專利名稱：山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基的微濾膜除菌方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物化工領(lǐng)域，特別涉及一種使用陶瓷微濾膜進(jìn)行山梨糖 發(fā)酵培養(yǎng)基的膜除菌方法。
背景技術(shù)：
培養(yǎng)基是微生物生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成所必需的一組營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通常由葡萄 糖、酵母粉、蛋白胨、無(wú)機(jī)鹽等組成。按其用途培養(yǎng)基可分種子培養(yǎng)基和發(fā) 酵培養(yǎng)基。種子培養(yǎng)基是指用于搖瓶種子培養(yǎng)或工業(yè)生產(chǎn)用的種子罐種子培 養(yǎng)的營(yíng)養(yǎng)組成。發(fā)酵培養(yǎng)基是含有供微生物細(xì)胞或菌絲體迅速生長(zhǎng)繁殖和合 成產(chǎn)物之需要的營(yíng)養(yǎng)組分。在本發(fā)明中，用于山梨糖發(fā)酵種子罐種子培養(yǎng)的
培養(yǎng)基稱為山梨糖發(fā)酵種子培養(yǎng)基；用于山梨糖發(fā)酵罐的發(fā)酵培養(yǎng)基稱為山 梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基，山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基也包括山梨糖發(fā)酵種子培養(yǎng)基。
在工業(yè)及實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵過(guò)程中，通常采用濕熱滅菌，即將培養(yǎng)基各組分加 水溶解，加熱到121。C,然后保溫6 10分鐘，通過(guò)高溫將培養(yǎng)基中微生物
殺死，從而達(dá)到無(wú)菌的要求。培養(yǎng)基滅菌后，采用冷卻水將其溫度降至28。C ~ 30°C，即可接種發(fā)酵。
維生素C (抗壞血酸)是一種人體所必需的維生素，其生產(chǎn)機(jī)理如下
黑醋菌 氧化葡萄糖酸桿菌、芽孢桿菌 酸轉(zhuǎn)化 山梨s享-^山梨糖-^古龍酸-^維生素C
微濾是以靜壓差為動(dòng)力，利用微孔膜的'篩分，作用進(jìn)行膜分離的過(guò) 程。微孔濾膜具有比較整齊、均勻的多孔結(jié)構(gòu)，在靜壓差的作用下，小于膜 孔的粒子通過(guò)濾膜，粒徑大于膜孔徑的粒子則被阻攔在濾膜表面，使大小不 同的組分得以分離。
申請(qǐng)?zhí)枮?2121075.6的的中國(guó)專利公開(kāi)了微生物發(fā)酵培養(yǎng)基的制備工藝，這個(gè)專利方法首先將培養(yǎng)基的固體成分用所需總用水量的40%~65%
的水進(jìn)行溶解、混勻，得到的培養(yǎng)基混懸物用蒸汽進(jìn)行濕熱滅菌；然后將剩 余水經(jīng)過(guò)石英砂柱進(jìn)行預(yù)濾，再通過(guò)除菌濾器制備為無(wú)菌水；最后再將二者 混合。申請(qǐng)?zhí)枮?1108818.0的中國(guó)專利公開(kāi)了一種液體培養(yǎng)基除菌的方法， 通過(guò)把機(jī)械過(guò)濾除顆粒雜質(zhì)，紫外線殺菌和高分子有機(jī)濾膜除菌的三種手段 相結(jié)合來(lái)制備無(wú)菌液體培養(yǎng)基。
以上專利技術(shù)方法存在的不足之處為
1、 部分培養(yǎng)基仍釆用傳統(tǒng)的高溫蒸汽濕熱滅菌，仍需消耗較多的熱能， 培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)成分會(huì)受到一定程度的破壞。
2、 使用有機(jī)膜，機(jī)械強(qiáng)度低，易破損、壽命短，而且在除菌前不能使 用高溫對(duì)膜系統(tǒng)進(jìn)行殺菌，只能采用化學(xué)殺菌劑殺菌，殺菌效果難于保證。
3、 由于使用有機(jī)膜，當(dāng)進(jìn)行膜清洗時(shí)，對(duì)清洗方式及清洗劑有限制。
4、 紫外線穿透力低，殺菌效果差
5、 培養(yǎng)基的過(guò)濾方式為頂端過(guò)濾，膜污染嚴(yán)重，培養(yǎng)基液體透過(guò)膜的 速率很低。
6、 難于保障100%除菌，除菌效果穩(wěn)定性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基的微濾膜除菌 方法，以膜除菌技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的高溫蒸汽滅菌進(jìn)行培養(yǎng)基的除菌，從而最大 限度地減少蒸汽和冷卻水的消耗，節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本。
本發(fā)明目的在于利用微濾膜把存在于山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基中的細(xì)菌及孢 子過(guò)濾分離出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)基的無(wú)菌。
