专利名称：一种从威兰胶发酵液中高效分离提取威兰胶的方法
技术领域：
本发明利用产碱杆菌(Alcaligenes Sp.)ATCC31555为发酵菌株获得威兰胶发酵 液，通过改变提取液的pH、盐离子浓度及醇添加量，获得工业级的威兰胶，是一种从发酵液 中高效分离提取威兰胶的方法，属于生物工程技术领域。
背景技术：
自20世纪60年代起，黄原胶第一次实现商业化，微生物多糖逐渐引起了科学界和 工业界的浓厚兴趣，获得了快速发展，各种新型的微生物多糖被开发利用。威兰胶是由微生 物利用碳水化合物合成的杂多糖，是一种高分子聚合物，其单体由葡萄糖、葡萄糖醛酸、甘 露糖和鼠李糖组成，支链为鼠李糖或甘露糖。威兰胶具有许多优良而独特的理化性能，可作 为增稠剂、悬浮剂、稳定剂等，广泛应用于建筑、石油开采等行业。美国的CP. Kelco公司于 20世纪80年代实现了威兰胶的工业化生产，目前主要用于混凝土添加剂或石油三次开采。 日本也在制备自密实混凝土和自流平混凝土中使用了威兰胶，并于1994年批准威兰胶用 于食品添加剂。国内主要研究了威兰胶的流变学特性、菌种选育以及发酵优化，对威兰胶生 产过程中的提取工艺研究甚少。威兰胶发酵液中除含威兰胶外，还含有菌丝体、残留的培养基成分及其他代谢副 产物，这些杂质会影响威兰胶产品的质量。不同的提取分离方法决定了威兰胶的性能、质量 和用途。威兰胶的分离提取工艺包括发酵液的预处理、分离纯化、脱水干燥和粉碎等过程。 在实际生产中，这些过程并没有严格的区分，而是融合在一起的。CN100529055C公开了一种产碱杆菌及其在制备威兰胶中的应用，其中提取威兰胶 采用的是粗滤、超滤-醇析法，通过粗滤去除菌体，超滤浓缩，添加醇溶剂沉淀并分离获得 威兰胶。此外未见其他关于威兰胶提取工艺的相关报道。目前，微生物多糖的提取工艺主要有醇沉析法，盐_醇沉析法，超滤_醇沉析法，但 直接醇沉析法的醇消耗大，成本高，能耗大；超滤_醇析法对生产设备要求高，膜组件损耗 成本大。本发明的目的是提供一种操作简单，高效，低能耗的威兰胶分离提取方法，通过改 变发酵液的PH和盐离子浓度等条件减少提取过程中的醇溶剂用量，并保持威兰胶的良好 性能，同时降低生产成本，是一种经济效益优良的威兰胶分离提取方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效分离提取威兰胶的方法。本发明的进一步的目的在于提供一种保持高性能的威兰胶提取方法，该方法操作 简单，节能降耗，可用于大规模生产过程。本发明目的可以通过以下技术方案来达到本发明禾U用产碱杆菌(Alcaligenes sp. )ATCC31555，该菌株已在CompetitiveAdsorption Between an AMPSVR-Based Fluid Loss Polymer and Welan GumBiopolymer in Oil Well Cement, Journal ofAppIiedPolymer Science, Vol. 116,2913-2919 (2010) VC 2010ffiley Periodicals, Inc.公开，以其为发酵菌株获得威兰胶发 酵液，通过改变提取液的PH、盐离子浓度及醇添加量，获得工业级的威兰胶。一种从威兰胶发酵液中高效分离提取威兰胶的方法，工艺过程为(1)威兰胶发酵液制备将产碱杆菌(Alcaligenes sp.)ATCC 31555种子液以体积比6%接种量转接至发 酵培养基，在30°C、200r/min下发酵72h得到黄色粘稠状的发酵液；所用的发酵培养基组成为蔗糖40g/L，豆粕5g/L，KH2PO4O. 6g/L，MgSO4 · 7H20 0. 2g/ L，FeCl2O. lg/L，用自来水定容，pH 7· 0 7· 2 ；(2)将发酵液加热杀灭发酵液中的微生物，温度为80 100°C，时间为10 45分 钟；并用冷却水冷却至室温；(3)用一定浓度的酸液将威兰胶发酵液的pH调至1. 0 5. 