專利名稱：培養(yǎng)微生物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種培養(yǎng)微生物的方法，該微生物適用于分解特定的有害物質(zhì)，其中對(duì)已有的微生物在一種促進(jìn)生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)液中進(jìn)行培養(yǎng)，接受化學(xué)和/或物理突變作用的影響，在促進(jìn)生長(zhǎng)的條件下被穩(wěn)定化并在有害物質(zhì)作用下在限制生長(zhǎng)的條件下被選擇出，其中選擇出的微生物返回到過(guò)程初始段。
用于生物分解有害物質(zhì)的微生物主要用于廢料清除以及廢水和空氣的凈化，在上述過(guò)程中有害物質(zhì)被微生物分解或被轉(zhuǎn)換成消納不成問(wèn)題的其它物質(zhì)，為對(duì)有害物質(zhì)進(jìn)行有效的生物分解，相應(yīng)的微生物除特殊的分解能力外還必須具有最佳的有害物耐受能力和盡可能高的裂殖率及遺傳穩(wěn)定性。
在DE4124900A1中公開了一種用于培養(yǎng)具有分解有害物質(zhì)能力的細(xì)菌實(shí)變種的方法，采用此方法時(shí)在非生長(zhǎng)限制條件下對(duì)細(xì)菌加以培養(yǎng)，進(jìn)行產(chǎn)生突變的紫外線照射并接著在生長(zhǎng)限制條件下將突變的細(xì)菌與有害物質(zhì)放在一起。必要時(shí)可以將微生物由選擇階段傳送給第一反應(yīng)器，在反應(yīng)器中對(duì)微生物加以穩(wěn)定化，以便接著在突變階段重新對(duì)其進(jìn)行紫外線照射。
但經(jīng)證明，已有技術(shù)的方法并不適于培養(yǎng)這種可以分解有機(jī)化合物，尤其是復(fù)雜的化合物的微生物種群，這是因?yàn)橐淮位騼纱瓮蛔兲幚聿蛔阋栽诤侠淼臅r(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)適用于分解復(fù)雜的有機(jī)化合物的微生物種群的開發(fā)。這首先是一個(gè)基本統(tǒng)計(jì)問(wèn)題，該統(tǒng)計(jì)問(wèn)題以很大的概率與下述情況相關(guān)，即為了分解復(fù)雜的有機(jī)有害物質(zhì)需要多次分解反應(yīng)，該分解反應(yīng)順序進(jìn)行并在反應(yīng)過(guò)程中生成中間產(chǎn)物，該中間產(chǎn)物可能比初始產(chǎn)物對(duì)微生物毒素要大。隨著時(shí)間的推移，選擇介質(zhì)的成份也在不斷變化，以致微生物種群在分解能力和耐有害物質(zhì)能力一直要反復(fù)適配。該適配需要一些時(shí)間并導(dǎo)致整個(gè)過(guò)程持續(xù)較長(zhǎng)并因而不經(jīng)濟(jì)的。
由于對(duì)微生物種群的培養(yǎng)、突變處理和穩(wěn)定化在不同的反應(yīng)器中進(jìn)行，故采用已有技術(shù)公知的方法還需要付出大量的設(shè)備代價(jià)。此外，微生物在富于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的介質(zhì)中穩(wěn)定化后，為對(duì)含有有害物質(zhì)的選擇介質(zhì)接種，被直接輸送到選擇發(fā)酵容器中。這樣有可能會(huì)出現(xiàn)在接受選擇的生物質(zhì)中尚含有被帶入選擇發(fā)酵擇器中的大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)并且該營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)將對(duì)選擇造成不利的影響，這是因?yàn)檫@些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)將被微生物優(yōu)先作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)源加以利用。只有當(dāng)被帶入的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗盡時(shí)，才開始進(jìn)行對(duì)分解有害物質(zhì)的微生物進(jìn)行選擇。這首先導(dǎo)致對(duì)不能分解有害物質(zhì)的微生物的正選擇，造成對(duì)整個(gè)選擇過(guò)程的附加遲滯。
所以本發(fā)明的任務(wù)在于，進(jìn)一步設(shè)計(jì)本說(shuō)明書引言中所述方式的方法，一方面可以精確地控制在促進(jìn)生長(zhǎng)的條件下的培養(yǎng)和突變，另一方面可以精確地控制在抑制生長(zhǎng)的條件下的選擇。并據(jù)此用很少的設(shè)備代價(jià)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)自然演化過(guò)程盡可能緊縮和有針對(duì)性的引導(dǎo)，以便可以采用此方式盡可能迅速地培養(yǎng)具有所需特性的微生物。
