一種適應大規(guī)模工業(yè)化的固定化細胞生產葡萄糖酸鈉的方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種適應大規(guī)模工業(yè)化的固定化細胞生產葡萄糖酸鈉的方法，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)，當菌體開始分生菌絲時，移入裝有葡萄糖溶液的發(fā)酵罐開始發(fā)酵。發(fā)酵液殘?zhí)切∮?.5%時結束發(fā)酵,發(fā)酵液經脫色結晶制成葡萄糖酸鈉晶體，固定化菌體仍留在發(fā)酵罐內，填加葡萄糖溶液繼續(xù)發(fā)酵，所述固定化菌體可反復使用6-8次。
【專利說明】一種適應大規(guī)模工業(yè)化的固定化細胞生產葡萄糖酸鈉的方法
[0001]
【技術領域】
[0002]本發(fā)明屬于生物發(fā)酵法生產葡萄糖酸鹽的【技術領域】，尤其涉及生物發(fā)酵法生產葡萄糖酸鈉。
【背景技術】
[0003]葡萄糖酸鈉又稱五羥基己酸鈉，是一種白色或淡黃色結晶粉末，葡萄糖酸鈉是一種用途極廣的多羥基有機酸鹽，由于其無毒，原料來源廣泛的特性，熱穩(wěn)定性好，無潮解性，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)可用作營養(yǎng)增補劑、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處理、電鍍、金屬與非金屬的表面清洗及水泥生產等多種工業(yè)部門，葡萄糖酸鈉也是制備葡萄糖酸內酯、葡萄糖酸鹽(鋅、銅、亞鐵鹽)等的基礎原料。
[0004]目前葡萄糖酸鈉的工業(yè)生產主要是以下幾種合成路線:生物發(fā)酵法，均相化學氧化法，電解氧化法，多相催化氧化法。其中均相化學氧化法需要嚴格控制催化劑在反應液中有效成分的含量，對溫度、溶液PH值有依賴性，中間步驟多，副產物多，產物難于分離，且作為催化劑的鹽難以再生，產率較低，反應時間較長，且對環(huán)境有較大污染，因此在應用上受到了限制；電解氧化法在工業(yè)生產中能耗大，不易控制，因此工業(yè)化生產中也很少采用；多相催化氧化法工藝簡單，反應平穩(wěn)，易于控制，反應條件溫和；發(fā)酵法具有成本低，質量易控制等優(yōu)點，所以以往工業(yè)生產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，如所用催化劑在循環(huán)使用一定次數(shù)后，催化效率下降，使葡萄糖轉化率降低，反應時間延長甚至基本無催化活性，催化劑必須報廢更新，相應提高了單位產品催化劑耗量，也使葡萄糖酸鈉產品生產成本較高。
[0006]傳統(tǒng)的生物發(fā)酵法生產葡萄糖酸鈉的工藝有發(fā)酵周期長，菌體生長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。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目 的在于克服現(xiàn)有技術菌體生長和呼吸作用消耗大量葡萄糖及發(fā)酵周期長的不足，提供了一種用固定化菌體發(fā)酵生產葡萄糖酸鹽的新方法，該方法不僅降低了生產成本，而且提高了設備利用率，達到了環(huán)保的目的。該方法所產產品質量高、安全可靠、完全符合國家標準(醫(yī)藥級標準)。
[0008]本發(fā)明所述的一種適應大規(guī)模工業(yè)化的固定化細胞生產葡萄糖酸鈉的方法，包括固定化菌體的制作、固定化菌體的培養(yǎng)和發(fā)酵生產葡萄糖酸鈉三步工藝過程；所說的固定化菌體的制作過程，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；所說的固定化菌體的培養(yǎng)過程，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)，當菌體開始分生菌絲時，菌體培養(yǎng)完成；所說的發(fā)酵生產葡萄糖酸鈉過程，是將完成培養(yǎng)的菌體移入裝有葡萄糖溶液的發(fā)酵罐開始發(fā)酵，不斷滴加氫氧化鈉溶液以維持PH值，當發(fā)酵液殘?zhí)切∮?.5%時結束發(fā)酵，發(fā)酵液經脫色、結晶制成葡萄糖酸鈉晶體；固定化菌體仍留在發(fā)酵罐內繼續(xù)重復使用，重新向發(fā)酵罐內添加葡萄糖溶液，繼續(xù)發(fā)酵生產葡萄糖酸鈉。
[0009]本發(fā)明所述的固定化細胞生產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小時左右，當菌體開始分杈時，培養(yǎng)完成，移入裝有葡萄糖溶液的發(fā)酵罐，開始發(fā)酵。
[0014]3.葡萄糖酸鈉的生產
I)發(fā)酵過程中，不斷滴加氫氧化鈉溶液以維持PH值，當發(fā)酵液殘?zhí)切∮?.5%時結束發(fā)酵。
