一种用于生物发酵的液态烷烃的预处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物化工领域，具体涉及一种用于生物发酵的液态烷烃的预处理方 法。
【背景技术】
[0002] 烷烃，即饱和烃（Saturated group)是只有碳碳单键和碳氢键的链烃，是最简单的 一类有机化合物。烷烃性质相对稳定，不易发生反应，在工业上一般直接作为燃料使用。液 态烷烃指含有5?16个碳原子的烷烃，在室温条件下通常呈现液态。随着生物技术的发展， 液态烷烃作为碳源被广泛应用于发酵领域，如以十二碳正构烷烃生产十二碳二元酸的发酵 工艺。
[0003] 在发酵生产过程中，培养基成分需要经过灭菌操作，从而保证发酵体系的菌种单 一、稳定。液态烷烃通常作为碳源及发酵底物使用，相对用量较大，通常采用批次补加的形 式加入发酵体系中，因此液态烷烃的灭菌一般需要进行批量灭菌。例如在长链二元酸生产 中，专门准备了液态烷烃储罐，将整个发酵周期所需要的烷烃预先存储，并进行灭菌处理。
[0004] 液态烷烃由于是非极性的，纯品液态烷烃不易染菌，但是由于液态烷烃通常会夹 带大量水分，因此成为杂菌滋生的隐患。目前对液态烷烃的灭菌方案都是针对这部分夹带 水设计的。液态烷烃的灭菌主要采用蒸汽加热的方式将温度升至121°c，并恒温保压30分 钟。在灭菌操作中，通常采用夹套加热的方式进行升温操作，但是夹套升温速度较慢，因此 一般会在升温过程中，以通蒸汽的方式进行升温加热。这样的操作会在灭菌的前中期形成 较大的蒸发量，从而在蒸汽中夹带大量的烷烃，统计表明这种烷烃损失约占烷烃使用量的 10%?20%。同时，底部通蒸汽的方式使蒸汽与烷烃直接接触，因此会形成大量的冷凝水参 杂在烷烃中，形成乳化层，为杂菌的侵入提供了水环境，提高了染菌风险。现有条件下，无论 对这种灭菌方式进行怎样的优化，都会造成烷烃损失以及形成水相乳化层，从而对发酵造 成一定影响。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的不足，本发明提供一种用于生物发酵的液态烷烃的预处理方法。 该方法通过添加改性粘土，对夹带水进行处理，降低了液态烷烃染菌的可能，从而省略了液 态烷烃的实消操作，利于大规模生产应用。
[0006] 本发明的用于生物发酵的液态烷烃的预处理方法，包括如下内容： (1)将用于生物发酵的液态烷烃进行微波处理，剥离烷烃中的结合水，静置分层，上层 为烷烃相，下层为水相； (2 )将有机改性粘土与纯烷烃的混合物直接通入到水相中，进行微波或超声混合，静置 分层，上层为烷烃相，下层为未被吸附的水相，吸水后的有机改性粘土吸附于两相界面，得 到预处理的液态烷烃。
[0007] 本发明方法中，用于生物发酵的液态烷烃的含水量为1%?5% (体积)。
[0008] 本发明方法中，所述的有机改性粘土为有机改性的高岭石、伊利石、蒙脱石或海泡 石等粘土，其中有机改性粘土为100?300目。
[0009] 本发明方法中，所述的有机改性粘土的制备过程为：将有机改性剂进行酸溶，加入 预处理的粘土，充分混合，收集固相，洗涤，烘干备用；所述的酸溶采用的是中强性无机酸， 优选盐酸或磷酸，浓度为1?10 mol/L ;粘土与表面活性剂酸溶液的添加比例为1:1? 1:10 (g :mL);混合时间为15?20小时，用水洗涤中性，烘干条件为：70?90°C烘干15? 25小时。
[0010] 其中，所述的有机改性剂为季铵盐类、卵磷脂类、氨基酸类、甜菜碱类等离子表面 活性剂，其中优选具有10?16个碳原子的烷基表面活性剂，如十二烷基二甲基苄基氯化 铵、十二烷基二甲基烯丙基氯化铵、十四烷基二甲基甜菜碱、十六烷基二甲基烯丙基氯化 铵、十五烷基三甲基铵、溴化十六烷基三甲胺、氯化十六烷基吡啶等。
