谷氨酸發(fā)酵廢液在聚谷氨酸發(fā)酵中的應(yīng)用試驗研究

張英

摘? ?要：谷氨酸廢水中谷氨酸含量在2 g/L左右，同時含有大量的銨鹽，pH值在3.5左右，試驗主要研究谷氨酸廢水在多聚谷氨酸中應(yīng)用的可行性。通過單因素試驗，得到最佳的處理條件是使用酸性蛋白酶進行水解處理，溫度50 ℃，水解10 h，然后按照聚谷氨酸發(fā)酵所需氮源要求，將谷氨酸廢水與玉米漿進行不同比例配合使用，以此來替代聚谷氨酸發(fā)酵所需的氮源。

關(guān)鍵詞：谷氨酸廢液 ;水解;氮源;聚谷氨酸

聚谷氨酸-是一種由 L-谷氨酸和 D-谷氨酸單體通過酰胺鍵聚合而成的多肽分子，基本骨架是由r-酰胺鍵聚合而成的多肽分子，主鏈含有大量肽鍵，可在特定環(huán)境下降解成短肽小分子或氨基酸單體，具有水溶性、生物可降解性、金屬螯合性、生物相容性等[1]。聚谷氨酸應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)保、食品和化妝品等。聚谷氨酸的制造方法主要有4種：提取法、化學(xué)合成法、酶轉(zhuǎn)化法和微生物發(fā)酵法[2-4]。谷氨酸廢液是一種有機廢水，具有pH值低、硫酸根含量高、COD含量高等特點，同時還含有一部分谷氨酸、還原糖及氨氮，濃縮做成有機肥料是一種處理辦法，但是能源消耗較大。本文主要通過正交試驗驗證谷氨酸廢水在聚谷氨酸發(fā)酵中的應(yīng)用[5]。

1? ?材料與方法

1.1? ?材料

谷氨酸廢水：500 mL，取自蛋白車間，加熱50 ℃，加入0.5 g/L酸性蛋白酶水解10 h，再加熱煮沸 2 min 滅活酶，過濾待用;固體發(fā)酵培養(yǎng)基：葡萄糖1%和5%的谷氨酸鈉，硫酸鎂、硫酸亞鐵、硫酸錳（pH值7.0）與玉米漿按照3∶1的比例攪拌均勻，110 ℃滅菌20 min。寧夏伊品生物科技有限公司;枯草芽孢桿菌 （Bacillus subtilis），研發(fā)中心保藏 （nxyp202123）;酸性蛋白酶（20萬U/g）：江蘇銳陽生物科技有限公司;其他試劑均為國產(chǎn)分析純試劑。

1.2? ?試驗儀器

KL-30 立式壓力蒸汽滅菌鍋;UV-1100 紫外可見分光光度計;KHLB200柜式恒溫冷凍搖床;BCD-256KFA 冰箱;TDL-5-A 多管離心機;SW-CJ-1F 凈化工作臺。

1.3? ?5 L發(fā)酵罐產(chǎn)聚谷氨酸方法

1.3.1? ?菌種

枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis，nxyp202123），由寧夏伊品生物科技有限公司保藏并提供。

1.3.2? ?培養(yǎng)基

（1）對照培養(yǎng)基：葡萄糖40 g/L，谷氨酸鈉200 g/L，NaCl 10 g/L，MgSO4·7H2O 1.0 g/L，CaCl2、KH2PO40.75 g/L，玉米漿100 mL，酵母膏40 g/L。

（2）加谷氨酸廢水培養(yǎng)基，將廢水水解液以不同比例混合。發(fā)酵離心后的濕菌體，按照物理、化學(xué)、生物酶解進行單因素優(yōu)化試驗。

（3）發(fā)酵方案：以正常培養(yǎng)基為對照組，氮源替代培養(yǎng)基為試驗組，采用最優(yōu)的水解液制備方法，按照培養(yǎng)基中總氮相等的原則，考察不同替代程度下聚谷氨酸的產(chǎn)量，確定最優(yōu)替代方案。

1.4? ?分析方法

按照處理后的廢水按5%、10%、15%的梯度進行驗證。發(fā)酵罐培養(yǎng)方法，定容至1.8 L，溫度 37 ℃，初始轉(zhuǎn)速 200 r/min，通風(fēng)量0.5 m3/h，通過自動流加液氨控制pH值維持在7.0～7.2，以泡敵消泡，通過溶氧反饋調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，維持罐內(nèi)溶氧水平為20%左右，通過一定脈沖比進行流加補糖，控制發(fā)酵液內(nèi)殘?zhí)菨舛缺３衷?0～15 g/L，培養(yǎng)時間 60 h。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?谷氨酸廢水水解單因素試驗

通過單因素試驗，確定廢水通過酸性蛋白酶水解，溫度50 ℃，水解10 h，氨基酸組分及其含量，運用全自動氨基酸分析儀進行測定，折算后干基中總氮含量在13.2%，高于酵母粉的總干基含量。

2.2? ?水解后廢水添加量在發(fā)酵中的應(yīng)用

通過單因素試驗，確定廢水添加比例為5%時，玉米漿15 g/L，酵母粉5 g/L，發(fā)酵各項指標(biāo)穩(wěn)定。對于枯草芽孢桿菌的發(fā)酵產(chǎn)物不同的氮源對其有著巨大的影響 根據(jù)上述單因素選取不同廢水添加量后發(fā)酵產(chǎn)酸見圖1，使用5%添加量的廢水，其產(chǎn)酸趨勢與對照基本保持一致。

3? ?結(jié)論

本試驗以枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis，nxyp202123）為出發(fā)菌株進行試驗，驗證了谷氨酸廢水在多聚谷氨酸中應(yīng)用的可行性。通過單因素試驗，得到最佳的處理條件是使用酸性蛋白酶進行水解處理，溫度在50 ℃，水解10 h，然后按照聚谷氨酸發(fā)酵所需氮源要求，結(jié)果表明，谷氨酸廢水通過處理后，可以替代聚谷氨酸發(fā)酵所需的部分氮源。

參考文獻：

[ 1 ] 賈玉萍，李秀娥，邱文旭，等.聚谷氨酸的研究及應(yīng)用進展[J].魯東大學(xué)學(xué)報，2019，35（2）：122-128.

[ 2 ] 景中建.聚谷氨酸的合成方法及應(yīng)用[J].廣東化工，2011，38（2）：228-229.

[ 3 ] 劉旭，武琳慧，劉姣姣，等.谷氨酸發(fā)酵廢菌體的水解與替代酵母膏生產(chǎn)多聚谷氨酸[J].環(huán)境工程學(xué)報，2018，12（8）：2403，2411.

[ 4 ] 黃敏，曾鳳彩.谷氨酸發(fā)酵廢液中菌體蛋白的應(yīng)用進展[J].發(fā)酵科技通訊，2013，42（1）：49-50.

[ 5 ] 楊小姣，馮雪榮，孫金斗，等.谷氨酸發(fā)酵廢水中提取菌體蛋白研究進展[J].中國釀造，2009（8）：20-24.