專利名稱：一種提高水溶性高聚物發(fā)酵產(chǎn)率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高水溶性高聚物發(fā)酵產(chǎn)率的方法。屬于工業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，微生物發(fā)酵產(chǎn)品所涉及的領(lǐng)域越來越廣。在生產(chǎn)微生物 發(fā)酵產(chǎn)品的同時(shí)，經(jīng)常遇到的問題之一是當(dāng)發(fā)酵產(chǎn)物積累達(dá)到一定濃度時(shí)，產(chǎn)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(jìn)行。如乳酸發(fā)酵。在水溶性高聚物 的發(fā)酵生產(chǎn)中，伴隨著發(fā)酵的進(jìn)行，水溶性高聚物不斷積累，使得發(fā)酵液的粘度加大， 嚴(yán)重影響溶氧傳質(zhì)效果，也使得發(fā)酵難以正常進(jìn)行，產(chǎn)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(chǎn)物分離發(fā)酵技術(shù)---種原位產(chǎn)物分離和發(fā)酵有機(jī)結(jié)合的
綜合技術(shù)。原位產(chǎn)物分離(/ww'加product removal, ISPR)是指將生產(chǎn)細(xì)胞的代謝產(chǎn)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(shù)，包括溶劑提取發(fā)
酵法(根據(jù)產(chǎn)物的溶解特性選擇轉(zhuǎn)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(chǎn)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(chǎn)物在發(fā)酵液中所帶電荷性質(zhì)，使產(chǎn)物從培養(yǎng)液向濃縮液貯存罐移
動(dòng))。如天津科技大學(xué)的李濤等將無機(jī)陶瓷膜分離技術(shù)與謝氏丙酸桿菌發(fā)酵耦合,構(gòu) 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(duì)菌體生長的抑制作用，實(shí)現(xiàn)了維生素B12 (VB12)的高密度發(fā)酵； Xavier等對(duì)管式超濾膜細(xì)胞循環(huán)生物反應(yīng)器影響乳酸生產(chǎn)進(jìn)行了研究，取得了理想的實(shí) 驗(yàn)結(jié)果，可以得到不含細(xì)胞的澄清發(fā)酵液，具有較高的乳酸產(chǎn)率和產(chǎn)品濃度；Danner 等設(shè)計(jì)了超濾膜生物反應(yīng)器(MBR) —單極電滲析箱(ED)，構(gòu)成MBR- ED單元操作系 統(tǒng)，對(duì)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(jìn)行連續(xù)發(fā)酵 生產(chǎn)乳酸的研究。MBR- ED單元操作系統(tǒng)使乳酸濃度達(dá)到115g/L，在運(yùn)行1052h后， 對(duì)其測(cè)定，沒有測(cè)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(chǎn)中浙江大學(xué)徐志南研究組釆用旋轉(zhuǎn)纖維床固定化細(xì)胞技術(shù)，有效提高了聚谷氨酸的產(chǎn)率
發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)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(chǎn)率的方法。
技術(shù)方案
本發(fā)明的技術(shù)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(chǔ)料桶，(7)補(bǔ)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(yùn)行方式為當(dāng)發(fā)酵進(jìn)行至1/10-1/5發(fā)酵周期時(shí) 開始運(yùn)行原位分離發(fā)酵系統(tǒng)，每次運(yùn)行2-3小時(shí)；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(yùn)行方式為啟動(dòng)恒流泵(2)，發(fā)酵液進(jìn)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(xì)菌選擇0.2w)，實(shí)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(jìn)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(jìn)入聚合物儲(chǔ)料桶(6)，無菌體無聚合物 發(fā)酵液通過回流管(12)進(jìn)入發(fā)酵裝置(1);向發(fā)酵裝置(1)補(bǔ)入補(bǔ)液桶(7)中的無 菌水，控制補(bǔ)入量等于聚合物儲(chǔ)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(chǎn)水溶性高聚物，在發(fā)酵生產(chǎn)水溶性高聚物的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)
產(chǎn)物的原位分離，即邊發(fā)酵邊進(jìn)行聚合物的分離?？梢员ＷC發(fā)酵液的溶氧傳質(zhì)效果。 在同等投料量的情況下，采用此技術(shù)與普通發(fā)酵生產(chǎn)的產(chǎn)率相比，可提高水溶性高聚物
