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摘要：L-精氨酸发酵属于高耗氧的发酵，提高溶氧及控制好泡沫有利于促进菌体生长和提高精氨酸的产酸。通过适当提高罐压可以有效提高溶氧。实验表明0.08MPa的压力条件下，产酸最高45.7g/L。通过添加聚醚类消泡剂，使泡沫完全消除的情况下，产酸最好，达到了48.88g/L。
关键词：L-精氨酸 溶氧 罐压 泡沫 聚醚类消泡剂
中图分类号：TS2；Q815 文献标识码：A 文章编号：文章编号：1672-5336（2015）08-0000-00
精氨酸属于人体半必须氨基酸，是合成蛋白质和肌酸的重要原料，具有多种生理功能，广泛应用于食品与医药行业等领域。目前的L-精氨酸多采用发酵法进行生产，雷剑芬利用黄色短杆菌生产L-精氨酸，产量达到了65g/L[1]，但与产酸过到119.7g/L[2] 的L-苏氨酸发酵相比，L-精氨酸发酵的产酸水平极相对较低，研究L-精氨酸配方与控制工艺等发酵条件，提高精氨酸发酵产酸水平具有重意义。
研究发现溶氧对于L-精氨酸发酵有重要影响[3]，通常既是营养因素，又是环境因素。许虹[4]等发供氧越高，L-精氨酸的生产量越大。泡沫的生成对精氨酸发酵有不利的影响，泡沫过多时容易冒顶跑料，造成染菌，泡沫过多还容易造成假溶氧，使L-精氨酸发酵供氧不足，导致菌体缺氧老化或死亡。因此控制和抑制L-精氨酸发酵过程的泡沫与提高发酵过程中的供氧水平相辅相成，同样重要。
1 材料与方法
1.1 菌种
黄色短杆菌（Brevibacter ium flavum ）HXV305为广东环西生物科技股份有限公司技术中心菌种室保藏菌种。
1.2 培养基
1.2.1种子培养基（g/L）
葡萄糖30.0，磷酸二氢钾1.0，七水硫酸镁0.5，玉米浆干粉25.0，尿素1.0， VH 0.00005，VB1 0.00025，pH6.8～7.0；121℃灭菌20分钟。
1.2.2 发酵培养基（g/L）
葡萄糖100.0磷酸二氢钾1.5，七水硫酸镁0.6，VH0.0001，VB1 0.00025，硫酸铵40.0，玉米浆干粉30，pH7.0～7.2；121℃灭菌20分钟。
2 结果与讨论
2.1 溶氧对L精氨酸发酵的影响与控制
L-精氨酸发酵属于高耗氧发酵，溶氧不足时会严重抑制L-精氨酸的合成，导致生物细胞代谢转向所不需的化合物的合成，提高溶氧水平，对L-精氨酸发酵有利。影响溶氧的因素有通气量、机械搅拌转速、罐压等，再加大通气量与搅拌转速一方面会增加能源消耗，另一方面加大设备的损耗，增加生产成本，升高罐压是提高溶氧的有效途径。
合适的罐压，不仅可以提高溶氧，还可以保持罐内正压，防止染菌。不同罐压对L-精氨酸发酵的影响如图1所示，结果表明，0.08MPa是最适罐压，L-精氨酸产酸最高，达到了45.7g/L。随着罐压的升高，溶氧进一步提高，但产酸反而下降，这可能是因为罐压的提高，不仅提高了溶氧，也提高了CO2的溶解，CO2的过度溶解对菌体有毒害作用。
2.2 泡沫的生成与影响
L-精氨酸发酵培养基中的氮源比较中富，是重要的起泡物质，而且精氨酸通气量和搅拌转速比较大，加上菌体自身代谢旺盛，所以泡沫相对于其他的氨基酸发酵会比较多。泡沫过多，特别泡沫与发酵液界限明显的泡沫类型，会影响氧的传递速率，影响菌体对氧的摄取。另一方面，泡沫过多时，有时还会造成冒顶和跑料，增加染菌的机会。因此，抑制泡沫的生成对发酵有利。
控制和抑制泡沫生成的方式有很多，主要分为物理机械的方法和化学的方法两种。物理方法主要有超声波、机械搅拌、旋风分离等方法，化学的方法主要采用添加消泡剂的方式进行消泡。目前采用的消泡剂有天然油脂，聚醚类消泡剂，硅酮类消泡剂等。实验采用聚醚类消泡剂研究添加消泡剂后泡沫的三种状态对发酵的影响，结果如图2所示。从图中可以看出，添加消泡剂后，使泡沫完全消除，发酵产酸最高，达到48.88g/L。
3 结语
通过提高罐压，可以有效提高发酵液中的溶氧，在0.08MPa的压力下，对发酵的效果最好，产酸达到45.7g/L，在此条件下，再通过添加聚醚类消泡剂使发酵的液泡沫完全消除，并始抑制泡沫的生成，对发酵最有利，产酸达到了48.88g/L。
参考文献
[1] 雷剑芬.黄色短杆菌生产L-精氨酸发酵条件研究[J].发酵科技通讯，2009，38（3）：12-14.
[2] 冯志彬，程显好 等.正交旋转组合优化L-苏氨酸发酵的氮源[J].中国酿造，2009，209（8）：137-139.
[3] Takashi Utagawa.Arginine metabolism：enzymology，nutrition，and clinical significance.American Society for Nutriional Sciences，2004，134：2854-2857.
[4] 许虹，窦文芳 等.不同供氧水平对L-精氨酸分批发酵的影响[J].化工学报，2008，59（9）：2295-2301.