0，所用的酸液为1 4mol/L的盐酸、乙酸、磷酸或其组合；和/或添加一定量的盐离子溶液；添加的盐选用氯化钠、氯化钾、氯化氨、氯化镁、 氯化钙、氯化铝或其组合，添加盐的量使威兰胶发酵液中阳离子浓度达到0. 01 0. 5mol/ L ；(4)添加一定量的醇溶剂，使添加后的混合液的醇质量浓度达到30% 80%，并 充分搅拌均勻；所用的醇溶剂选自乙醇、异丙醇、甲醇或其组合；(5)固液分离，去除上清液，得到固形物；固液分离过程中分离的方法采用沉降分 离、离心分离、过滤分离及其组合；(6)添加得到的固形物体积0. 2 1. 0倍的醇溶剂，调节溶液pH至中性，压滤或压 榨脱水；或者对步骤(5)得到的固形物直接进行压滤或压榨脱水；(7)干燥并粉碎，干燥温度为80°C以下，干燥方法为常压干燥、真空干燥或冷冻真 空干燥，干燥至产品含水量< 15%，即得威兰胶成品。步骤(3)所述的添加的盐离子溶液，添加的盐离子为CaCl2，采用添加2. 5mol/L的 CaC12溶液使发酵液最终的阳离子浓度为0. lmol/L。本发明的有益效果1、本发明提供了一种操作方便简单，易规模化扩大生产的威兰胶提取工艺；2、这种提取工艺比直接醇沉析法的醇消耗显著降低；3、这种提取工艺得到的湿威兰胶沉淀的含水量明显低于直接醇沉析法获得的威 兰胶沉淀，后续的醇回收和干燥所需的能耗明显减少；4、和膜_醇沉析法相比，这种提取工艺对设备的要求低，且设备维护费用小。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明的具体实施方式
作进一步的说明，但对本发明的权利要 求没有限制。发酵培养基组成蔗糖40g/L,豆粕 5g/L，KH2PO4O. 6g/L，MgSO4 · 7Η200· 2g/L， FeCl2O. lg/L,pH 7. 0 7. 2，发酵条件为将产碱杆菌种子液以6% (ν/ν)接种量转接至发 酵培养基，在30°C，500r/min下发酵72h得到威兰胶发酵液。得到的威兰胶发酵液用酒精 沉淀、干燥后测定发酵液中威兰胶粗品含量为10 20g/L。
实施例11、将500kg的威兰胶发酵液加热至85 °C，维持40分钟，再用冷却水冷却至室温，以 备下一步操作使用；2、用lmol/L的盐酸溶液将威兰胶发酵液的pH调至3. 0 ；3、添加95%的工业乙醇溶剂，使混合液的醇浓度达到75% (w/w)，并充分搅拌均 勻；4、使用三足式离心机在4500g离心力下离心10分钟实现固液分离，收集固形物，
得威兰胶粗品；5、将所得固形物用0.5倍固形物体积量的95%的工业乙醇溶解，调节溶液pH至中 性，压滤脱水；6、在55°C条件下常压干燥至产品含水率小于13%，最后粉碎得到威兰胶产品。实施例21、将200kg的威兰胶发酵液加热至100°C，维持15分钟，再用冷却水冷却至室温， 以备下一步操作使用；2、用2. 5mol/L的氯化镁溶液将威兰胶发酵液中阳离子的电荷浓度调节至 0.05mol/L ；3、添加异丙醇使混合液的醇浓度达到42% (w/w)，并充分搅拌均勻；4、使用三足式离心机在4500g离心力下离心5分钟实现固液分离，收集固形物，得 威兰胶粗品；5、将所得固形物用0.2倍固形物体积的异丙醇溶解，调节溶液pH至中性，抽滤再 压榨脱水；6、在50°C条件下常压干燥至产品含水率小于14%，最后粉碎得到威兰胶产品。实施例31、将300kg的威兰胶发酵液加热至90°C，维持25分钟，再用冷却水冷却至室温，以 备下一步操作使用；2、用5mol/L的氯化钠溶液将威兰胶发酵液中阳离子的电荷浓度调节至0. 15mol/ L；3、添加甲醇，使混合液的醇浓度达到75% (w/w)，并充分搅拌均勻；4、使用三足式离心机在SOOOg离心力下离心10分钟实现固液分离，收集固形物，
得威兰胶粗品；5、添加1. 0倍固形物体积的甲醇，调节溶液pH至中性，压滤脱水；6、在70°C条件下常压干燥至干燥失重小于15%，最后粉碎得到威兰胶产品。实施例41、将250kg的威兰胶发酵液加热至90°C，维持30分钟，再用冷却水冷却至室温，以 备下一步操作使用；2、用3mol/L的磷酸溶液将威兰胶发酵液的pH调至3. 0，再用2. 5mol/L的氯化钙 溶液将威兰胶发酵液中阳离子的电荷浓度调节至0. 05mol/L ；3、添加95%的工业乙醇溶剂，使混合液的醇浓度达到65% (w/w)，并充分搅拌均 勻；
