專利名稱:一種提高水溶性高聚物發(fā)酵產率的方法
技術領域:
本發(fā)明涉及一種提高水溶性高聚物發(fā)酵產率的方法。屬于工業(yè)生物技術領域。
背景技術:
隨著科學技術的不斷發(fā)展,微生物發(fā)酵產品所涉及的領域越來越廣。在生產微生物 發(fā)酵產品的同時,經常遇到的問題之一是當發(fā)酵產物積累達到一定濃度時,產物抑制微 生物本身的生長、繁殖或代謝,使發(fā)酵無法正常進行。如乳酸發(fā)酵。在水溶性高聚物 的發(fā)酵生產中,伴隨著發(fā)酵的進行,水溶性高聚物不斷積累,使得發(fā)酵液的粘度加大, 嚴重影響溶氧傳質效果,也使得發(fā)酵難以正常進行,產物收率低。為了解決上述問題, 人們著力于研究開發(fā)原位產物分離發(fā)酵技術---種原位產物分離和發(fā)酵有機結合的
綜合技術。原位產物分離(/ww'加product removal, ISPR)是指將生產細胞的代謝產物
快速移走的方法。近來,人們研究開發(fā)了許多種原位分離發(fā)酵技術,包括溶劑提取發(fā)
酵法(根據(jù)產物的溶解特性選擇轉移性提取劑)、吸附發(fā)酵法(發(fā)酵系統(tǒng)包括樹脂吸附 裝置,根據(jù)產物特性選擇專一性離子交換樹脂等吸附劑)、電滲析發(fā)酵法(發(fā)酵系統(tǒng)包 括電滲析裝置,依靠產物在發(fā)酵液中所帶電荷性質,使產物從培養(yǎng)液向濃縮液貯存罐移
動)。如天津科技大學的李濤等將無機陶瓷膜分離技術與謝氏丙酸桿菌發(fā)酵耦合,構 建了一種新型原位分離發(fā)酵系統(tǒng),通過活性炭吸附,成功地將發(fā)酵體系中的丙酸分離出
去,有效解除了丙酸對菌體生長的抑制作用,實現(xiàn)了維生素B12 (VB12)的高密度發(fā)酵; Xavier等對管式超濾膜細胞循環(huán)生物反應器影響乳酸生產進行了研究,取得了理想的實 驗結果,可以得到不含細胞的澄清發(fā)酵液,具有較高的乳酸產率和產品濃度;Danner 等設計了超濾膜生物反應器(MBR) —單極電滲析箱(ED),構成MBR- ED單元操作系 統(tǒng),對從堆肥中篩選出來能利用己糖和戊糖的嗜熱脂肪芽袍桿菌BS 119進行連續(xù)發(fā)酵 生產乳酸的研究。MBR- ED單元操作系統(tǒng)使乳酸濃度達到115g/L,在運行1052h后, 對其測定,沒有測出有微生物污染,而且還能降低能耗,降低高生物耗氧量(BOD)廢水 的排放,有很高的環(huán)保效益。在水溶性高聚物的發(fā)酵生產中浙江大學徐志南研究組釆用旋轉纖維床固定化細胞技術,有效提高了聚谷氨酸的產率
發(fā)明內容
要解決的技術問題
本發(fā)明的目的是提供一種提高水溶性高聚物發(fā)酵產率的方法。
技術方案
本發(fā)明的技術方案是將發(fā)酵裝置與超濾裝置相偶聯(lián)成為原位分離發(fā)酵系統(tǒng)。該原 位分離發(fā)酵系統(tǒng)主要包括(1)發(fā)酵裝置,(2)恒流泵,(3)菌體過濾裝置,(4)恒流
泵,(5)聚合物過濾裝置,(6)聚合物儲料桶,(7)補液桶,(8)發(fā)酵液流出管,(9) 菌體回流管,(10)無菌體發(fā)酵液流出管,(11)聚合物流出管,(12)無菌體無聚合物 發(fā)酵液回流管。
本發(fā)明所涉及的原位分離發(fā)酵系統(tǒng)運行方式為當發(fā)酵進行至1/10-1/5發(fā)酵周期時 開始運行原位分離發(fā)酵系統(tǒng),每次運行2-3小時;每次間隔1/10-1/6發(fā)酵周期。
