的 pH 值下降,过低的 pH 值就会抑制黑曲霉糖化酶的活力,进而影响原料的糖化,不仅影响黑曲霉菌丝球的生长发育,而且还影响最终产酸率和转化率。因此,在发酵前期保持培养基的 pH 值稳定,使 pH 值保持在 4~5 之间,当菌丝球开始进入到柠檬酸大量累积的时期,通过控制通风量,使发酵液 pH 值稳定在 2 左右,如果 pH 高于 3 容易引起草酸的积累,pH 高于 5会引起葡萄糖酸的过量积累。 3.5.2.2 接种量对柠檬酸产量的影响
柠檬酸发酵接种量多少,直接影响着柠檬酸发酵产酸量的多少。发酵初始接种菌丝球数量如果太少,则在发酵过程中,发酵动力不够,影响糖酸转化率。如果接入的菌丝球量太多,则菌丝球成球效果不理想,会使发酵液浓度增大,影响溶氧使产率下降。所以研究发酵接种菌丝球的数量对柠檬酸发酵产酸的影响较大,不同菌丝球接种量对柠檬酸发酵产酸的影响见图 3.7:
由图 3.7 可见,黑曲霉 Wys-03 发酵柠檬酸时,接种量在 10%
以下,这时发酵液菌丝球含量在 2×105个/mL 以下,产酸量会随接种量的提高而增加,但是如果发酵接种量超过 10%以上还继续增加接种量,产酸反而会随着发酵接种量的增加而降低。所以在试验中控制发酵接种量在 10%左右,即菌丝球数量在 2×105个/mL左右即可以达到较好的发酵结果。 3.5.2.3 温度对产酸率的影响
由于酶活受温度的影响也十分明显,所以合适的发酵温度对产物的积累十分重要。在柠檬酸发酵过程中,如果发酵温度过低则糖化酶的活性低,难以完成对原料的转化,使菌体生长缓慢。但是如果发酵温度过高,容易引起菌体老化过快发酵后劲不足、杂酸如草酸的积累过多等现象。
柠檬酸发酵过程中,由于黑曲霉生长发育所要求的温度高一些,所以发酵前期一般温度要求高一些,当黑曲霉进入产酸期后,就要求较低的温度,温度就要稍低一些。最适发酵温度既要适合菌体生长,又要适合代谢产物的积累,但是大生产中的定时控温发酵实施起来比较困难,所以生产中一般控制的发酵温度都是适合产物积累的温度。为了找到最适的柠檬酸发酵温度,我们在摇床培养的优化条件下调节不同的发酵温度进行发酵,发酵结束后测定产酸率,不同发酵温度下发酵产酸的结果见图 3.8。
由图 3.8 可以看出,发酵温度对黑曲霉 Wys-03 柠檬酸发酵影响较大。温度低于 35℃时,产酸率会随温度的升高有所提高,同时菌体净重也随着温度的升高而增加。当发酵温度高于 35℃以后,再提高发酵温度,产酸率依然会随着发酵温度的升高而升高,但是提高的幅度不大。而当发酵温度高于 40℃以后,虽然产酸率直线增加,但同时高温导致呼吸作用加强从而致使菌体形成过量,造成菌体过早进入衰老期,影响糖酸转化率。所以综合考虑菌体生长,产酸率,和能源利用率等各个方面,黑曲霉 wsy-03 的发酵温度应控制在(35±1)℃为宜。 3.6 主要结论
通过平行试验比较不同发酵液初糖浓度对柠檬酸产酸的影响,得出黑曲霉Wsy-03 在发酵初糖浓度 18%的发酵培养基中进行批量发酵产酸效果最佳,通过不同发酵初糖浓度对菌丝球生长曲线的观察得
出,发酵初糖浓度在 14%对菌丝球初期生长的抑制作用最小,达到菌丝球饱和值所用的时间最短,所以选用初糖浓度14%的发酵液进行补料发酵。通过摇床平行试验确定在玉米液化清液中添加 17%的玉米液化全液,即氮源含量 0.32%,同时添加 0.3%的(NH4)2SO4,产酸率和糖酸转化率最高。通过摇床平行试验确定发酵最佳初始 pH 为 4.5,最佳接种量在 10%左右,最佳发酵温度 35±1℃。以 10L 全自动发酵罐对柠檬酸发酵过程中最适通风量进行研究,证明最适通风量应该控制在:发酵前期(24 小时前)为 0.12VVM,发酵后期(24h 以后)为 0.15VVM。
在上述最优发酵条件下黑曲霉 Wsy-03 在 10L 自动发酵罐中发酵 72h 后,发酵平均产酸可达 13.99g/100ml,糖酸转化 89.91%。为研究流加发酵创造了良好的前提条件。