专利名称：自乳化油类在发酵过程中的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及自乳化油类在发酵过程中的应用。
在合成复杂的天然物质或其他有机化合物如抗生素时，人们越来越多地采用微生物学的方法。在微生物特别是有细菌或真菌参加时，就涉及到厌氧或需氧条件下的物质转换。就这些方法而论，各专业领域不同，界限也总是模糊不清，使用“生物转化”，“生物转变”或“发酵”。后者在本申请范围内是这些方法的用语，这时的微生物主要是细菌以用于转变或合成化学化合物的。
对于发酵过程的开发和优化来说，尤其是，在其中发生微生物的转变的反应介质具有意义。一般地说，反应介质是一种水性溶液或水分散体，它特别影响到方法的收益和效率。微生物需要碳、氮和某些化合形式的痕量元素如钙、铁、磷或锌作为养料，以便进行新陈代谢，尽量达到所要求的产物。此外，还要经常保持一定的大多是窄范围的温度和pH范围。至于其他详细情节，请参阅W.克鲁格尔(Grueger)/A.克鲁格尔的教科书“生物工艺学-应用微生物学教程”，1984年第2版，R.Oldenbourg出版社出版。尤其是其第5章专门论述了发酵技术的基础，因此这文献也属本申请公开的内容。作为微生物的养料，除能量丰富的糖类及其衍生物外，在许多方法中都添加天然的脂肪和油类，以及这类物质的衍生物，如甘油、甘油酯、脂肪酸或脂肪酯。当然培养基内不宜有任何内含物，它对微生物的新陈代谢有负面影响。
从德国专利DE3 738 812A1中已知，例如一种用微生物制造α-Ω-二羧酸的方法，该方法使用热带假丝酵母(Candida tropicalis)杆菌将十二烷基酸甲酯转化为所要求的二羧酸。转化是在水性介质中，在pH值6.0，温度30℃下产生。除了给微生物供应能量的葡萄糖之外，介质还含有作为乳化剂的乙氧基化的脱水山梨糖醇-单-油酸酯、酵母提取物、玉米浆以及无机的氮源和磷源。然后给介质定量添加十二烷基酸甲酯。文献没有提到乳液的类型、它在发酵物中的生成或在其中向发酵汁定量加入月桂酸甲酯。由欧洲专利EP0 535 939A1中已知，有一种制备Ω-9-多种不饱和脂肪酸的方法，其中在水性培养基中，适宜的微生物在有糖类作为能量供应者和有无机或有机的氮源，以及有脂肪酸甲酯存在下生产所要求的多种不饱和脂肪酸。
而且还有一些方法，其中只利用上述现有技术的脂肪物质作为能量供应者。这是特别具有经济效益的，因为这种脂肪物质通常比糖、淀粉和类似的化合物的价更低廉。帕克(Park)等人(帕克等人，“发酵与生物工程杂志”，第82卷，第2期，第183～186页，1996)曾描述过一种发酵过程以制造太乐菌素(tylosin)，其中是在水性介质中使用弗氏链霉菌株(streptomyces fradiae)的微生物，作为唯一碳源的菜籽油的原始用量约含有60克/升。
此外，在发酵过程中，介质或发酵汁内的含氧量起着决定性的作用。因此，氧在需氧过程中具有基质的作用。对各种方法是否能使富含的氧由气相过渡到含有微生物的液相是关键。一个重要参数表明特异的交换表面，一般来说交换表面是间接地由氧的过渡系数kLa来确定的(请参阅克鲁格尔的文献，第5章，第71页ff)通常通过搅动发酵汁可调节氧的供入至最佳，其中氧或空气和液体混合，使界面产生气体交换。通过强烈的搅动，有明显的机械能量的供入，如帕克等人所实施的，但也能破坏部分培养基，从而使此法的收率减少。此外，坏死的微生物本身也会继续裂解，通过所形成的裂解产物可以寻致培养基的毒化，这就不可能经济生产。从弋玛(Goma)和洛尔斯(Rols)的工作(G.弋玛，J.L.洛尔斯，“生物工艺学”，第13卷，第1期，第7～12页，1991)中得知，在发酵过程使用豆油制造抗生素时可改进氧的过渡系数kLa，在投入相同能量(搅动)的情况下，可提高总过程的收率。
