专利名称：一种提高水溶性高聚物发酵产率的方法
技术领域：
本发明涉及一种提高水溶性高聚物发酵产率的方法。属于工业生物技术领域。
背景技术：
随着科学技术的不断发展，微生物发酵产品所涉及的领域越来越广。在生产微生物 发酵产品的同时，经常遇到的问题之一是当发酵产物积累达到一定浓度时，产物抑制微 生物本身的生长、繁殖或代谢，使发酵无法正常进行。如乳酸发酵。在水溶性高聚物 的发酵生产中，伴随着发酵的进行，水溶性高聚物不断积累，使得发酵液的粘度加大， 严重影响溶氧传质效果，也使得发酵难以正常进行，产物收率低。为了解决上述问题， 人们着力于研究开发原位产物分离发酵技术---种原位产物分离和发酵有机结合的
综合技术。原位产物分离(/ww'加product removal, ISPR)是指将生产细胞的代谢产物
快速移走的方法。近来，人们研究开发了许多种原位分离发酵技术，包括溶剂提取发
酵法(根据产物的溶解特性选择转移性提取剂)、吸附发酵法(发酵系统包括树脂吸附 装置，根据产物特性选择专一性离子交换树脂等吸附剂)、电渗析发酵法(发酵系统包 括电渗析装置，依靠产物在发酵液中所带电荷性质，使产物从培养液向浓縮液贮存罐移
动)。如天津科技大学的李涛等将无机陶瓷膜分离技术与谢氏丙酸杆菌发酵耦合,构 建了一种新型原位分离发酵系统，通过活性炭吸附，成功地将发酵体系中的丙酸分离出
去,有效解除了丙酸对菌体生长的抑制作用，实现了维生素B12 (VB12)的高密度发酵； Xavier等对管式超滤膜细胞循环生物反应器影响乳酸生产进行了研究，取得了理想的实 验结果，可以得到不含细胞的澄清发酵液，具有较高的乳酸产率和产品浓度；Danner 等设计了超滤膜生物反应器(MBR) —单极电渗析箱(ED)，构成MBR- ED单元操作系 统，对从堆肥中筛选出来能利用己糖和戊糖的嗜热脂肪芽袍杆菌BS 119进行连续发酵 生产乳酸的研究。MBR- ED单元操作系统使乳酸浓度达到115g/L，在运行1052h后， 对其测定，没有测出有微生物污染，而且还能降低能耗，降低高生物耗氧量(BOD)废水 的排放，有很高的环保效益。在水溶性高聚物的发酵生产中浙江大学徐志南研究组釆用旋转纤维床固定化细胞技术，有效提高了聚谷氨酸的产率
发明内容
要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种提高水溶性高聚物发酵产率的方法。
技术方案
本发明的技术方案是将发酵装置与超滤装置相偶联成为原位分离发酵系统。该原 位分离发酵系统主要包括(1)发酵装置，(2)恒流泵，(3)菌体过滤装置，(4)恒流
泵，(5)聚合物过滤装置，(6)聚合物储料桶，(7)补液桶，(8)发酵液流出管，(9) 菌体回流管，(10)无菌体发酵液流出管，(11)聚合物流出管，(12)无菌体无聚合物 发酵液回流管。
本发明所涉及的原位分离发酵系统运行方式为当发酵进行至1/10-1/5发酵周期时 开始运行原位分离发酵系统，每次运行2-3小时；每次间隔1/10-1/6发酵周期。
该原位分离发酵系统的具体操作运行方式为启动恒流泵(2)，发酵液进入菌体过 滤装置(3)(外压式超滤装置，根据微生物大小选择适宜的中空纤维过滤膜孔径，如
细菌选择0.2w)，实施第一次超滤，菌体通过回流管(9)回流至发酵装置(1)，无菌 体发酵液通过恒流泵(4)进入聚合物过滤装置(5)(根据聚合物分子量的大小选择适 宜孔径的过滤器)，聚合物通过流出管(11)进入聚合物储料桶(6)，无菌体无聚合物 发酵液通过回流管(12)进入发酵装置(1);向发酵装置(1)补入补液桶(7)中的无 菌水，控制补入量等于聚合物储料桶(6)中的液体量。
有益效果
本发明原位分离发酵法生产水溶性高聚物，在发酵生产水溶性高聚物的同时，实现
产物的原位分离，即边发酵边进行聚合物的分离。可以保证发酵液的溶氧传质效果。 在同等投料量的情况下，采用此技术与普通发酵生产的产率相比，可提高水溶性高聚物
的产率30% - 80%。
附图是微生物发酵生产水溶性高聚物的原位分离发酵系统示意图
具体实施例方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 实施例l
采用出芽短梗霉"w^6^mW/wwpw//w/a"， IF06353 )发酵法制备水溶性高聚物-——p-聚苹果酸[Poly (卩-malicacid)，卩-PMA]。
