一種用于轉化木糖生產木糖醇的活菌制劑及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種木糖醇生產用活性酵母菌制劑及其應用，尤其涉及一種用于轉化木糖生產木糖醇的活酵母菌制劑及其應用，屬于生物化工領域。
【背景技術】
[0002]木糖醇是一種白色結晶或結晶性粉末，屬于五碳多元醇的一種。木糖醇甜度與蔗糖相當，代謝不需要胰島素參與，是一種具有保健功能的甜味劑，主要用于食品加工行業。另外，木糖醇在醫藥、化工、皮革、涂料及等行業也有廣泛用途。
[0003]傳統的木糖醇生產工藝是以木糖為原料采用化學加氫法生產，其反應在高溫高壓下進行，加氫反應需要氫氣，生產安全性要求高，危險性大。另外，化學加氫副產物較多，后續分離比較困難。自然環境中有些酵母菌株可以轉化木糖產生木糖醇，可用于木糖醇的生產。利用酵母發酵轉化木糖生產木糖醇，反應條件溫和，過程控制簡單，是木糖醇工業生產的理想的替代途徑。近年來利用生物技術進行木糖轉化木糖醇的研究非常活躍，并篩選出了一批具有工業開發價值的生產菌株，但其研究主要集中在原料的選擇、菌種篩選及構建以及發酵工藝的優化等方面。
[0004]通常，微生物發酵生產都需要進行菌種擴大培養過程，即菌種培養從斜面菌種開始，然后通過逐級放大，最后進入主發酵階段。然而，菌種擴大培養需要配備專門技術人員進行菌種保藏和管理，擴培過程也需要專門的設備和場地，人力和物力消耗巨大，限制了發酵生產的規模和拓展。
[0005]活性菌制劑是采用特定菌株、通過特定培養工藝和干燥工藝制成的仍然保持原菌體生理活性的固體菌制劑。其既可替代原菌體避免菌種擴培過程，簡化生產步驟和減少投入，提高原料利用率；又可制備成作為商品出售的專用活性菌制劑，極為適用于微生物發酵生產。目前，在發酵行業中活菌制劑已經有比較廣泛應用，比如酸奶的生產采用的酸奶發酵菌劑，酒精發酵應用的酒精干酵母用制劑，啤酒發酵生產用的啤酒干酵母等。但檢索發現，有關用于生產木糖醇的活酵母菌制劑及其應用還未見報道。
【發明內容】
[0006]針對現有技術的不足，本發明要解決的技術問題是提供一種用于木糖醇生產的活性菌制劑及其應用，特別是一種用于轉化木糖生產木糖醇的活性酵母菌制劑及其應用。
[0007]本發明所述的用于木糖醇生產的活性酵母菌制劑，有鮮酵母型活性菌制劑和干燥型活菌制劑兩種，其特征在于:
[0008]所述鮮酵母型活性菌制劑的組分及含量以重量百分比計是:7K 65% -70%、木糖
0.65% -0.7%,木糖醇0.65% -0.7%,氯化鈉0.65% -0.7%,余量為活菌率95 %以上的熱帶假絲酵母；
[0009]所述干燥型活菌制劑的組分及含量以重量百分比計是:水4% -6%、木糖
1.5% -2.0%、木糖醇0.65% -1.5%、氯化鈉0.65% -1.5%，余量為活菌率80% -95%的熱帶假絲酵母；
[0010]其中，上述的熱帶假絲酵母是熱帶假絲酵母(Candida tropicalis) SFX-Y9菌株，該菌株已于2013年5月7日保藏于中國典型培養物保藏中心，保藏地址:中國武漢武漢大學，保藏編號為CCTCC No:M2013183o
[0011]本發明所述用于轉化木糖生產木糖醇的活酵母菌制劑的制備方法，步驟是:
[0012](I)熱帶假絲酵母(Candida tropicalis) SFX-Y9菌株種子液制備；
[0013](2)通過流加補料的方式進行二級或三級培養，制得細胞濃度為40_45g/L的酵母菌培養液；
[0014](3)收集菌體細胞并用清水和保護劑溶液洗滌；
[0015](4)菌體細胞脫水制得鮮酵母型活菌制劑，或進一步干燥制成干燥型活菌制劑；
[0016]其特征在于:
[0017]步驟(I)所述種子液制備方法是:培養溫度28-32 °C，培養時間20_24小時，pH維持在4.0以上；培養基組成以g/L為單位是:葡萄糖10-50，木糖10-50，MgSO40.1，KH2PO4L 0，NaCl 2.0，酵母浸粉 5-10 ；
[0018]步驟(2)所述培養條件是:培養溫度28-32 °C，相對溶解氧濃度5_15% ;培養基組成以g/L為單位是:葡萄糖20-30，木糖20-30，MgSO40.1，KH2PO4L 5，ZnSO40.1，酵母浸粉1-5;其中，當培養液中葡萄糖耗盡后開始流加補料，流加物料中以重量體積(w/v)百分比計木糖濃度為50-70 %、酵母浸粉濃度為I %、玉米漿濃度為I %，流加速度與木糖消耗速度相當，流加時間控制在10-20小時；
