檸檬酸高糖糖化發酵試驗

李黎明

摘 要：糖化酶的添加，能夠提升菌體活性，使產酸速率提升，發酵周期可以縮短3小時。在供氧不足的條件下，高糖發酵前期會出現RQ上升再下降的現象。糖化的RQ值略高。

關鍵詞：糖化酶；菌體活力；產酸

檸檬酸發酵結束后，發酵中菌體干重一般大約為13g/L，根據質量守恒定律，至少約有13g/L的葡萄糖用于菌體生長，即有1.3%的葡萄糖，約占10%的總糖白白消耗，沒有用于產酸。如采用高糖糖化工藝，大大延長產酸期，提高單批菌體的利用效率，減少由于菌體生長而必須消耗的糖分，使更多的糖轉化成酸，進而提高原料轉化率（平均約可提高3～5百分點）。

1 試驗設備

60T種子罐，450T發酵罐，Extrel公司MAX300-LG質譜儀

2 試驗數據分析

2.1 添加糖化酶對發酵水平的影響

糖化與非糖化發酵水平對比（備注：①非糖化（對照罐批）選取糖化結束后第51-第61批，其中第54批、第59批次因種子罐異常，統計時未剔除。）非糖化：種齡34.4；周期66；酸度15.91%；單罐供酸54.31；糧耗1.565；轉化率98.71%。糖化：種齡33.6；周期62.9；酸度15.99%；單罐供酸54.54；糧耗1.559；轉化率96.52%。在相同產酸的條件下，糖化酶的添加有利于縮短發酵周期。

2.2 糖化過程DE值變化

從上面兩個圖表可以看出，添加糖化酶后，DE值由之前的30～33%逐漸上升，在接種前，DE值達到65～80%，說明糖化酶的添加能夠將淀粉水解成葡萄糖，但是除第44批外，其他8批的種前DE值均未達到80%，可能與糖化酶的添加方式、作用時間、添加量有關系。

本次試驗用的NOVO蘇宏Ⅱ糖化酶的最適pH為4.0～4.3，隨著pH的升高酶活力下降；最適作用溫度60-63℃；建議添加量為0.8 kg/tds～1kg/tds，而我們目前的加量僅為0.58 kg/tds。由于目前未確定全面糖化，因此pH值現無法控低，但可通過提高酶的加量使糖化更加充分。

2.3 糖化酶的添加對DO的影響

從圖3可以看出（備注：藍色曲線-糖化；紅色曲線-未糖化），在高糖條件下，未添加糖化酶的批次，當DO到達最低點時，OUR并非最低。說明此時培養基中的溶解氧最低，但是菌體對氧氣的消耗未達到最高點，隨著培養時間的延長，菌體活力提升，菌體耗氧量繼續增大，這是典型的缺氧現象。添加糖化酶后，這種現象沒有得到有效改善，且糖化后溶氧最低值更低，說明在高糖條件下的存在缺氧現象，僅僅依靠糖化的方式無法改善。

2.4 糖化酶的添加對菌體活力和產酸速率的影響

從圖4可以看出（備注：紅色曲線-高糖糖化；綠色曲線-高糖未糖化；藍色曲線-低糖未糖化）：在高糖條件下，添加糖化酶后，OUR的值有較大幅度的提升，且產酸速率加快。

結合著DO曲線可以發現：糖化酶的添加有利于菌體活力增強，菌體活力的增強，一方面帶來產酸速度的增加，另一方面導致耗氧量增加，所以DO值下降，缺氧現象更嚴重。

2.5 糖化酶的添加對呼吸熵和轉化率的影響

無論是否添加糖化酶，RQ值變化趨勢一致：在發酵約12小時，RQ值均有一個上升再下降的趨勢，而RQ上升的時間與OUR下降的時間一致。分析這種現象可能與供氧不足有關，因為在供氧不足的情況下，菌體活力受影響，菌活力下降，耗氧率也隨之降低，發酵過程中形成的CO2不再進行羧化而被大量釋放出來，造成途徑的變化，CO2釋放率增大導致RQ 的陡升。從整個RQ曲線來看，糖化的RQ值較高，代表著轉化率較低，這也是因為供氧不足導致。

2.6 培養溫度對發酵的影響因素

本次試驗重點考察糖化酶的添加對發酵周期、、轉化率的影響，試驗的過程中還有一些細微的變化（如培養溫度）可能對發酵產生影響。在發酵過程中溫度變化趨勢與OUR正相關，溫度高則OUR高，溫度低則OUR低。這可能與溫度上升酶活性增加、菌體代謝加快有關，中糧生化研發部在華東理工大學的試驗也表明：發酵后期提升溫度可以提高酶的活性，增加產酸。

3 研究結果

①糖化酶的添加，能夠提升菌體活性，使產酸速率提升，發酵周期可以縮短3小時；

②在控制條件不變的情況下，僅僅依靠添加糖化酶來改變培養基的黏度，提升氣液之間氧氣的傳遞效率，從根本上解決不了氧限制問題；

③在供氧不足的條件下，高糖發酵前期會出現RQ上升再下降的現象。糖化的RQ值略高，代表著轉化率低；

④溫度對OUR的提升有一定的益處，可能是溫度的提升促使菌體酶活力增強有關。