該原位分離發(fā)酵系統(tǒng)的具體操作運行方式為啟動恒流泵(2),發(fā)酵液進入菌體過 濾裝置(3)(外壓式超濾裝置,根據(jù)微生物大小選擇適宜的中空纖維過濾膜孔徑,如
細菌選擇0.2w),實施第一次超濾,菌體通過回流管(9)回流至發(fā)酵裝置(1),無菌 體發(fā)酵液通過恒流泵(4)進入聚合物過濾裝置(5)(根據(jù)聚合物分子量的大小選擇適 宜孔徑的過濾器),聚合物通過流出管(11)進入聚合物儲料桶(6),無菌體無聚合物 發(fā)酵液通過回流管(12)進入發(fā)酵裝置(1);向發(fā)酵裝置(1)補入補液桶(7)中的無 菌水,控制補入量等于聚合物儲料桶(6)中的液體量。
有益效果
本發(fā)明原位分離發(fā)酵法生產水溶性高聚物,在發(fā)酵生產水溶性高聚物的同時,實現(xiàn)
產物的原位分離,即邊發(fā)酵邊進行聚合物的分離。可以保證發(fā)酵液的溶氧傳質效果。 在同等投料量的情況下,采用此技術與普通發(fā)酵生產的產率相比,可提高水溶性高聚物
的產率30% - 80%。
附圖是微生物發(fā)酵生產水溶性高聚物的原位分離發(fā)酵系統(tǒng)示意圖
具體實施例方式
以下實施例用于說明本發(fā)明,但不用來限制本發(fā)明的范圍。 實施例l
采用出芽短梗霉"w^6^mW/wwpw//w/a", IF06353 )發(fā)酵法制備水溶性高聚物-——p-聚蘋果酸[Poly (卩-malicacid),卩-PMA]。
具體操作將爿wm 6必Www pw//w/a", IF06353凍干菌種采用PSA培養(yǎng)基進行活 化;進行種子液培養(yǎng);將種子液以1%-3°/。的接種量接種于10.0L發(fā)酵培養(yǎng)基中進行發(fā) 酵;所有發(fā)酵條件與P-聚蘋果酸的普通發(fā)酵條件保持一致,如溫度、轉速、通氣量 等。菌體濾器選擇孔徑為0.2u的濾膜,高聚物濾器選擇分子量截留值為15,000。發(fā)酵 進行96小時后,開始運行原位分離發(fā)酵系統(tǒng),每次運行3小時,運行間隔為20小時, 發(fā)酵周期200小時,共計運行四次。發(fā)酵結束后,固液分離,進行乙醇沉淀,除去普 魯蘭,精制e-聚蘋果酸。產率與普通發(fā)酵相比提高了80%。
采用地衣芽胞桿菌(S"c///^ NK-01)發(fā)酵法制備水溶性高聚物-----y -
聚谷氨酸[Poly ( Y-gulutamic acid), Y-PGA]。
具體操作將Sa"7/ws //c/zem/om^ NK-01凍干菌種采用LB培養(yǎng)基進行活化;進 行種子液培養(yǎng);將種子液以1%-3 e/。的接種量接種于10.0L發(fā)酵培養(yǎng)基中進行發(fā)酵;所
有發(fā)酵條件與Y-聚谷氨酸的普通發(fā)酵條件保持一致,如溫度、轉速、通氣量等。菌
體濾器選擇孔徑為0.2u的濾膜,聚合物濾器選擇分子量截留值50,000。發(fā)酵進行24 小時后,開始運行原位分離發(fā)酵系統(tǒng),每次運行2小時,運行間隔為12小時,發(fā)酵周 期96小時,共計運行六次。發(fā)酵結束后,固液分離,進行乙醇沉淀,精制Y-聚谷氨 酸。產率與普通發(fā)酵相比提高了50%。 實施例3
采用出芽短梗霉"wwo6oyWwwpw//M/am IF06353)發(fā)酵法制備水溶性高聚物-—— 普魯蘭(pullulan)。
