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专利名称:微生物混合发酵制备木糖醇的方法
技术领域:
本发明属于微生物发酵,涉及葡萄糖直接发酵制备木糖醇的方法。
木糖醇是五碳多元醇,天然存在于草莓、莴苣等水果和蔬菜中。由于它的甜度高并有代谢不依赖胰岛素、抗龋齿等特性,是糖尿病、牙病患者理想的蔗糖代用品。木糖醇的制备可以有三条途径(1)直接从植物中提取;(2)化学法用木糖催化加氢;(3)利用微生物的方法。
由于木糖醇在植物中天然存在的含量太低,直接提取很不经济。目前工业上主要用木糖催化加氢的方法制备(Wisnik,.,3232-236,1974),但是这种方法工艺复杂,成本很高。利用微生物直接发酵葡萄糖制备木糖醇是经济上很理想的方法,但是迄今在自然界还没有发现能直接发酵葡萄糖得到木糖醇的微生物。Hiroshi,(.,181031-1035,1969),证明了微生物发酵从葡萄糖制木糖醇的可能性,但是三菌分步发酵过程十分复杂,没有实用价值。近年,Harkki,,能直接发酵葡萄糖得到木糖醇,并申请了国际专利(WO94/10325,1994),但转化率只有3-4
%,距离应用仍很遥远。
我们选育了一株酵母菌和一株细菌,分别培养后进行混合发酵,可以直接从葡萄糖得到木糖醇。将酵母菌酿酒酵母(Saccharomycessp.)FX-6021在含高浓度葡萄糖的营养培养基中,于24-32℃培养3-5天,酵母培养基的成分是葡萄糖10-70%,蛋白胨1%,酵母膏1%,%,%,%,pH4-8。然后与在含碳酸钙培养基(-5%,葡萄糖2%,酵母膏1%,%,%,pH5-9)中于24-37℃培养了6-36小时的细菌弱氧化醋杆菌(Acetobactersuboxydans)MF-21混合,继续于24-34℃发酵16-120小时,检测培养基中的葡萄糖全部转化为木糖醇后,将发酵液离心除去菌体,上清液用活性炭脱色,减压蒸干,用热乙醇抽提后冷却结晶,即得到木糖醇晶体。
本发明与现有技术所不同的是1,本发明的制备方法以葡萄糖为主要原料,葡萄糖价格低廉,故用本发明制备木糖醇的成本比以木糖为原料的化学法要低。
2,本发明用二菌混合一步发酵,整个工艺比三菌分步发酵简单,并可用普通的发酵设备。
3,本发明所选育的菌种,其利用葡萄糖产木糖醇的转化率比已报道的重组工程菌高得多。
因此,本发明具有原料便宜、成本低廉、工艺简单、设备通用、转化率高等特点,适合于工业应用。
以下是几个实施例。
实施例1(1)将酿酒酵母菌FX6021接入装有10ml酵母培养基A的250ml三角瓶中,于30℃、220rpm旋转摇床培养96hr。酵母培养基A的成分是葡萄糖(淀粉酸水解制备)30%,蛋白胨1%,酵母膏1%,%,%,%,。
(2)将弱氧化醋杆菌MF-21接入装有10ml细菌培养基的250ml三角瓶中,于30℃、250rpm旋转摇床培养24hr。细菌培养基的成分是葡萄糖2%,酵母膏1%,%,%,CaCO32%,。
(3)将(1)、(2)中的发酵液于无菌条件下混合后,继续在摇床上以30℃、220rpm培养50hr。发酵结束时发酵液中木糖醇浓度为25g/L。
(4)将发酵液离心(BeckmanGS-15R,8000rpm,10min,20℃)得上清液19ml,,调pH=,煮沸,冷却到室温后抽滤得无色清液。将清液于50℃减压蒸干,用无水热乙醇抽提固体物质,冷却后得木糖醇结晶,过滤,将晶体干燥,。
实施例2(1)将酵母菌FX6021接入装有10ml酵母培养基(如实施例1(1))的250ml三角瓶中,于30℃、220rpm旋转摇床培养96hr。
(2)将细菌MF-21接入装有10ml细菌培养基(如实施例1(2))
的250ml三角瓶中,于30℃、250rpm旋转摇床培养24hr。
(3)取(2)中发酵液3ml于无菌条件下转入装有20ml细菌培养基(如实施例1(2))的250ml三角瓶中,于30℃、250rpm旋转摇床培养8hr。