本發(fā)明的原理采用孔徑為0.1微米的陶瓷微濾膜對(duì)山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基 進(jìn)行過(guò)濾。培養(yǎng)基中水溶性小分子如山梨醇、氨基酸可自由通過(guò)微濾膜，而 細(xì)菌(0.4~0.5微米)等微生物則不能通過(guò)，從而實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)基的無(wú)菌。由于在微濾膜不能做到膜孔徑的絕對(duì)均一化，為了得到100%的除菌效果，膜除
菌后的培養(yǎng)基再輔以臭氧殺菌。山梨醇發(fā)酵生成山梨糖是好氧發(fā)酵，臭氧殺 菌后剩余臭氧會(huì)自行分解為氧氣，增加培養(yǎng)基的溶氧，因而還可提高發(fā)酵速 度。
由于膜過(guò)濾過(guò)程中，物質(zhì)不發(fā)生相變，分離系數(shù)較大，室溫下操作，不 會(huì)造成培養(yǎng)基成分的破壞，因此可完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的高溫蒸汽殺菌。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn) 本發(fā)明山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基的微濾膜除菌方法，它包括以下步驟
a、 山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基的制備
在100Kg水中，加入16~20Kg山梨醇，0.1 ~0.3Kg玉米漿、0.05 ~0.2Kg 酵母膏，按照上述配比，培養(yǎng)基各種成分稱重后加入配料罐中，室溫下加水
攪拌溶解，制得山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基；
b、 預(yù)過(guò)濾
在1.08Kw離心泵的作用下，采用0.5微米的管式陶瓷膜以錯(cuò)流的方式 過(guò)濾山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基，除去其中不容性顆粒物質(zhì)，以便減少膜污染。穩(wěn)定 過(guò)濾膜通量1100~ 1286L/hm2,過(guò)濾后的山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基用泵將料液輸送 至料罐。
c、 膜除菌
在進(jìn)行山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基膜除菌前，使用高溫蒸汽(100°C )對(duì)陶t;膜 組件、不銹鋼管路、閥門(mén)及發(fā)酵罐進(jìn)行35分鐘殺菌，冷卻至室溫后，啟動(dòng) 離心泵進(jìn)行山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基料液的微濾，微濾操作條件0.1微米管式陶 瓷膜，控制料液溫度30。C，壓力0.16 ~ 0.18 Mpa，穩(wěn)定膜通量120 ~ 160 L/hm2。 過(guò)濾后的山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基被輸送至發(fā)酵罐。
d、 臭氧殺菌
使用200w的臭氧發(fā)生機(jī)對(duì)500毫升去離子水進(jìn)行曝氣30分鐘，獲得
5濃度為16.8 ppm的臭氧水，通過(guò)輸液管將臭氧水加入到^f效濾后的山梨糖發(fā) 酵培養(yǎng)基中，使臭氧的濃度達(dá)到1.8-2.0ppm，殺菌10分鐘。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果為
① 培養(yǎng)基的所有組分均采用膜過(guò)濾除菌，節(jié)約熱能效果更好。
② 由于培養(yǎng)基的所有組分沒(méi)有經(jīng)受高溫處理，因而培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)成 分沒(méi)有受到破壞，也沒(méi)有不利于發(fā)酵的物質(zhì)生成，有利于黑醋菌的生長(zhǎng)和山 梨醇氧化生成山梨糖。
③ 采用0.5微米的陶瓷膜進(jìn)行山梨糖培養(yǎng)基的預(yù)處理，可比普通的機(jī) 械過(guò)濾如板框過(guò)濾，具有更好的澄清作用，更有利于減少膜污染。
采用錯(cuò)流過(guò)濾方式，膜污染小，膜通量高，可達(dá)120L/hm2以上。
采用管式陶瓷膜，當(dāng)進(jìn)行膜清洗時(shí)，對(duì)清洗方式及清洗劑無(wú)限制。
本發(fā)明所設(shè)計(jì)的膜除菌設(shè)備使用壽命長(zhǎng)。
⑦臭氧殺菌殺菌能力強(qiáng)，可迅速殺滅細(xì)菌繁殖體和芽孢、病毒、真菌 等微生物。膜除菌后的培養(yǎng)基再輔以臭氧殺菌，可保證得到100%的除菌效 果，生產(chǎn)穩(wěn)定性高。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