本发明的任务是改进发酵过程，一方面使用廉价的碳源，另一方面要保证给微生物以充分供氧，而不通过搅动以使微生物有高的机械负担。必须寻找一个方法，使发酵过程中的机械能量减少到最低程度，而不致于降低收率，主要是即使减少能量的投入，也能提高收益。
发现使用自乳化油类可解决上述任务。在一个实施方案中，要求在发酵过程中使用选自植物源的乙氧基化的甘油三酯类的化合物。
自乳化的化合物是指是在同水混合时不需添加其他乳化剂就能与水形成稳定的乳液的物质。因此，自乳化油类或直接定量加入，或以水性乳液形式定量加入水性发酵汁内。然后，在发酵汁中，其本身形成水包油乳液。发酵汁含有微生物以及氮源和微量元素，必要时还含有其他助剂，特别是除泡剂。作为氮源可以考虑有，例如胨、酵母提取物或麦芽提取物、玉米浆、尿素或卵磷脂。微量元素可使用无机盐的形式，如硝酸钠或硝酸钾、硝酸铵、硫酸铵、硫酸铁等等。油类的乳化不需投入其他能量，因而不再需要剧烈搅动发酵汁，对微生物的剪切应力也减少，这就提高了收率。对于发酵方法的细节，尤其是加入乳液或该油的速度和量取决于微生物种类和所择发酵方法，并且，专业人员是能够适应具体的实际情况。
适宜的自乳化油类有天然的植物源油，用环氧乙烷以已知的方式进行转化。它主要涉及甘油三酯混合物，其中甘油与长链的脂肪酸有时完全酯化。特别适宜的植物油选自花生油、椰子油、亚麻油、棕榈油、橄榄油、棕榈仁油、蓖麻油、菜籽油、芝麻油、豆油和葵花油。尤其优选的是菜籽油、豆油和葵花油。
花生油(基于脂肪酸)平均含有54(重量)％的油酸，24(重量)％的亚油酸，1(重量)％的亚麻酸，1(重量)％的花生酸，10(重量)％的棕榈酸以及4(重量)％的硬脂酸。熔点为2～3℃。
亚麻油一般含有5(重量)％的棕榈酸，4(重量)％的硬脂酸，22(重量)％的油酸，17(重量)％的亚油酸和52(重量)％的亚麻酸。碘值位于155～205的范围内。皂化值为188～196，熔点大约为-20℃。
椰子油在脂肪酸方面含有约0.2～1(重量)％的己酸，5～8(重量)％的辛酸，6～9(重量)％的癸酸，45～51(重量)％的月桂酸，16～19(重量)％的肉豆蔻酸，9～11(重量)％的棕榈酸，2～3(重量)％的硬脂酸，少于0.5.(重量)％的山萮酸，8～10(重量)％的油酸以及至多1(重量)％的亚油酸。碘值位于7.5～9.5的范围内，皂化值为0.88～0.90。熔点20～23℃。
橄榄油主要含有油酸(请参阅Lebensmittelchem.Gerichtl，chem.，39，112～114，1985)。棕榈油作为脂肪酸成份含有约2(重量)％的肉豆蔻酸，42(重量)％的棕榈酸，5(重量)％的硬脂酸，41(重量)％的油酸，10(重量)％的亚油酸。棕榈仁油就脂肪酸光谱而言通常含有下列成份9(重量)％的己酸/辛酸/癸酸，50(重量)％的月桂酸，15(重量)％的肉豆蔻酸，7(重量)％的棕榈酸，2(重量)％的硬脂酸，15(重量)％的油酸和1(重量)％的亚油酸。
菜籽油作为脂肪酸成份通常含有约48(重量)％的芥酸，15(重量)％的油酸，14(重量)％的亚油酸，8(重量)％的亚麻酸和5(重量)％的二十烯酸，3(重量)％的棕榈酸，2(重量)％的十六烯酸和1(重量)％的二十二烷二烯酸。用新法栽培的菜籽油是富含不饱和成份的。通常脂肪酸组份是芥酸0.5(重量)％，油酸63(重量)％，亚油酸20(重量)％，亚麻酸9(重量)％，二十烯酸1(重量)％，棕榈酸4(重量)％，十六烯酸2(重量)％以及二十二烷二烯酸1(重量)％。
