制30-35%的葡萄糖溶液消毒后冷卻到40°C左右加入盛有固定化菌體的發(fā)酵罐中繼續(xù)發(fā)酵。按照步驟5、6反復(fù)使葡萄糖溶液在發(fā)酵罐中發(fā)酵生成葡萄糖酸鈉溶液.實(shí)施例3:
1、配成15m3最終濃度為蒙脫土 0.2-0.8%,海藻酸鈉0.8-1.5%，孢子濃度107-108/ml的混合液。
[0032]2、配成15m3濃度為4-6%的氯化鈣溶液消毒后備用。
[0033]3、把混合好的黑曲霉孢子、海藻酸鈉溶液用液壓噴散器滴入氯化鈣溶液中，浸泡30分鐘，形成富有彈性的孢子固定化小球。
[0034]4、配成30m3L玉米淀漿(總可溶性物質(zhì)含量≥40%) 3%_5%，硫酸鎂0.3/%，尿素
0.6%，硫酸鉀0.1%，葡萄糖5%-10%的固定化菌體培養(yǎng)基溶液，消毒后備用。
[0035]5、把孢子固定化小球沖洗干凈后移入裝有固定化菌體培養(yǎng)基的種子罐中培養(yǎng)20小時(shí)左右，當(dāng)菌體開(kāi)始分生菌絲時(shí)，移入裝有150m3L 30%葡萄糖溶液的發(fā)酵罐開(kāi)始發(fā)酵。發(fā)酵過(guò)程中不斷滴加氫氧化鈉溶液以維持pH在6.0左右值，當(dāng)發(fā)酵液殘?zhí)切∮?.5%時(shí)結(jié)束發(fā)酵。
[0036]6、發(fā)酵結(jié)束后固定化菌體仍留在發(fā)酵罐內(nèi)，發(fā)酵液經(jīng)脫色結(jié)晶制成葡萄糖酸鈉晶體，干燥后包裝，可得到51.75t純度> 99.5的葡萄糖酸鈉晶體。
[0037] 7、配制30-35%的葡萄糖溶液消毒后冷卻到40°C左右加入盛有固定化菌體的發(fā)酵罐中繼續(xù)發(fā)酵。按照步驟5、6反復(fù)使葡萄糖溶液在發(fā)酵罐中發(fā)酵生成葡萄糖酸鈉溶液。
【權(quán)利要求】
1.一種適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)化的固定化細(xì)胞生產(chǎn)葡萄糖酸鈉的方法，其特征在于包括黑曲霉孢子固定化菌體的制作、固定化菌體的培養(yǎng)和利用黑曲霉孢子固定化菌體發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉過(guò)程。
2.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)葡萄糖酸鈉的方法，其特征在于: 所說(shuō)的固定化菌體的制作過(guò)程，是將黑曲霉孢子加入蒙脫土、海藻酸鈉混合液中，混合均勻，用液壓噴散器滴入氯化鈣溶液中，形成富有彈性的黑曲霉孢子固定化小球；所說(shuō)的固定化菌體的培養(yǎng)過(guò)程，是將黑曲霉孢子固定化小球移入裝有固定化菌體培養(yǎng)基的種子罐中培養(yǎng)，當(dāng)菌體開(kāi)始分生菌絲時(shí)，菌體培養(yǎng)完成；所說(shuō)的發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉過(guò)程，是將完成培養(yǎng)的菌體移入裝有葡萄糖溶液的發(fā)酵罐開(kāi)始發(fā)酵，不斷滴加氫氧化鈉溶液以維持PH值，當(dāng)發(fā)酵液殘?zhí)切∮?.5%時(shí)結(jié)束發(fā)酵，發(fā)酵液經(jīng)脫色、結(jié)晶制成葡萄糖酸鈉晶體；固定化菌體仍留在發(fā)酵罐內(nèi)繼續(xù)重復(fù)使用，重新向發(fā)酵罐內(nèi)添加葡萄糖溶液，繼續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉。
3.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)葡萄糖酸鈉的方法，其特征在于的具體操作步驟和工藝條件如下: (一)固定化黑曲霉孢子的制作 1）配制含蒙脫土 1%_3%、海藻酸鈉0.8-3%混合液，消毒后備用；制備黑曲霉孢子濃度109-1O1Vml的無(wú)雜菌溶液，混勻備用；配制4-6%濃度的氯化鈣溶液消毒后備用， 2)把配制好的黑曲霉孢子溶液，加入蒙脫土、海藻酸鈉混合液中，混勻，使混合液最終濃度為:蒙脫土 0.2-0.8%,海藻酸鈉0.8-1.5%，孢子濃度107-108/ml， 3)把混合好的黑曲霉孢子、蒙脫土、海藻酸鈉溶液用液壓噴散器滴入氯化鈣溶液中，浸泡30分鐘，形成富有彈性的孢子固定化小球； (二)固定化菌體的培養(yǎng) 1)固定化菌體的培養(yǎng)基:玉米淀粉漿(總可溶性物質(zhì)含量>40%) 1%，硫酸鎂0.3/%，尿素0.6%，硫酸鉀0.1%，葡萄糖5%-10%，消毒后備用(重量％)， 2)配制初糖濃度為30%-35%的葡萄糖發(fā)酵液，消毒后備用， 3)把孢子固定化小球沖洗干凈后移入裝有固定化菌體培養(yǎng)基的種子罐中培養(yǎng)20小時(shí)左右，當(dāng)菌體開(kāi)始分生菌絲時(shí)，培養(yǎng)完成，移入裝有葡萄糖溶液的發(fā)酵罐，開(kāi)始發(fā)酵； (三)葡萄糖酸鈉的生產(chǎn) 1)發(fā)酵過(guò)程中，不斷滴加氫氧化鈉溶液以維持pH值，當(dāng)發(fā)酵液殘?zhí)切∮?.5%時(shí)結(jié)束發(fā)酵， 2)發(fā)酵結(jié)束后，固定化菌體仍存留在發(fā)酵罐內(nèi)，分出發(fā)酵液，經(jīng)脫色、結(jié)晶，制成葡萄糖酸鈉晶體，干燥后包裝， 3)配制30-35%的葡萄糖溶液，消毒后冷卻到40°C左右，加入存有固定化菌體的發(fā)酵罐中，繼續(xù)發(fā)酵；可反復(fù)使葡萄糖溶液在留存有固定化菌體的發(fā)酵罐中發(fā)酵生成葡萄糖酸鈉溶液，固定化菌體小球可連續(xù)反復(fù)使用6-8次，直到固定化菌體小球易于碾碎后過(guò)濾回收固定化菌體，曬干后粉碎作為有機(jī)肥料使用。
【文檔編號(hào)】C12N11/10GK103898170SQ201210576825
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月27日
【發(fā)明者】王棣, 王方明, 李偉, 王一, 王居亮, 孫學(xué)謙, 王顯兵, 李文龍, 李秋紅, 李曰強(qiáng) 申請(qǐng)人:山東西王糖業(yè)有限公司