為解決此項(xiàng)任務(wù)，本發(fā)明以說(shuō)明書引言部分中所述方式的方法為基礎(chǔ)建議，—培養(yǎng)、突變處理和穩(wěn)定化同時(shí)在一含有富于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的基介質(zhì)的突變發(fā)酵容器中進(jìn)行，—選擇在選擇發(fā)酵容器中進(jìn)行，選擇發(fā)酵容器含有貧營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的并富集有害物質(zhì)的基介質(zhì)，—連續(xù)地從突變發(fā)酵容器中提取出由富于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的突變發(fā)酵容器的基介質(zhì)分離出來(lái)的少量生物質(zhì)并輸送到選擇發(fā)酵容器中，—連續(xù)地從選擇發(fā)酵容器中提取出由選擇發(fā)酵容器的貧營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的基介質(zhì)分離出來(lái)的少量生物質(zhì)并輸送到突變?nèi)萜髦校麄€(gè)過(guò)程以重復(fù)的循環(huán)過(guò)程的方式連續(xù)地在選擇和突變段交替進(jìn)行，其中一方面突變發(fā)酵容器，另一方面選擇發(fā)酵容器配備有計(jì)算機(jī)控制的調(diào)節(jié)回路。采用此調(diào)節(jié)回路可以相互不受影響地調(diào)節(jié)兩個(gè)發(fā)酵容器中的發(fā)酵參數(shù)。
依照本發(fā)明的方法以極其有益的方式采用一雙發(fā)酵容器系統(tǒng)運(yùn)作，在該系統(tǒng)中進(jìn)化的兩個(gè)原理-選擇和突變-可以分別被最佳化。其中微生物在兩個(gè)在運(yùn)作中互為接種的發(fā)酵容器中連續(xù)地在選擇和突變段被交替培養(yǎng)。在突變發(fā)酵容器中可以通過(guò)紫外線照射和/或向培養(yǎng)物中添加突變化學(xué)品大大提高微生物的突變率，同時(shí)在選擇發(fā)酵容器中為相應(yīng)的突變型建立針對(duì)分解有害物質(zhì)相應(yīng)的條件。通過(guò)反復(fù)進(jìn)行突變處理提高了微生物種群的遺傳多樣性，從而當(dāng)在選擇反應(yīng)容器中的條件，即分解過(guò)程中中間產(chǎn)物量的比例變化時(shí)，微生物種群的分解能力和耐有害物質(zhì)能力可以較為迅速地適配。這樣與已有技術(shù)各單獨(dú)的突變或選擇相比，通過(guò)在一個(gè)循環(huán)過(guò)程進(jìn)行突變和選擇實(shí)現(xiàn)的微生物種群的進(jìn)化速速度要快得多。
因而本發(fā)明的方法可以較為迅速地針對(duì)特定的分解能力和/或耐有害物質(zhì)能力對(duì)整個(gè)生物群落泛化或特化。本方法的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)有針對(duì)性的控制進(jìn)化準(zhǔn)天然地生成微生物。與遺傳操作的微生物相反，它降低了產(chǎn)生無(wú)效的回復(fù)突變型的風(fēng)險(xiǎn)。采用計(jì)算機(jī)控制的調(diào)節(jié)回路實(shí)現(xiàn)了可復(fù)現(xiàn)調(diào)整的特定的化學(xué)和工藝條件并且采用此方式對(duì)所有單獨(dú)過(guò)程可分別實(shí)現(xiàn)最佳條件。
本發(fā)明方法的一種特別有益的實(shí)施方式在于，選擇發(fā)酵容器(發(fā)酵容器2)工作時(shí)毒素恒定，即在工藝中有害物質(zhì)濃度保持不變。此點(diǎn)一方面的優(yōu)點(diǎn)在于，在整個(gè)工藝中選擇壓力保持不變，因而僅那些具有耐有害物質(zhì)能力的和可以分解有害物質(zhì)的微生物可以生長(zhǎng)，同樣另一方面的優(yōu)點(diǎn)在于，可以較為迅速地調(diào)整微生物群落的生物群落平衡。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式中選擇發(fā)酵容器(發(fā)酵容器2)工作時(shí)濁度恒定(turbidostatisch)。此時(shí)，選擇過(guò)程主要通過(guò)選擇發(fā)酵容器中的生物質(zhì)進(jìn)行控制。
