一种木糖醇的发酵生产方法

摘要

本发明提供了一种通过添加金属镍离子提高木糖醇发酵产量的方法，通过在酵母发酵培养基中添加镍离子至优选浓度为40μmol/L，使以木糖为底物发酵生产木糖醇的转化率达到70.4％，产量达到35.2g/L。本发明提供的方法简单易行，成本低，能耗少，可用于工业化大规模发酵生产木糖醇。

权利要求

1.一种木糖醇的发酵生产方法，其特征在于，以木糖作为发酵底物，在发酵培养基中添加微量元素镍，通过酵母的发酵生产木糖醇；

其中，发酵培养基配方为木糖4-10％、葡萄糖0.5-1.5％、玉米浆0.4-1.2％、尿素

0.02-0.1％、硫酸镍20-40μmol/L，pH4.0；

酵母为热带假丝酵母(Candida tropicalis) CICC1316。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，发酵培养基配方为木糖5％、葡萄糖1％、玉米浆0.8％、尿素0.06％、硫酸镍40μmol/L，pH4.0。

说明书

一种木糖醇的发酵生产方法

技术领域

[0001] 本发明涉及微生物发酵领域，具体地说，涉及一种通过向培养基中添加镍离子提高木糖醇发酵产量的方法。

背景技术

[0002] 木糖醇是一种重要的五碳糖醇，为结晶性白色粉末，是木糖代谢的正常中间体，广泛存在于谷类、果品、蔬菜、蘑菇之类食物和木材、玉米芯、稻草等植物中。木糖醇是多元醇中最甜的甜味剂，其甜度与蔗糖相当，但其热量仅为蔗糖的2/3左右。木糖醇在体内的代谢不需要胰岛素的参与，不会使血糖值升高，可作糖尿病人的甜味添加剂和辅助治疗剂。同时，木糖醇还具有改善肝功能、防止龋齿、减肥等功效。此外，木糖醇作为是一种多元醇，其吸湿性的特点可用做化妆品的湿润调整剂，对皮肤无刺激作用。

[0003] 目前，木糖醇的工业化生产主要通过化学加氢法，关键工序为原料→水解→中和→浓缩→脱色→离子交换→浓缩→加氢→浓缩→结晶→分离→包装，该方法生产工艺长，操作难度大，加氢工序需高温高压耗能严重，且易产生较大的污染，增加环保处理压力。从而导致木糖醇的生产成本过高，价格居高不下。

[0004] 微生物发酵法生产木糖醇可以避免剧烈化学反应，发酵条件温和，不需要特殊的耐腐蚀抗高压设备，分离纯化步骤简单，可显著降低生产成本，被认为是最有发展潜力的木糖醇生产方法。自然界中能利用木糖产生木糖醇的微生物很多，包括细菌(如M.smegmatis)、霉菌(如P.albertensis)、酵母等。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种木糖醇的发酵生产方法。

[0006] 为了实现本发明目的，本发明的一种木糖醇的发酵生产方法，其是以木糖作为发酵底物，在发酵培养基中添加微量元素镍，通过酵母的发酵生产木糖醇。

[0007] 所用发酵培养基配方为木糖4-10％、葡萄糖0.5-1.5％、玉米浆0.4-1.2％、尿素0.02-0.1％、硫酸镍20-80μmol/L，pH4.0。优选硫酸镍20-40μmol/L。

[0008] 更优选地，发酵培养基配方为木糖5％、葡萄糖1％、玉米浆0.8％、尿素0.06％、硫酸镍40μmol/L，pH4.0。

[0009] 发酵生产所用菌种为酵母，优选假丝酵母属中的酵母，更优选地，为热带假丝酵母(C.tropicalis)、莫基假丝酵母(C.mogii)、平滑假丝酵母(C.parasilosis)或季乐蒙地假丝酵母(C.guilliermondii)。

[0010] 本发明的优点在于：通过在发酵培养基中添加Ni2+提高了木糖醇的产量，与未添2+
加Ni 的发酵结果相比，木糖醇产量可达35.g/L以上，木糖的转化率可达70％以上，发酵周期缩短至23h以内。本发明提供的方法简单易行，成本低，能耗少，可用于工业化大规模发酵生产木糖醇。