蓖麻油含有80～85(重量)％的蓖麻酸的甘油酯，此外还含有约7(重量)％的油酸的甘油酯，3(重量)％的亚油酸的甘油酯以及约2(重量)％的棕榈酸和硬脂酸的甘油酯。
豆油含有总脂肪酸的55～65(重量)％的多种不饱和酸，特别是亚油酸和亚麻酸。葵花油有类似的情况，基于总脂肪酸，其通常的脂肪酸光谱为约1(重量)％的肉豆蔻酸，3～10(重量)％的棕榈酸，14～65(重量)％的油酸和20～75(重量)％的亚油酸。
有关上述甘油三酯中脂肪酸成份的所有数据都是已知的，它依赖于原料的质量，因此在数字上是可能有些偏差的。
在加压下，必需时在有酸性或碱性催化剂存在下，将油类用环氧乙烷进行烷氧基化，其中，这种乙氧基化物优选的是，每摩尔甘油三酯含有1～10，优选1～5，尤其是1～3摩尔的环氧乙烷。特别优先的是基于豆油、葵花油和/或油菜籽油的乙氧基化物。而最可取的则是菜籽油每摩尔甘油三酯用3和/或5摩尔的环氧乙烷，而豆油则用2摩尔环氧乙烷进行乙氧基化。在这种情况下，所用油类可以任意相混的或单纯的形式。它们既可以直接使用，也可以通过水性乳液的形式使用。在后一情况下，乳液含有99～1(重量)％的水，以及1～99(重量)％的自乳化油类。优先使用的乳液含有90～99(重量)％的自乳化油类以及1～10(重量)％的水。如不是优先，则除了油类外还有可能同时使用其他助剂，如除泡剂或乳化剂。但以本技术的意义，专业人员在发酵过程中应尽量少用添加剂。
自乳化油类可在各种发酵过程中使用。此外，它们还可用于专业人员所熟悉的一切方法布置中，例如分批发酵法或分批加料发酵法以及连续发酵法。凡专业人员已知的发酵系统都可使用。至于详情细节，请参阅克鲁格尔的著作，第50～70页。微乳液的应用也不是仅限于某些微生物，专业人员通过发酵所知道的化合物，都可使用乳液进行制造或转化。除了以合成抗生素为主而采用经典的发酵方法以外(请参阅克鲁格尔的著作，第197～242页)，上述乳液还适用于微生物的转化(“生物转换”)如甾族化合物和甾醇的转换，抗生素和杀虫剂的转化或者维生素的制造(请参阅克鲁格尔的著作，第254～273页)。而优选是用于发酵过程以制造抗生素，如头孢菌素、太乐菌素或红霉素。
按照本发明，应用乙氧基化的甘油三酯说明，它对制造青霉素G和头孢菌素是有利的。和采用非乙氧基化的豆油(有时占1[重量]％)相比，应用乙氧基化的甘油三酯可以改进发酵汁的乳化并提高氧的传递。因此，降低发酵物中的搅动速度，因而不会使收率遭受损失。
权利要求
1.自乳化油类的应用，其中发酵过程中的油类选自植物源的乙氧基化甘油三酯类。
2.根据权利要求1的应用，其特征在于，所用植物源的甘油三酯是按每摩尔甘油三酯用1～10，优先的是1～5，特别是1～3摩尔的环氧乙烷进行转换。
3.根据权利要求1或2的应用，其特征在于，自乳化油类选自乙氧基化的菜籽油、豆油和/或葵花油。
4.根据权利要求1或2的应用，其特征在于，所用油类是以水性乳液的形式使用。
5.根据权利要求3的应用，其特征在于，所用的这种乳液就乳液而言，含有99～1(重量)％的水和1～99(重量)％的自乳化油类。
全文摘要
本发明涉及自乳化油类在发酵过程中的应用,这些油类是选自植物源的乙氧基化的甘油三酯类。
文档编号C12N1/00GK1351651SQ00808010
公开日2002年5月29日 申请日期2000年5月16日 优先权日1999年5月25日
发明者让－皮埃尔·莫利托, 克里斯琴·德豪特, 贝努特·阿布里巴特, 马赛厄斯·韦格纳, 本特·罗格 申请人:考格尼斯德国有限责任公司