具體操作將^weokwWt/w pw〃w/a", IF06353凍干菌種采用PSA培養(yǎng)基進行活 化;進行種子液培養(yǎng);將種子液以1%-3%的接種量接種于10.0L發(fā)酵培養(yǎng)基中進行發(fā) 酵;所有發(fā)酵條件與普魯蘭的普通發(fā)酵條件保持一致,如溫度、轉速、通氣量等。菌體濾器選擇孔徑為0.2n的濾膜,聚合物濾器選擇分子量截留值20,000。發(fā)酵進行96 小吋后,開始運行原位分離發(fā)酵系統(tǒng),每次運行2小時,運行間隔為24小時,發(fā)酵周 期168小時,共計運行兩次。發(fā)酵結束后,固液分離,進行乙醇沉淀,精制普魯蘭。 產率與普通發(fā)酵相比提高了 30%。
權利要求
1. 一種提高水溶性高聚物發(fā)酵產率的方法,其特征在于將發(fā)酵裝置與超濾裝置相偶聯(lián)成為原位分離發(fā)酵系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法,其特征在于,該原位分離發(fā)酵系統(tǒng)主要包括(1)發(fā)酵裝置,(2)恒流泵,(3)菌體過濾裝置,(4)恒流泵,(5)聚合物過濾裝置, (6)聚合物儲料桶,(7)補液桶,(8)發(fā)酵液流出管,(9)菌體回流管,(10) 無菌體發(fā)酵液流出管,(ll)聚合物流出管,(12)無菌體無聚合物發(fā)酵液回流管。
3. 根據(jù)權利要求1所述的方法,其特征在于,本方法涉及的原位分離發(fā)酵系統(tǒng)運行 方式為當發(fā)酵進行至1/10-1/5發(fā)酵周期時開始運行原位分離發(fā)酵系統(tǒng),每次運 行2-3小時;每次間隔1/10-1/6發(fā)酵周期。
4. 根據(jù)權利要求1或2或3所述的方法,其特征在于,該原位分離發(fā)酵系統(tǒng)的具體 操作運行方式為啟動恒流泵(2),發(fā)酵液進入菌體過濾裝置(3),實施第一次 超濾,菌體通過回流管(9)回流至發(fā)酵裝置(1),無菌體發(fā)酵液通過恒流泵(4) 進入聚合物過濾裝置(5),聚合物通過流出管(11)進入聚合物儲料桶(6),無 菌體無聚合物發(fā)酵液通過回流管(12)進入發(fā)酵裝置(1);向發(fā)酵裝置(1)補 入補液桶(7)中的無菌水,控制補入量等于聚合物儲料桶(6)中的液體量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高水溶性高聚物發(fā)酵產率的方法。涉及將發(fā)酵裝置與超濾分離裝置相偶聯(lián),形成原位分離發(fā)酵系統(tǒng)。在發(fā)酵生產水溶性高聚物的同時,實現(xiàn)原位分離,即邊發(fā)酵邊進行聚合物的分離。當發(fā)酵進行至1/10-1/5發(fā)酵周期時開始運行原位分離發(fā)酵系統(tǒng),每次運行2-3小時,每次間隔1/10-1/6發(fā)酵周期。該技術能夠保證發(fā)酵液的溶氧傳質值。在同等投料量的情況下,采用此法與普通發(fā)酵生產的水溶性高聚物相比,產率可提高30%-80%。
文檔編號C12P13/00GK101544949SQ20091006871
公開日2009年9月30日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權日2009年4月30日
發(fā)明者暢 劉, 欣 周, 孫秀梅, 宋存江, 王淑佳, 王淑芳, 亮 程, 丹 胡, 鑫 邊 申請人:南開大學