在將生物質(zhì)由一個(gè)發(fā)酵容器輸送到另一個(gè)發(fā)酵容器時(shí)最好更換生物質(zhì)的基介質(zhì)。該基介質(zhì)的更換宜在設(shè)置在發(fā)酵容器間的透折段進(jìn)行。采用此方式防止了來(lái)自一個(gè)發(fā)酵容器的介質(zhì)進(jìn)入另一個(gè)發(fā)酵容器，防止為微生物提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，該營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)將先于有害物質(zhì)被利用，這將導(dǎo)致對(duì)選擇過(guò)程的遲滯。此外通過(guò)在透析段進(jìn)行的對(duì)新介質(zhì)的適度的適應(yīng)實(shí)現(xiàn)了在每次變換發(fā)酵容器時(shí)對(duì)遲滯期的縮短并從而加速了整個(gè)過(guò)程。另一優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)在選擇和突變發(fā)酵容器間進(jìn)行的介質(zhì)的更換可以去除吸收紫外線的物質(zhì)，該吸收紫外線的物質(zhì)包含在選擇介質(zhì)中或在微生物質(zhì)代謝中生成并沉淀在介質(zhì)中并在進(jìn)行紫外線照射時(shí)作為降低突變效率的誘因。
在本發(fā)明方法的優(yōu)選的實(shí)施方式中，突變發(fā)酵容器(發(fā)酵容器1)的基介質(zhì)(基介質(zhì)1)含有待分解的有害物質(zhì)。突變發(fā)酵容器工作時(shí)宜毒素恒定。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，突變發(fā)酵容器(發(fā)酵容器1)工作時(shí)，濁度恒定。
下面將對(duì)照附圖
對(duì)本發(fā)明方法的實(shí)施例加以說(shuō)明，該附圖對(duì)用于實(shí)施本方法的設(shè)備結(jié)構(gòu)做了示意表述。
圖中所示的設(shè)備具有兩個(gè)其容量為1至2升的發(fā)酵容器，即突變發(fā)酵容器(發(fā)酵容器1)和選擇發(fā)酵容器(發(fā)酵容器2)，這兩個(gè)發(fā)酵容器可以連續(xù)工作。這兩個(gè)發(fā)酵容器配備有如下標(biāo)準(zhǔn)傳感器測(cè)定pH值的pH1和pH2、測(cè)定氧含量的P01和P02、測(cè)定溫度的T1和T2和測(cè)定光密度的OD1和OD2。此外在兩個(gè)發(fā)酵容器或兩個(gè)發(fā)酵容器的旁路中有用于檢測(cè)當(dāng)時(shí)毒素濃度(“選擇基質(zhì)”)的傳感器。發(fā)酵容器2可以通過(guò)泵P6和后置的可實(shí)現(xiàn)適度介質(zhì)適應(yīng)的滲析段用來(lái)自發(fā)酵容器1的微生物連續(xù)接種。同樣，發(fā)酵容器1通過(guò)泵P7和后置的滲析段用來(lái)自發(fā)酵容器2的微生物接種。泵P8和P9用于對(duì)滲析段供應(yīng)基介質(zhì)。通過(guò)閥門V1和V2對(duì)兩個(gè)發(fā)酵容器送入壓縮空氣并且兩個(gè)發(fā)酵容器配備有可控制攪拌器M。在滲析段，各傳輸給另一發(fā)酵容器的微生物從來(lái)源-發(fā)酵容器的基介質(zhì)中分離出來(lái)并被添加入目標(biāo)-發(fā)酵容器的基介質(zhì)中。
突變發(fā)酵容器(發(fā)酵容器1)可進(jìn)行紫外線照射。光路穿過(guò)石英窗。對(duì)發(fā)酵容器1通過(guò)混合件1及泵10(水)、P1(介質(zhì)濃縮物)和P2(培養(yǎng)基)供給介質(zhì)。為保持發(fā)酵液的體積不變，泵P11用于根據(jù)液位抽出并泵入廢水罐中。
通過(guò)混合件2及泵P12(水)、P3(介質(zhì)濃縮物)、P4(培養(yǎng)基)和P5(“選擇基”)對(duì)選擇發(fā)酵容器(發(fā)酵容器2)送入介質(zhì)。為保持發(fā)酵液的體積不變，泵P13用于根據(jù)液位抽出并泵入收集罐。
系統(tǒng)為模塊結(jié)構(gòu)并可應(yīng)用不同類型的選擇反應(yīng)器。
所有的泵都是針對(duì)持續(xù)工作設(shè)計(jì)的并通過(guò)相應(yīng)的接口由一工藝控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)。廢水罐的容量分別為200升。由兩個(gè)發(fā)酵容器系統(tǒng)自己，而不是通過(guò)工藝控制系統(tǒng)對(duì)送風(fēng)量、攪拌器轉(zhuǎn)速、堿或酸的輸送和調(diào)溫進(jìn)行調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1.