收稿日期：2015-04-20
作者简介：陈伟波（1982-）男，广东普宁人，本科学士，助理工程师，主要从事氨基酸发酵行业工作和食品生物技术方向研究。
关键词：L-精氨酸 溶氧 罐压 泡沫 聚醚类消泡剂
中图分类号：TS2；Q815 文献标识码：A 文章编号：文章编号：1672-5336（2015）08-0000-00
精氨酸属于人体半必须氨基酸，是合成蛋白质和肌酸的重要原料，具有多种生理功能，广泛应用于食品与医药行业等领域。目前的L-精氨酸多采用发酵法进行生产，雷剑芬利用黄色短杆菌生产L-精氨酸，产量达到了65g/L[1]，但与产酸过到119.7g/L[2] 的L-苏氨酸发酵相比，L-精氨酸发酵的产酸水平极相对较低，研究L-精氨酸配方与控制工艺等发酵条件，提高精氨酸发酵产酸水平具有重意义。
研究发现溶氧对于L-精氨酸发酵有重要影响[3]，通常既是营养因素，又是环境因素。许虹[4]等发供氧越高，L-精氨酸的生产量越大。泡沫的生成对精氨酸发酵有不利的影响，泡沫过多时容易冒顶跑料，造成染菌，泡沫过多还容易造成假溶氧，使L-精氨酸发酵供氧不足，导致菌体缺氧老化或死亡。因此控制和抑制L-精氨酸发酵过程的泡沫与提高发酵过程中的供氧水平相辅相成，同样重要。
1 材料与方法
1.1 菌种
黄色短杆菌（Brevibacter ium flavum ）HXV305为广东环西生物科技股份有限公司技术中心菌种室保藏菌种。
1.2 培养基
1.2.1种子培养基（g/L）
葡萄糖30.0，磷酸二氢钾1.0，七水硫酸镁0.5，玉米浆干粉25.0，尿素1.0， VH 0.00005，VB1 0.00025，pH6.8～7.0；121℃灭菌20分钟。
1.2.2 发酵培养基（g/L）
葡萄糖100.0磷酸二氢钾1.5，七水硫酸镁0.6，VH0.0001，VB1 0.00025，硫酸铵40.0，玉米浆干粉30，pH7.0～7.2；121℃灭菌20分钟。
2 结果与讨论
2.1 溶氧对L精氨酸发酵的影响与控制
L-精氨酸发酵属于高耗氧发酵，溶氧不足时会严重抑制L-精氨酸的合成，导致生物细胞代谢转向所不需的化合物的合成，提高溶氧水平，对L-精氨酸发酵有利。影响溶氧的因素有通气量、机械搅拌转速、罐压等，再加大通气量与搅拌转速一方面会增加能源消耗，另一方面加大设备的损耗，增加生产成本，升高罐压是提高溶氧的有效途径。
合适的罐压，不仅可以提高溶氧，还可以保持罐内正压，防止染菌。不同罐压对L-精氨酸发酵的影响如图1所示，结果表明，0.08MPa是最适罐压，L-精氨酸产酸最高，达到了45.7g/L。随着罐压的升高，溶氧进一步提高，但产酸反而下降，这可能是因为罐压的提高，不仅提高了溶氧，也提高了CO2的溶解，CO2的过度溶解对菌体有毒害作用。
2.2 泡沫的生成与影响
L-精氨酸发酵培养基中的氮源比较中富，是重要的起泡物质，而且精氨酸通气量和搅拌转速比较大，加上菌体自身代谢旺盛，所以泡沫相对于其他的氨基酸发酵会比较多。泡沫过多，特别泡沫与发酵液界限明显的泡沫类型，会影响氧的传递速率，影响菌体对氧的摄取。另一方面，泡沫过多时，有时还会造成冒顶和跑料，增加染菌的机会。因此，抑制泡沫的生成对发酵有利。
控制和抑制泡沫生成的方式有很多，主要分为物理机械的方法和化学的方法两种。物理方法主要有超声波、机械搅拌、旋风分离等方法，化学的方法主要采用添加消泡剂的方式进行消泡。目前采用的消泡剂有天然油脂，聚醚类消泡剂，硅酮类消泡剂等。实验采用聚醚类消泡剂研究添加消泡剂后泡沫的三种状态对发酵的影响，结果如图2所示。从图中可以看出，添加消泡剂后，使泡沫完全消除，发酵产酸最高，达到48.88g/L。
3 结语
通过提高罐压，可以有效提高发酵液中的溶氧，在0.08MPa的压力下，对发酵的效果最好，产酸达到45.7g/L，在此条件下，再通过添加聚醚类消泡剂使发酵的液泡沫完全消除，并始抑制泡沫的生成，对发酵最有利，产酸达到了48.88g/L。
参考文献
[1] 雷剑芬.黄色短杆菌生产L-精氨酸发酵条件研究[J].发酵科技通讯，2009，38（3）：12-14.
[2] 冯志彬，程显好 等.正交旋转组合优化L-苏氨酸发酵的氮源[J].中国酿造，2009，209（8）：137-139.
[3] Takashi Utagawa.Arginine metabolism：enzymology，nutrition，and clinical significance.American Society for Nutriional Sciences，2004，134：2854-2857.
[4] 许虹，窦文芳 等.不同供氧水平对L-精氨酸分批发酵的影响[J].化工学报，2008，59（9）：2295-2301.
收稿日期：2015-04-20
作者简介：陈伟波（1982-）男，广东普宁人，本科学士，助理工程师，主要从事氨基酸发酵行业工作和食品生物技术方向研究。