附图说明

[0011] 图1为本发明较佳实施例Ni2+浓度对C.tropicalis生长的影响。

[0012] 图2为本发明较佳实施例Ni2+浓度对木糖醇发酵产量的影响。

具体实施方式

[0013] 以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

[0014] 实施例1 Ni2+浓度对菌体生长的影响

[0015] 菌种活化：从-80℃冰箱中取出热带假丝酵母(Candida tropicalis CICC1316，购于中国工业微生物菌种保藏中心)甘油菌，划线接种于YPD(酵母蛋白胨葡萄糖培养基)平板培养基上，于30℃培养活化。挑取单菌落连续活化两次。

[0016] 种子瓶培养：从平板上挑取单菌落，接种于装有100ml种子培养基(2％葡萄糖，0.15％酵母粉，0.25％蛋白胨，pH 4.0，高压灭菌)的500mL摇瓶中，培养条件为30℃，
180rpm，24h。

[0017] 摇瓶发酵实验：按10％接种量转接种子液至发酵培养基中，使发酵液的最终组分为木糖5％、葡萄糖1％、玉米浆0.8％、尿素0.06％，pH值调至4.0，装液量为每500mL三2+
角瓶中发酵液100mL。向每个反应体系力NiSO4使Ni 的终浓度分别达到0、40、80、120、
160、200μmol/L。此培养基无需高压灭菌，配制完成后可直接用于发酵。发酵条件为30℃，
2+
250rpm。每4h取样一次，测定OD600nm，结果显示，Ni 浓度为40、80μmol/L时，菌体生长不受影响或生长速度略快，结果如图1所示。

[0018] 实施例2 Ni2+浓度对木糖醇发酵产量的影响

[0019] 木糖醇含量的测定：将发酵液离心去细胞沉淀，取上清做高效液相色谱测定木糖醇含量。色谱条件为：色谱仪为Agilent 1200 HPLC(Agilent 1200色谱工作站)，色谱柱为87H3离子交换色谱柱，色谱柱温为60℃，检测器为示差折光检测器，流动相是4mmol/L的H2SO4，流速0.6mL/min，设定每次进样量为25μL。

[0020] 按实施例1中的方法培养种子，按10％接种量接种于发酵培养基中，使发酵培养基的最终组份浓度分别为木糖5％、葡萄糖1％、玉米浆0.8％、尿素0.06％，pH值调至2+
4.0，分别在每个发酵体系中加入Ni 离子使最终浓度为0、20、40、60、80μmol/L，装液量为
100mL/500mL。30℃下250rpm摇瓶发酵，每4h取样一次，测定木糖醇含量，当镍离子浓度为
40μmol/L时，木糖醇的得率最高，达到34.8g/L，转化率为69.6％，结果如图2所示。

[0021] 实施例3 5L发酵罐发酵实验

[0022] 在5L发酵罐中，以10％的接种量接种优化发酵培养基(优化发酵培养基组份：木糖5％、葡萄糖1％、玉米浆0.8％、尿素0.06％、硫酸镍40μmol/L)进行培养，培养过程中，初始以0.5vvm通气量，搅拌转速300rpm，培养温度30℃，种前pH约为4.0，培养过程中利用25％的氨水自控pH到4.0，温度自控到30℃，每2小时对通气量和搅拌转速进行调整，控制溶氧在40％以上，在发酵10小时后，当OD660nm达到20左右，转为微好氧发酵，通气量下降为
0.05vvm，搅拌转速下降为200rpm，再经过13小时的发酵，最后木糖醇的产量达到35.2g/L，木糖的转化率达到70.4％，木糖醇发酵的整个周期缩短至23h。

[0023] 在优化发酵培养基中不添加硫酸镍的情况下，依据本实施例的发酵参数进行对比发酵实验，在31h时木糖醇发酵得率最大，为30.6g/L，木糖的转化率为61.2％。由此可见，通过在发酵培养基中添加镍离子提高了木糖醇的产量及转化率，并缩短了发酵周期。

[0024] 虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。