培養(yǎng)微生物的方法，該微生物適用于分解特定的有害物質(zhì)，其中在一種促進(jìn)生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)液中對(duì)已有的微生物進(jìn)行培養(yǎng)，接受化學(xué)和/或物理突變作用的影響，在一種促進(jìn)生長(zhǎng)的條件下進(jìn)行穩(wěn)定化并在有害物質(zhì)作用下在限制生長(zhǎng)的條件下被選擇出，其中選出的微生物返回到過(guò)程初始段，其特征在于培養(yǎng)、突變處理和穩(wěn)定化同時(shí)在一突變發(fā)酵容器(發(fā)酵容器1)內(nèi)進(jìn)行，該發(fā)酵容器含有富于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的基介質(zhì)(基介質(zhì)1)，選擇在選擇發(fā)酵容器(發(fā)酵容器2)內(nèi)進(jìn)行，該發(fā)酵容器含有貧營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的、富集了有害物質(zhì)的基介質(zhì)(基介質(zhì)2)，連續(xù)地從突變發(fā)酵容器(發(fā)酵容器1)中提取出由富于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的突變發(fā)酵容器(發(fā)酵容器1)的基介質(zhì)(基介質(zhì)1)分離出來(lái)的少量生物質(zhì)并輸送到選擇發(fā)酵容器(發(fā)酵容器2)中，連續(xù)地從選擇發(fā)酵容器(發(fā)酵容器2)中提取出由選擇發(fā)酵容器(發(fā)酵容器2)的貧營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的基介質(zhì)分離出來(lái)的少量生物質(zhì)并輸送到突變發(fā)酵容器(發(fā)酵容器1)中，整個(gè)工藝過(guò)程以重復(fù)的循環(huán)過(guò)程的方式連續(xù)地在選擇和突變段交替進(jìn)行，其中一方面突變發(fā)酵容器(發(fā)酵容器1)和另一方面選擇發(fā)酵容器(發(fā)酵容器2)配備有計(jì)算機(jī)控制的調(diào)節(jié)回路，采用此調(diào)節(jié)回路可以相互不受影響地調(diào)節(jié)兩個(gè)發(fā)酵容器中的發(fā)酵參數(shù)。
2.依照權(quán)利要求1的方法，其特征在于選擇反應(yīng)器工作時(shí)的毒素恒定。
3.依照權(quán)利要求1的方法，其特征在于選擇反應(yīng)器工作時(shí)的濁度恒定。
4.依照權(quán)利要求1、2或3的方法，其特征在于在生物質(zhì)由一發(fā)酵容器輸送給另一發(fā)酵容器時(shí)生物料的基介質(zhì)被更換。
5.依照權(quán)利要求4的方法，其特征在于基介質(zhì)的更換在設(shè)置于發(fā)酵容器間的滲析段進(jìn)行。
6.依照上述權(quán)利要求中一項(xiàng)或多項(xiàng)的方法，其特征在于突變發(fā)酵容器(發(fā)酵容器1)的基介質(zhì)(基介質(zhì)1)內(nèi)含有待分解的有害物質(zhì)。
7.依照權(quán)利要求6的方法，其特征在于突變發(fā)酵容器(發(fā)酵容器1)工作時(shí)的毒素恒定。
8.依照權(quán)利要求6的方法，其特征在于突變發(fā)酵容器(發(fā)酵容器1)工作時(shí)的濁度恒定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種快速培養(yǎng)用于分解有害物質(zhì)的微生物的方法。為實(shí)現(xiàn)此目的，依照本發(fā)明對(duì)微生物的培養(yǎng)、突變處理和穩(wěn)定化同時(shí)在一含有富于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的基介質(zhì)(基介質(zhì)1)的突變發(fā)酵容器內(nèi)進(jìn)行；在選擇發(fā)酵容器內(nèi)進(jìn)行選擇，該發(fā)酵容器內(nèi)含有貧營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)并富集有害物質(zhì)的基介質(zhì)(基介質(zhì)2)；從突變發(fā)酵容器中連續(xù)提取由富于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的基介質(zhì)(基介質(zhì)1)中分離出的少量生物物質(zhì)并輸送到選擇發(fā)酵容器中；從選擇發(fā)酵容器中提取由貧營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的基介質(zhì)(基介質(zhì)2)分離出的少量生物料并輸送到突變發(fā)酵容器中，整個(gè)過(guò)程以重復(fù)循環(huán)方式連續(xù)地在選擇和突變段交替進(jìn)行，并且突變發(fā)酵容器和選擇發(fā)酵容器以計(jì)算機(jī)控制的回路連接，采用此控制回路可以相互不受影響地調(diào)節(jié)兩個(gè)發(fā)酵容器中的發(fā)酵參數(shù)。
文檔編號(hào)C02F3/34GK1144535SQ95192297
公開日1997年3月5日 申請(qǐng)日期1995年3月1日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月2日
發(fā)明者P·巴索爾姆斯, M·卡夫曼, T·施瓦爾茲 申請(qǐng)人:比托普生物技術(shù)優(yōu)化有限公司