4、静置沉降2h，然后压滤，收集固形物，得威兰胶粗品；5、将所得固形物用0. 8倍固形物体积的95%的工业乙醇溶解，调节溶液pH至中 性，抽滤再压榨脱水；6、在60°C条件下常压干燥至产品含水率小于13%，最后粉碎得到威兰胶产品。实施例51、将500kg的威兰胶发酵液加热至90°C，维持40分钟，再用冷却水冷却至室温，以 备下一步操作使用；2、用4mol/L的乙酸溶液将威兰胶发酵液的pH调至2. 0，再用2. 5mol/L的氯化镁 溶液将威兰胶发酵液中阳离子的电荷浓度调节至0. 2mol/L ；3、添加95%的工业乙醇溶剂，使混合液的醇浓度达到58% (w/w)，并充分搅拌均 勻；4、抽真空过滤收集固形物，压榨得威兰胶粗品；5、将所得固形物用0. 6倍固形物体积的95%的工业乙醇溶解，调节溶液pH至中 性，压滤脱水；6、在60°C条件下常压干燥至产品含水率小于12%，最后粉碎得到威兰胶产品。
权利要求
一种从威兰胶发酵液中高效分离提取威兰胶的方法，其特征在于工艺过程为(1)威兰胶发酵液制备将产碱杆菌(Alcaligenes sp.)ATCC 31555种子液以体积比6％接种量转接至发酵培养基，在30℃、200r/min下发酵72h得到黄色粘稠状的发酵液；所用的发酵培养基组成为蔗糖40g/L，豆粕5g/L，KH2PO40.6g/L，MgSO4·7H2O 0.2g/L，FeCl20.1g/L，用自来水定容，pH 7.0～7.2；(2)将发酵液加热杀灭发酵液中的微生物，温度为80～100℃，时间为10～45分钟；并用冷却水冷却至室温；(3)用一定浓度的酸液将威兰胶发酵液的pH调至1.0～5.0，所用的酸液为1～4mol/L的盐酸、乙酸、磷酸或其组合；和/或添加一定量的盐离子溶液；添加的盐选用氯化钠、氯化钾、氯化氨、氯化镁、氯化钙、氯化铝或其组合，添加盐的量使威兰胶发酵液中阳离子浓度达到0.01～0.5mol/L；(4)添加一定量的醇溶剂，使添加后的混合液的醇质量浓度达到30％～80％，并充分搅拌均匀；所用的醇溶剂选自乙醇、异丙醇、甲醇或其组合；(5)固液分离，去除上清液，得到固形物；固液分离过程中分离的方法采用沉降分离、离心分离、过滤分离及其组合；(6)添加得到的固形物体积0.2～1.0倍的醇溶剂，调节溶液pH至中性，压滤或压榨脱水；或者对步骤(5)得到的固形物直接进行压滤或压榨脱水；(7)干燥并粉碎，干燥温度为80℃以下，干燥方法为常压干燥、真空干燥或冷冻真空干燥，干燥至产品含水量＜15％，即得威兰胶成品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)所述的添加的盐离子溶液，添加的 盐离子为CaCl2，采用添加2. 5mol/L的CaCl2溶液使发酵液最终的阳离子浓度为0. lmol/L。
全文摘要
一种从威兰胶发酵液中高效分离提取威兰胶的方法，属于生物工程技术领域。本发明公开了一种在保持威兰胶优良流变学性能的前提下，利用乙醇高效分离提取威兰胶的工艺。本发明包括经微生物好氧发酵得到威兰胶发酵液，将发酵液加热灭菌、醇溶剂沉析、固液分离、再次脱水浓缩和脱盐工艺获得威兰胶成品。使用本方法的沉析再浓缩工艺除去发酵液中大部分的色素、残糖以及盐离子后，改善威兰胶产品的色泽和性能，采用盐醇沉析和酸醇沉析工艺可显著降低提取过程的醇耗量，大幅度节省醇回收过程的能量消耗；本发明可用基本的微生物多糖提取工艺和生产设备，能耗和醇耗降低，污染少，可获得工业级的威兰胶。
文档编号C12P19/04GK101942491SQ20101025339
公开日2011年1月12日 申请日期2010年8月10日 优先权日2010年8月10日
发明者吴剑荣, 王栋, 蒋芸, 詹晓北, 郑志永 申请人:江南大学