(4)取(3)中发酵液10ml与发酵液(1)于无菌条件下混合后,继续在摇床上以30℃、220rpm培养60hr。发酵结束时发酵液中木糖醇浓度为31g/L。
(5)将发酵液离心得上清液19ml,,调pH=,煮沸,冷却到室温后抽滤得无色清液。将清液于50℃减压蒸干,用无水热乙醇抽提固体物质,冷却后得木糖醇结晶,过滤,将晶体干燥,。
实施例3(1)将酵母菌FX6021接入装有20ml酵母培养基B的250ml三角瓶中,于30℃、220rpm旋转摇床培养100hr。酵母培养基B的成分是葡萄糖(淀粉酶水解制备)30%,蛋白胨1%,酵母膏1%,%,%,%,。
(2)将细菌MF-21接入装有20mI细菌培养基(如实施例1(2))的250ml三角瓶中,于30℃、250rpm旋转摇床培养20hr。
(3)将(1)、(2)中的发酵液于无菌条件下混合后,继续在摇床上以30℃、220rpm培养55hr。发酵结束时发酵液中木糖醇浓度为26g/L。
(4),,调pH
=,煮沸,冷却到室温后抽滤得无色清液。将清液于50℃减压蒸干,用无水热乙醇抽提固体物质,冷却后得木糖醇结晶,过滤,将晶体干燥,。
实施例4(1)将酵母菌FX6021接入装有10ml酵母培养基B(如实施例3(1))的250ml三角瓶中,于30℃、220rpm旋转摇床培养96hr。
(2)将细菌MF-21接入装有10ml细菌培养基(如实施例1(2))的250ml三角瓶中,于30℃、250rpm旋转摇床培养24hr。
(3)取(2)中发酵液2ml于无菌条件下转入装有20ml培养基(如实施例1(2))的250ml三角瓶中,于30℃、250rpm旋转摇床培养10hr。
(4)取(3)中发酵液10ml与发酵液(1)于无菌条件下混合后,继续在摇床上以30℃、220rpm培养46hr。发酵结束时发酵液中木糖醇浓度为25g/L。
(5)将发酵液离心得上清液19ml,,调pH=,煮沸,冷却到室温后抽滤得无色清液。将清液于50℃减压蒸干,用无水热乙醇抽提固体物质,冷却后得木糖醇结晶,过滤,将晶体干燥,。
权利要求
1,一种制备木糖醇的方法,其特征是以葡萄糖为原料,经一株酵母菌酿酒酵母(Saccharomycessp.)和一株细菌弱氧化醋杆菌(Acetobactersuboxydans)混合发酵制备木糖醇。
2,如权利要求1所述的木糖醇制备方法,其主要过程为(1)酵母菌在含葡萄糖的营养培养基中培养;(2)细菌在含碳酸钙的培养基中培养;(3)将两种培养物混合后进行发酵,得到木糖醇。
3,如权利要求1所述的木糖醇制备方法,其特征是所用的葡萄糖为淀粉酸水解制备得到的或酶法制备得到的。
4,如权利要求2(1)所述的酵母菌培养,其特征是所用的培养基中葡萄糖的含量可以在10%-70%范围内,以20%-50%的结果较佳。
5,如权利要求2(1)所述的酵母菌培养,其特征是所用的培养基pH为4-8,以pH5为最适。
6,如权利要求2(1)所述的酵母菌培养,其特征是培养温度为24-32℃,以30℃为最适。
7,如权利要求2(1)所述的酵母菌培养,其特征是培养时间为3-5天,以4天为最适。
8,如权利要求2(2)所述的细菌培养,%-5%,以1-%为最适。
9,如权利要求2(2)所述的细菌培养,其特征是所用的培养基pH为5-9,以pH7为最适。
10,如权利要求2(2)所述的细菌培养,其特征是培养温度为24-37℃,以30℃为最适。
11,如权利要求2(2)所述的细菌培养,其特征是培养时间可以为
6-36小时,以10-24小时较合适。
12,如权利要求2(3)所述的混合发酵,其特征是发酵温度为24-37℃,以30℃为最适。
13,如权利要求2(3)所述的混合发酵,其特征是发酵时间可以为16-120小时,以40-80小时较合适。
全文摘要
一株酵母菌和一株细菌分别培养后混合发酵,直接从葡萄糖制备木糖醇。这种制备木糖醇的方法原料价廉、过程简单,适合大规模推广应用。