[0011] 所述的粘土的预处理过程如下：经磁选机除去磁性杂质，然后在Iio?300°c进行 烘焙10?30小时。
[0012] 本发明方法中，有机改性粘土与液态烷烃中水的质量比为1:10?1:100。
[0013] 本发明方法中，有机改性粘土与纯烷烃的混合质量比为1:1?1:10。
[0014] 本发明方法中，所述的有机改性粘土可以通过烘焙的方式循环利用，具体烘焙条 件为：110?300°C烘焙10?30小时。
[0015] 本发明方法中，步骤（1)所述的微波处理条件为：微波频率300?3000MHz，微波功 率为50?200W/L (体积为液态烷烃总体积)，时间为3?10分钟。
[0016] 本发明方法中，步骤（2 )所述的微波混合条件为：微波频率300?3000MHz，微波功 率为10?100W/L，时间为10?20分钟；超声混合条件为：超声波频率为25?40kHz，超声 功率密度为10?100W/L (体积为液态烷烃总体积)，时间为10?30分钟。
[0017] 与现有技术相比，本发明一种用于生物发酵的液态烷烃的预处理方法通过物理吸 附的方式对液态烷烃结合水进行处理，从而省略了传统工艺中烷烃蒸汽加热灭菌的工艺， 从而解决了烷烃损失及染菌风险高的两大技术难题，具有如下优点： (1) 液态烷烃为非极性，纯品不容易出现染菌情况，但是实际的液态烷烃中经常会夹带 一定的水分，从而为细菌滋生带来了 一定的可能性，因此所有的烷烃灭菌方案不是针对液 态烷烃，而是针对这部分夹带水。本发明方法引入了烷烃结合水剥离及结合水吸附两种技 术手段，对液态烷烃体系中的自由水进行处理，削弱了杂菌滋生的可能； (2) 粘土矿物本身呈负电性、具有离子交换吸附能力，从而能够对菌体细胞具有吸附絮 凝作用，同时经有机改性的粘土，通过优化粘土颗粒的目数，从而使改性粘土分散在烷烃一 水的界面，在形成抑菌屏障，隔离水中的菌体进入到烷烃中。
[0018] (3)通过微波的方式能够对烷烃结合水进行高效剥离，微波处理后，有利于烷经一 水乳化层的形成，在添加有机改性粘土后使用微波处理，一方面有利于改性粘土在乳化层 中的分散，另一方面能够提高对杂菌的吸附效率。；同时粘土微环境呈碱性，吸附其上的杂 菌细胞处于受抑制状态，结合微波对细胞杀伤作用，能够起到很好的抑菌效果。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合实施例对本发明方法的具体过程及效果进行说明，但不局限于以下实施 例。
[0020] 本实施例以十二碳烷烃发酵生产十二碳二元酸实验为例，对本发明方法及效果进 行说明。选用热带假丝酵母（Candida tropicalis)突变株PF-UV-56作为发酵菌株，该突 变株保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC NO. 0356。 采用卡尔费休水分测量仪对烷烃体系中的含水量进行测量，从而确定灭菌各参数控制。
[0021] 实施例1 (1)选择高岭石矿石，经粉碎、研磨至200目；将高岭石粉通过磁选机进行磁性金属脱 除处理；将脱磁处理后的高岭石粉末于150°C进行烘焙10小时。
[0022] (2)取40g十二烷基二甲基苄基氯化铵加入400mL3mol/L盐酸中，配制十二烷基二 甲基苄基氯化铵盐酸溶液，加入200g高岭石，充分浸泡、混匀后，静置15小时，取固相，用清 水冲洗至pH为中性，于80°C干燥20h，得到有机改性高岭石。
[0023] (3)对十二碳正构烷烃10L，含水量2% (V:V)进行微波破乳，微波频率2450MHz，微 波功率为500W，处理3分钟。<