的產(chǎn)率30% - 80%。


附圖是微生物發(fā)酵生產(chǎn)水溶性高聚物的原位分離發(fā)酵系統(tǒng)示意圖
具體實(shí)施例方式
以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。 實(shí)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(jìn)行活 化；進(jìn)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(jìn)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(zhuǎn)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(jìn)行96小時(shí)后，開始運(yùn)行原位分離發(fā)酵系統(tǒng)，每次運(yùn)行3小時(shí)，運(yùn)行間隔為20小時(shí)， 發(fā)酵周期200小時(shí)，共計(jì)運(yùn)行四次。發(fā)酵結(jié)束后，固液分離，進(jìn)行乙醇沉淀，除去普 魯蘭，精制e-聚蘋果酸。產(chǎn)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(jìn)行活化；進(jìn) 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(jìn)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(zhuǎn)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(jìn)行24 小時(shí)后，開始運(yùn)行原位分離發(fā)酵系統(tǒng)，每次運(yùn)行2小時(shí)，運(yùn)行間隔為12小時(shí)，發(fā)酵周 期96小時(shí)，共計(jì)運(yùn)行六次。發(fā)酵結(jié)束后，固液分離，進(jìn)行乙醇沉淀，精制Y-聚谷氨 酸。產(chǎn)率與普通發(fā)酵相比提高了50%。 實(shí)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(jìn)行活 化；進(jìn)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(jìn)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(zhuǎn)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(jìn)行96 小吋后，開始運(yùn)行原位分離發(fā)酵系統(tǒng)，每次運(yùn)行2小時(shí)，運(yùn)行間隔為24小時(shí)，發(fā)酵周 期168小時(shí)，共計(jì)運(yùn)行兩次。發(fā)酵結(jié)束后，固液分離，進(jìn)行乙醇沉淀，精制普魯蘭。 產(chǎn)率與普通發(fā)酵相比提高了 30%。
權(quán)利要求
1. 一種提高水溶性高聚物發(fā)酵產(chǎn)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(quán)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(chǔ)料桶，(7)補(bǔ)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(quán)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(yùn)行 方式為當(dāng)發(fā)酵進(jìn)行至1/10-1/5發(fā)酵周期時(shí)開始運(yùn)行原位分離發(fā)酵系統(tǒng)，每次運(yùn) 行2-3小時(shí)；每次間隔1/10-1/6發(fā)酵周期。
4. 根據(jù)權(quán)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(yùn)行方式為啟動(dòng)恒流泵(2)，發(fā)酵液進(jìn)入菌體過濾裝置(3)，實(shí)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(jìn)入聚合物過濾裝置(5)，聚合物通過流出管(11)進(jìn)入聚合物儲(chǔ)料桶(6)，無 菌體無聚合物發(fā)酵液通過回流管(12)進(jìn)入發(fā)酵裝置(1);向發(fā)酵裝置(1)補(bǔ) 入補(bǔ)液桶(7)中的無菌水，控制補(bǔ)入量等于聚合物儲(chǔ)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(chǎn)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(chǎn)水溶性高聚物的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)原位分離，即邊發(fā)酵邊進(jìn)行聚合物的分離。當(dāng)發(fā)酵進(jìn)行至1/10-1/5發(fā)酵周期時(shí)開始運(yùn)行原位分離發(fā)酵系統(tǒng)，每次運(yùn)行2-3小時(shí)，每次間隔1/10-1/6發(fā)酵周期。該技術(shù)能夠保證發(fā)酵液的溶氧傳質(zhì)值。在同等投料量的情況下，采用此法與普通發(fā)酵生產(chǎn)的水溶性高聚物相比，產(chǎn)率可提高30％-80％。
文檔編號(hào)C12P13/00GK101544949SQ20091006871
公開日2009年9月30日 申請(qǐng)日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:南開大學(xué)