專利名稱：一種提高水溶性高聚物發酵產率的方法
技術領域：
本發明涉及一種提高水溶性高聚物發酵產率的方法。屬于工業生物技術領域。
背景技術：
隨著科學技術的不斷發展，微生物發酵產品所涉及的領域越來越廣。在生產微生物 發酵產品的同時，經常遇到的問題之一是當發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，使發酵無法正常進行。如乳酸發酵。在水溶性高聚物 的發酵生產中，伴隨著發酵的進行，水溶性高聚物不斷積累，使得發酵液的粘度加大， 嚴重影響溶氧傳質效果，也使得發酵難以正常進行，產物收率低。為了解決上述問題， 人們著力于研究開發原位產物分離發酵技術---種原位產物分離和發酵有機結合的
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，人們研究開發了許多種原位分離發酵技術，包括溶劑提取發
酵法(根據產物的溶解特性選擇轉移性提取劑)、吸附發酵法(發酵系統包括樹脂吸附 裝置，根據產物特性選擇專一性離子交換樹脂等吸附劑)、電滲析發酵法(發酵系統包 括電滲析裝置，依靠產物在發酵液中所帶電荷性質，使產物從培養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酵耦合,構 建了一種新型原位分離發酵系統，通過活性炭吸附，成功地將發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，實現了維生素B12 (VB12)的高密度發酵； Xavier等對管式超濾膜細胞循環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，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進行連續發酵 生產乳酸的研究。MBR- ED單元操作系統使乳酸濃度達到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，有很高的環保效益。在水溶性高聚物的發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
發明內容
要解決的技術問題
本發明的目的是提供一種提高水溶性高聚物發酵產率的方法。
技術方案
本發明的技術方案是將發酵裝置與超濾裝置相偶聯成為原位分離發酵系統。該原 位分離發酵系統主要包括(1)發酵裝置，(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)發酵液流出管，(9) 菌體回流管，(10)無菌體發酵液流出管，(11)聚合物流出管，(12)無菌體無聚合物 發酵液回流管。
本發明所涉及的原位分離發酵系統運行方式為當發酵進行至1/10-1/5發酵周期時 開始運行原位分離發酵系統，每次運行2-3小時；每次間隔1/10-1/6發酵周期。
該原位分離發酵系統的具體操作運行方式為啟動恒流泵(2)，發酵液進入菌體過 濾裝置(3)(外壓式超濾裝置，根據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)回流至發酵裝置(1)，無菌 體發酵液通過恒流泵(4)進入聚合物過濾裝置(5)(根據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 發酵液通過回流管(12)進入發酵裝置(1);向發酵裝置(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
本發明原位分離發酵法生產水溶性高聚物，在發酵生產水溶性高聚物的同時，實現
產物的原位分離，即邊發酵邊進行聚合物的分離。可以保證發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%。
附圖是微生物發酵生產水溶性高聚物的原位分離發酵系統示意圖
具體實施例方式
以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。 實施例l
采用出芽短梗霉"w^6^mW/wwpw//w/a"， IF06353 )發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培養基進行活 化；進行種子液培養；將種子液以1%-3°/。的接種量接種于10.0L發酵培養基中進行發 酵；所有發酵條件與P-聚蘋果酸的普通發酵條件保持一致，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。發酵 進行96小時后，開始運行原位分離發酵系統，每次運行3小時，運行間隔為20小時， 發酵周期200小時，共計運行四次。發酵結束后，固液分離，進行乙醇沉淀，除去普 魯蘭，精制e-聚蘋果酸。產率與普通發酵相比提高了80%。
采用地衣芽胞桿菌(S"c///^ NK-01)發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培養基進行活化；進 行種子液培養；將種子液以1%-3 e/。的接種量接種于10.0L發酵培養基中進行發酵；所
有發酵條件與Y-聚谷氨酸的普通發酵條件保持一致，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。發酵進行24 小時后，開始運行原位分離發酵系統，每次運行2小時，運行間隔為12小時，發酵周 期96小時，共計運行六次。發酵結束后，固液分離，進行乙醇沉淀，精制Y-聚谷氨 酸。產率與普通發酵相比提高了50%。 實施例3
采用出芽短梗霉"wwo6oyWwwpw//M/am IF06353)發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培養基進行活 化；進行種子液培養；將種子液以1%-3%的接種量接種于10.0L發酵培養基中進行發 酵；所有發酵條件與普魯蘭的普通發酵條件保持一致，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。發酵進行96 小吋后，開始運行原位分離發酵系統，每次運行2小時，運行間隔為24小時，發酵周 期168小時，共計運行兩次。發酵結束后，固液分離，進行乙醇沉淀，精制普魯蘭。 產率與普通發酵相比提高了 30%。
權利要求
1. 一種提高水溶性高聚物發酵產率的方法，其特征在于將發酵裝置與超濾裝置相偶聯成為原位分離發酵系統。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，該原位分離發酵系統主要包括(1)發酵裝置，(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)發酵液流出管，(9)菌體回流管，(10) 無菌體發酵液流出管，(ll)聚合物流出管，(12)無菌體無聚合物發酵液回流管。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，本方法涉及的原位分離發酵系統運行 方式為當發酵進行至1/10-1/5發酵周期時開始運行原位分離發酵系統，每次運 行2-3小時；每次間隔1/10-1/6發酵周期。
4. 根據權利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，該原位分離發酵系統的具體 操作運行方式為啟動恒流泵(2)，發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)回流至發酵裝置(1)，無菌體發酵液通過恒流泵(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 菌體無聚合物發酵液通過回流管(12)進入發酵裝置(1);向發酵裝置(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
本發明公開了一種提高水溶性高聚物發酵產率的方法。涉及將發酵裝置與超濾分離裝置相偶聯，形成原位分離發酵系統。在發酵生產水溶性高聚物的同時，實現原位分離，即邊發酵邊進行聚合物的分離。當發酵進行至1/10-1/5發酵周期時開始運行原位分離發酵系統，每次運行2-3小時，每次間隔1/10-1/6發酵周期。該技術能夠保證發酵液的溶氧傳質值。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 優先權日2009年4月30日
發明者暢 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