[0019]步驟(3)所述保護劑溶液組成以g/L為單位是:木糖10、木糖醇10、氯化鈉10。
[0020]本發明所述用于轉化木糖生產木糖醇的活酵母菌制劑在木糖醇生產中的應用。
[0021]其中，所述應用的具體方法是:
[0022](I)菌劑活化:配制濃度為50_100g/L的木糖溶液，滅菌冷卻后，將鮮酵母型菌制劑按45-55% (w/v)，或干燥型活菌制劑按10-20% (w/v)，投入到木糖溶液中，30 ±2°C攪拌活化0.5-2小時；
[0023](2)轉化:將活化好的活菌劑按體積比5% -15%的比例加入到轉化液中，所述轉化液的組成為:木糖150-300g/L、酵母浸粉l_3g/L、玉米漿l_3g/L、硫酸鎂0.lg/L、硫酸鋅0.lg/L ;通風并攪拌，在溫度28-32°C，控制轉化液相對溶解氧濃度為0.5-5%, pH維持在4-4.5的條件下進行轉化，當轉化液中的木糖濃度降至10-0g/L時，結束轉化，即獲得含木糖醇的轉化溶液。
[0024]上述轉化過程中，轉化罐使用常規好氧發酵罐，轉化液制備及活性酵母菌制劑接入過程需無菌操作。
[0025]本發明中的發明人從自然環境中篩選到可以高效轉化木糖生產木糖醇的熱帶假絲酵母菌株，并通過馴化培養、誘變選育和條件優化等手段選育獲得了一株命名為熱帶假絲酵母(Candida tropicalis) SFX-Y9菌株，該菌株已于2013年5月7日保藏于中國典型培養物保藏中心，保藏地址:中國武漢武漢大學，保藏編號為CCTCC No:M 2013183。實驗證實:該菌株在特定發酵條件下進行木糖醇發酵，可實現轉化率85%以上，木糖醇平均產生速率達3.5g/l/h以上，是一株具有工業應用價值的菌株。在此基礎上，為了進一步降低生物技術生產木糖醇的成本、簡化生產工藝，本發明提出了一種用于轉化木糖生產木糖醇的活性酵母菌制劑及其在轉化木糖生產木糖醇中的應用方法，為木糖醇的工業化生產提供了一種低成本、生產步驟簡化、原料利用率高的方法。
【具體實施方式】
[0026]實施例1酵母活性菌制劑的制備
[0027](I)菌體細胞培養
[0028]—級培養:首先將熱帶假絲酵母(Candida tropicalis) SFX-Y9菌株斜面進行轉接活化，接種5L三角瓶(裝液量1000ml)種子液，30°C，振蕩培養20小時。
[0029]其中:種子液培養基組成(g/L):葡萄糖50，木糖20，MgSO40.1，KH2PO4L 0，NaCl2.0，酵母浸粉5。
[0030]二級培養(50L發酵罐):將培養好的一級種子液按接種量5% (v/v)的接種量接入到二級培養培養基(g/L)中(葡萄糖20，木糖20，MgSO40.LKH2PO4L 5，ZnSO40.1，酵母浸粉3)，維持相對溶解氧濃度10%，pH4.2，培養8小時葡萄糖耗盡，開始流加補料(補充料液組分以重量體積(w/v)百分比計是:木糖濃度70%、酵母浸粉濃度為1%、玉米漿濃度為1% )，控制流加速度與木糖消耗濃度相當(5_6g/l/h)。流加培養14小時，繼續培養至木糖低于10g/L，結束培養。經分析培養液中菌體干重達38.6g/L。
[0031](2)菌體細胞收集和洗滌
[0032]離心收集菌體細胞，用菌體I倍體積的水洗滌2次，然后用保護劑溶液洗滌I次，8000rpm離心lOmin，倒去上清液得鮮酵母。其中:保護劑溶液組成(g/L):木糖10、木糖醇10、氯化鈉10。
[0033](3)菌體細胞脫水、干燥
[0034]將步驟2得到的菌體細胞經小型酵母壓榨機壓榨，得到酵母菌體，經檢測含水為70%，經分析活菌數比例達98.5%。即制得鮮酵母型菌制劑。
[0035]將步驟2得到的菌體細胞乳或泥離心得到的酵母菌體放入冷凍干燥機中進行冷凍干燥，凍干后的菌體，經分析含水4.5%，活菌比例達95%。即干燥型活菌制劑。
[0036]實施例2酵母活性菌制劑的制備
[0037](I)菌體細胞培養
[0038]—級培養:首先將熱帶假絲酵母(Candida tropicalis) SFX-Y9菌株斜面進行轉接活化，接種5L三角瓶(裝液量1000ml)種子液，30°C，振蕩培養24小時。
[0039]其中:種子液培養基組成(g/L):葡萄糖50，木糖20，MgSO40.1，KH2PO4L 0，NaCl2.0，酵母浸粉5。
[0040]二級培養(10L發酵罐):將培養好的一級種子