[0015]2)發(fā)酵結束后，固定化菌體仍存留在發(fā)酵罐內，分出發(fā)酵液，經脫色、結晶，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)反復使用6-8次，直到固定化菌體小球易于碾碎后過濾回收固定化菌體，曬干后粉碎作為有機肥料使用。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:采用固定化黑曲霉菌體發(fā)酵生產葡萄糖酸鈉克服了游離菌體發(fā)酵每批發(fā)酵菌體生長和呼吸都要消耗大量葡萄糖的缺點縮短了發(fā)酵周期、提高了產品得率、降低了生產成本、提高了生產效率，所得產品符合國家標準。
【具體實施方式】
[0018]實施例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小時左右，當菌體開始分生菌絲時，移入裝有60L 35%葡萄糖溶液的發(fā)酵罐開始發(fā)酵。發(fā)酵過程中不斷滴加氫氧化鈉溶液以維持pH在6.0左右值，當發(fā)酵液殘?zhí)切∮?.5%時結束發(fā)酵。
[0023]6、發(fā)酵結束后固定化菌體仍留在發(fā)酵罐內，發(fā)酵液經脫色、結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，所產葡萄糖酸鈉與投入葡萄糖的質量比平均在1.168。
[0025]
實施例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小時左右，當菌體開始分生菌絲時，移入裝有15000L 30%葡萄糖溶液的發(fā)酵罐開始發(fā)酵。發(fā)酵過程中不斷滴加氫氧化鈉溶液以維持pH在6.0左右值，當發(fā)酵液殘?zhí)切∮?.5%時結束發(fā)酵。
[0030]6、發(fā)酵結束后固定化菌體仍留在發(fā)酵罐內，發(fā)酵液經脫色結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小時左右，當菌體開始分生菌絲時，移入裝有150m3L 30%葡萄糖溶液的發(fā)酵罐開始發(fā)酵。發(fā)酵過程中不斷滴加氫氧化鈉溶液以維持pH在6.0左右值，當發(fā)酵液殘?zhí)切∮?.5%時結束發(fā)酵。
[0036]6、發(fā)酵結束后固定化菌體仍留在發(fā)酵罐內，發(fā)酵液經脫色結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。
【權利要求】
1.一種適應大規(guī)模工業(yè)化的固定化細胞生產葡萄糖酸鈉的方法，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)酵生產葡萄糖酸鈉過程。
2.如權利要求1所述的生產葡萄糖酸鈉的方法，其特征在于: 所說的固定化菌體的制作過程，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；所說的固定化菌體的培養(yǎng)過程，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)，當菌體開始分生菌絲時，菌體培養(yǎng)完成；所說的發(fā)酵生產葡萄糖酸鈉過程，是將完成培養(yǎng)的菌體移入裝有葡萄糖溶液的發(fā)酵罐開始發(fā)酵，不斷滴加氫氧化鈉溶液以維持PH值，當發(fā)酵液殘?zhí)切∮?.5%時結束發(fā)酵，發(fā)酵液經脫色、結晶制成葡萄糖酸鈉晶體；固定化菌體仍留在發(fā)酵罐內繼續(xù)重復使用，重新向發(fā)酵罐內添加葡萄糖溶液，繼續(xù)發(fā)酵生產葡萄糖酸鈉。
3.如權利要求1所述的生產葡萄糖酸鈉的方法，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小時左右，當菌體開始分生菌絲時，培養(yǎng)完成，移入裝有葡萄糖溶液的發(fā)酵罐，開始發(fā)酵； (三)葡萄糖酸鈉的生產 1)發(fā)酵過程中，不斷滴加氫氧化鈉溶液以維持pH值，當發(fā)酵液殘?zhí)切∮?.5%時結束發(fā)酵， 2)發(fā)酵結束后，固定化菌體仍存留在發(fā)酵罐內，分出發(fā)酵液，經脫色、結晶，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)反復使用6-8次，直到固定化菌體小球易于碾碎后過濾回收固定化菌體，曬干后粉碎作為有機肥料使用。
【文檔編號】C12N11/10GK103898170SQ201210576825
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月27日 優(yōu)先權日:2012年12月27日
【發(fā)明者】王棣, 王方明, 李偉, 王一, 王居亮, 孫學謙, 王顯兵, 李文龍, 李秋紅, 李曰強 申請人:山東西王糖業(yè)有限公司