山梨糖發(fā)酵過(guò)程中，山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基也包括山梨糖發(fā)酵種子培養(yǎng)基。 實(shí)施例一
山梨糖發(fā)酵過(guò)程中種子培養(yǎng)基的膜除菌
a、 種子培養(yǎng)基的制備
于100Kg水中，加入16Kg山梨醇，0.1Kg玉米漿、0.2Kg酵母膏、0.15Kg 磷酸氫二鉀、0.2Kg硫酸鎂。各成分按照配比稱重后加入配料罐中，室溫下 加水?dāng)嚢枞芙?，即得種子培養(yǎng)基。
b、 預(yù)過(guò)濾在1.08Kw離心泵的作用下，采用0.5微米的管式陶瓷膜以錯(cuò)流的方式 過(guò)濾種子培養(yǎng)基的料液，除去其中不容性顆粒物質(zhì)，以便減少膜污染。穩(wěn)定 過(guò)濾膜通量1286L/hii^以上，過(guò)濾后的種子培養(yǎng)基料液用泵將輸送至料罐。
c、 膜除菌
在進(jìn)行種子培養(yǎng)基膜除菌前，使用高溫蒸汽(100°C )對(duì)陶瓷膜組件、 不銹鋼管路、閥門(mén)及發(fā)酵罐進(jìn)行35分鐘殺菌，冷卻至室溫后，啟動(dòng)離心泵 進(jìn)行培養(yǎng)基料液的微濾。微濾操作條件0.1微米管式陶瓷膜，控制料液溫 度30。C,壓力0.16Mpa,穩(wěn)定膜通量160 L/hm2。過(guò)濾后的種子培養(yǎng)基(無(wú) 菌透過(guò)液)被輸送至發(fā)酵罐中。
d、 臭氧殺菌
使用200w的臭氧發(fā)生機(jī)對(duì)500毫升去離子水進(jìn)行曝氣30分鐘，獲得 濃度為16.8 ppm的臭氧水。通過(guò)輸液管將臭氧水加入到微濾后的山梨糖發(fā) 酵培養(yǎng)基中，使臭氧的濃度達(dá)到1.8ppm，殺菌10分鐘。
采用上述方法制備的山梨糖發(fā)酵種子培養(yǎng)基，經(jīng)微生物學(xué)檢測(cè)，無(wú)微生 物菌落產(chǎn)生即100%無(wú)菌；種子培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分如生物素、氨基酸基本保 存不變。
實(shí)施例二
山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基的膜除菌
a、 發(fā)酵培養(yǎng)基的制備
于100Kg水中，加入20Kg山梨醇，0,3Kg玉米漿、0.05Kg酵母膏、O.lKg 尿素。各成分按照配比稱重后加入配料罐中，室溫下加水?dāng)嚢枞芙?，即得發(fā) 酵培養(yǎng)基。
b、 預(yù)過(guò)濾
在1.08Kw離心泵的作用下，采用0.5微米的管式陶瓷膜以錯(cuò)流的方式 過(guò)濾山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基，除去其中不容性顆粒物質(zhì)，以便減少膜污染。穩(wěn)定過(guò)濾膜通量1100L/hn^以上，過(guò)濾后的山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基用泵輸送至料罐。
c、 膜除菌
在進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)基膜除菌前，使用高溫蒸汽(IO(TC )對(duì)陶瓷膜組件、 不銹鋼管路、閥門(mén)及發(fā)酵罐進(jìn)行50分鐘殺菌，冷卻至室溫后，啟動(dòng)離心泵 進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)基料液的微濾。微濾操作條件0.1微米管式陶瓷膜，控制料 液溫度30。C，壓力0.18Mpa，穩(wěn)定膜通量120 L/hm2以上。過(guò)濾后的發(fā)酵培 養(yǎng)基(無(wú)菌透過(guò)液)被輸送至發(fā)酵罐中。
d、 臭氧殺菌
使用200w的臭氧發(fā)生機(jī)對(duì)500毫升去離子水進(jìn)行曝氣30分鐘，獲得 濃度為16.8 ppm的臭氧水。通過(guò)輸液管將臭氧水加入到微濾后的山梨糖發(fā) 酵培養(yǎng)基中，使臭氧的濃度達(dá)到2.0ppm，殺菌10分鐘。
具體實(shí)施過(guò)程
本發(fā)明采用管式陶瓷膜，其膜孔徑為0.1微米，膜面積為O.lm2。搡作 壓力0.1-0.28Mpa,流速1200 ~ 5000L/h。在進(jìn)行培養(yǎng)基膜除菌前，使用由 蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的高溫蒸汽(IOO'C)對(duì)陶瓷膜組件、不銹鋼管路、閥門(mén)及 發(fā)酵罐進(jìn)行35分鐘殺菌，冷卻至室溫后啟動(dòng)膜設(shè)備進(jìn)行培養(yǎng)基料液的微濾。 預(yù)過(guò)濾后的山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基輸送到料罐中，在離心泵的作用下，流經(jīng)熱交 換器進(jìn)入陶瓷膜組件。溶于水的小分子培養(yǎng)基成分透過(guò)膜，而其中的細(xì)菌等 微生物不能穿過(guò)膜而被截留下來(lái)。透過(guò)陶瓷膜的培養(yǎng)基以無(wú)菌狀態(tài)進(jìn)入發(fā)酵 罐，截留液經(jīng)管道返回到料罐中。由于培養(yǎng)基的料液在長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程 會(huì)產(chǎn)生熱量而使料液溫度升高至60。C以上，根據(jù)料罐溫度計(jì)指示，開(kāi)啟冷 卻水閥門(mén)使培養(yǎng)基料液的溫度保持在30。C左右。根據(jù)進(jìn)口壓力計(jì)和出口壓 力計(jì)和流量計(jì)的指示，通過(guò)隔膜閥可調(diào)節(jié)膜組件的壓力和料液通過(guò)膜組件的 流速。