具体操作将爿wm 6必Www pw//w/a"， IF06353冻干菌种采用PSA培养基进行活 化；进行种子液培养；将种子液以1%-3°/。的接种量接种于10.0L发酵培养基中进行发 酵；所有发酵条件与P-聚苹果酸的普通发酵条件保持一致，如温度、转速、通气量 等。菌体滤器选择孔径为0.2u的滤膜，高聚物滤器选择分子量截留值为15,000。发酵 进行96小时后，开始运行原位分离发酵系统，每次运行3小时，运行间隔为20小时， 发酵周期200小时，共计运行四次。发酵结束后，固液分离，进行乙醇沉淀，除去普 鲁兰，精制e-聚苹果酸。产率与普通发酵相比提高了80%。
采用地衣芽胞杆菌(S"c///^ NK-01)发酵法制备水溶性高聚物-----y -
聚谷氨酸[Poly ( Y-gulutamic acid), Y-PGA]。
具体操作将Sa"7/ws //c/zem/om^ NK-01冻干菌种采用LB培养基进行活化；进 行种子液培养；将种子液以1%-3 e/。的接种量接种于10.0L发酵培养基中进行发酵；所
有发酵条件与Y-聚谷氨酸的普通发酵条件保持一致，如温度、转速、通气量等。菌
体滤器选择孔径为0.2u的滤膜，聚合物滤器选择分子量截留值50,000。发酵进行24 小时后，开始运行原位分离发酵系统，每次运行2小时，运行间隔为12小时，发酵周 期96小时，共计运行六次。发酵结束后，固液分离，进行乙醇沉淀，精制Y-聚谷氨 酸。产率与普通发酵相比提高了50%。 实施例3
采用出芽短梗霉"wwo6oyWwwpw//M/am IF06353)发酵法制备水溶性高聚物-—— 普鲁兰(pullulan)。
具体操作将^weokwWt/w pw〃w/a"， IF06353冻干菌种采用PSA培养基进行活 化；进行种子液培养；将种子液以1%-3%的接种量接种于10.0L发酵培养基中进行发 酵；所有发酵条件与普鲁兰的普通发酵条件保持一致，如温度、转速、通气量等。菌体滤器选择孔径为0.2n的滤膜，聚合物滤器选择分子量截留值20,000。发酵进行96 小吋后，开始运行原位分离发酵系统，每次运行2小时，运行间隔为24小时，发酵周 期168小时，共计运行两次。发酵结束后，固液分离，进行乙醇沉淀，精制普鲁兰。 产率与普通发酵相比提高了 30%。
权利要求
1. 一种提高水溶性高聚物发酵产率的方法，其特征在于将发酵装置与超滤装置相偶联成为原位分离发酵系统。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该原位分离发酵系统主要包括(1)发酵装置，(2)恒流泵，(3)菌体过滤装置，(4)恒流泵，(5)聚合物过滤装置， (6)聚合物储料桶，(7)补液桶，(8)发酵液流出管，(9)菌体回流管，(10) 无菌体发酵液流出管，(ll)聚合物流出管，(12)无菌体无聚合物发酵液回流管。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，本方法涉及的原位分离发酵系统运行 方式为当发酵进行至1/10-1/5发酵周期时开始运行原位分离发酵系统，每次运 行2-3小时；每次间隔1/10-1/6发酵周期。
4. 根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，该原位分离发酵系统的具体 操作运行方式为启动恒流泵(2)，发酵液进入菌体过滤装置(3)，实施第一次 超滤，菌体通过回流管(9)回流至发酵装置(1)，无菌体发酵液通过恒流泵(4) 进入聚合物过滤装置(5)，聚合物通过流出管(11)进入聚合物储料桶(6)，无 菌体无聚合物发酵液通过回流管(12)进入发酵装置(1);向发酵装置(1)补 入补液桶(7)中的无菌水，控制补入量等于聚合物储料桶(6)中的液体量。
全文摘要
本发明公开了一种提高水溶性高聚物发酵产率的方法。涉及将发酵装置与超滤分离装置相偶联，形成原位分离发酵系统。在发酵生产水溶性高聚物的同时，实现原位分离，即边发酵边进行聚合物的分离。当发酵进行至1/10-1/5发酵周期时开始运行原位分离发酵系统，每次运行2-3小时，每次间隔1/10-1/6发酵周期。该技术能够保证发酵液的溶氧传质值。在同等投料量的情况下，采用此法与普通发酵生产的水溶性高聚物相比，产率可提高30％-80％。
文档编号C12P13/00GK101544949SQ20091006871
公开日2009年9月30日 申请日期2009年4月30日 优先权日2009年4月30日
发明者畅 刘, 欣 周, 孙秀梅, 宋存江, 王淑佳, 王淑芳, 亮 程, 丹 胡, 鑫 边 申请人:南开大学