采用上述方法制備的山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基，經(jīng)微生物學(xué)檢測(cè)，無(wú)微生物菌
8落產(chǎn)生即100%無(wú)菌；培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分如生物素、氨基酸基本保持不變。
權(quán)利要求
1、山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基的微濾膜除菌方法，其特征是，它包括以下步驟a、山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基的制備在100Kg水中，加入16～20Kg山梨醇，0.1～0.3Kg玉米漿、0.05～0.2Kg酵母膏，按照上述配比，培養(yǎng)基各種成分稱重后加入配料罐中，室溫下加水?dāng)嚢枞芙?，制得山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基；b、預(yù)過(guò)濾在1.08Kw離心泵的作用下，采用0.5微米的管式陶瓷膜以錯(cuò)流的方式過(guò)濾山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基，除去其中不容性顆粒物質(zhì)，穩(wěn)定過(guò)濾膜通量1100～1286L/hm2，過(guò)濾后的山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基用泵將料液輸送至料罐；c、膜除菌在進(jìn)行山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基膜除菌前，使用高溫蒸汽(100℃)對(duì)陶瓷膜組件、不銹鋼管路、閥門(mén)及發(fā)酵罐進(jìn)行35分鐘殺菌，冷卻至室溫后，啟動(dòng)離心泵進(jìn)行山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基料液的微濾，微濾操作條件0.1微米管式陶瓷膜，控制料液溫度30℃，壓力0.16～0.18Mpa，穩(wěn)定膜通量120～160L/hm2。過(guò)濾后的山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基被輸送至發(fā)酵罐；d、臭氧殺菌使用200w的臭氧發(fā)生機(jī)對(duì)500毫升去離子水進(jìn)行曝氣30分鐘，獲得濃度為16.8ppm的臭氧水，通過(guò)輸液管將臭氧水加入到微濾后的山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基中，使臭氧的濃度達(dá)到1.8～2.0ppm，殺菌10分鐘。
全文摘要
本發(fā)明屬于生物化工領(lǐng)域，特別涉及使用陶瓷微濾膜進(jìn)行山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基的膜除菌方法。它包括培養(yǎng)基的制備、預(yù)過(guò)濾、膜除菌、臭氧殺菌幾個(gè)步驟。采用陶瓷微濾膜對(duì)山梨糖發(fā)酵培養(yǎng)基進(jìn)行過(guò)濾，培養(yǎng)基中水溶性小分子如山梨醇、氨基酸可自由通過(guò)微濾膜，而細(xì)菌等微生物則不能通過(guò)，從而實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)基的無(wú)菌。本發(fā)明以膜除菌完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的高溫蒸汽殺菌，不僅能節(jié)約大量的熱能和冷卻水，同時(shí)最大限度地保持培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分，提高發(fā)酵產(chǎn)品的產(chǎn)率，大大降低維生素C的生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)C12P19/02GK101525645SQ20091007411
公開(kāi)日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2009年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月10日
發(fā)明者桂 張, 趙國(guó)群 申請(qǐng)人:河北科技大學(xué)