專利名稱：一種對(duì)具莢膜細(xì)菌發(fā)酵液過(guò)濾預(yù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物分離技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具莢膜細(xì)菌發(fā)酵液過(guò)濾預(yù)處理的方法。
背景技術(shù)：
克雷伯氏肺炎桿菌是一種具有莢膜的兼性厭氧細(xì)菌，它是一種廣泛研究的生物固氮菌株。近年來(lái)，利用克雷伯氏肺炎桿菌以甘油為底物發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇逐漸成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。1，3-丙二醇(1，3-Propandiol)是生產(chǎn)聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯(PTT)的單體。PTT是一種生物可降解的聚酯材料，應(yīng)用于高級(jí)紡織材料。與聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PDT)相比，1，3-丙二醇的奇數(shù)碳原子數(shù)使PTT具有特殊的性能?，F(xiàn)行的1，3-丙二醇生產(chǎn)方法主要有丙烯醛法和環(huán)氧乙烷法，但這兩種方法存在副反應(yīng)多、反應(yīng)條件苛刻以及環(huán)境污染等問(wèn)題，而且產(chǎn)量較少，極大地制約了1，3-丙二醇的生產(chǎn)和應(yīng)用，利用甘油或葡萄糖發(fā)酵法生產(chǎn)1，3-丙二醇具有條件溫和、生產(chǎn)原料為可再生資源、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，受到越來(lái)越多的重視。
綦文濤、修志龍?jiān)凇爸袊?guó)生物工程雜志，2003，23，64-68”中發(fā)表的“甘油歧化生產(chǎn)1，3-丙二醇過(guò)程的代謝和基因調(diào)控機(jī)理研究進(jìn)展”及張健、趙紅英、劉宏娟等在“現(xiàn)代化工，2002，22，32-35”上發(fā)表的“葡萄糖作為輔助底物發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇的研究”H.Biebl·K.Menzel·A.-P.Zeng·W.-D.Deckwer在“Appl Microbiol Biotechnol(1999)52289-297”中發(fā)表的“Microbialproduction of 1，3-propanediol”表明，利用克雷伯氏肺炎桿菌(Klebsiellapneumoniae)，以甘油原料進(jìn)行發(fā)酵可以生產(chǎn)1，3-丙二醇。發(fā)酵結(jié)束時(shí)發(fā)酵液中的菌體濃度OD一般在4～15之間，要將1，3-丙二醇從發(fā)酵液中提取出來(lái)，首先要進(jìn)行發(fā)酵液中菌體等固體雜質(zhì)與液體的分離。對(duì)于常用的固液分離方法有，絮凝、板框過(guò)濾、膜過(guò)濾等方法?？死撞戏窝讞U菌的菌體細(xì)胞外具有一層莢膜，對(duì)菌體其營(yíng)養(yǎng)和保護(hù)作用。但是莢膜的存在使得發(fā)酵液粘度較大，而且莢膜是附著于菌體表面，使菌體成為一種具有塑性的顆粒。這些特性使得其發(fā)酵液在進(jìn)行固液分離時(shí)很困難。板框過(guò)濾難以進(jìn)行，膜過(guò)濾通量較低，而且殘?jiān)瘦^高。在板框過(guò)濾時(shí)，如果使用的助濾劑顆粒較大，形成比菌體細(xì)胞大的孔洞時(shí)，在過(guò)濾推動(dòng)力的作用下，細(xì)胞外的莢膜發(fā)生形變，而通過(guò)孔洞，使得助濾劑起不到過(guò)濾效果。當(dāng)使用的助濾劑顆粒較小，形成比菌體細(xì)胞小的孔洞時(shí)，菌體被截流，而菌體的莢膜則變形堵塞菌體細(xì)胞間和助濾劑之間形成的空隙，使得發(fā)酵液中的液體也必能通過(guò)，而不能進(jìn)行過(guò)濾操作。同樣的原理，在膜過(guò)濾中由于莢膜的可塑性，使得膜的孔洞很容易被堵塞，同時(shí)莢膜的存在是的發(fā)酵液粘度較大，膜表面的切相流速度較慢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種對(duì)具莢膜細(xì)菌發(fā)酵液過(guò)濾預(yù)處理的方法。使得發(fā)酵液的菌體與液體組分能夠很好的分離。
本發(fā)明利用酸或堿對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行處理，使得菌體表面的莢膜被水解，獲得去除莢膜的菌體發(fā)酵液，減輕菌體顆粒的可塑性，降低發(fā)酵液粘度。從而使得發(fā)酵液可以利用板框過(guò)濾設(shè)備進(jìn)行過(guò)濾，在膜過(guò)濾中可以增大膜通量、降低殘?jiān)实取?br> 利用酸或堿進(jìn)行發(fā)酵液過(guò)濾預(yù)處理的工藝過(guò)程為1)利用酸堿調(diào)節(jié)發(fā)酵液pH，酸處理調(diào)節(jié)pH1～3，堿處理調(diào)節(jié)pH11～14；2)發(fā)酵液升溫到70℃～100℃，保溫0.3～18小時(shí)，使得菌體表面的莢膜被水解，獲得去除莢膜的菌體細(xì)胞，減輕菌體顆粒的可塑性，降低發(fā)酵液粘度。
本發(fā)明所述發(fā)酵液為具莢膜細(xì)菌形成的發(fā)酵液，包括克雷伯氏肺炎桿菌的發(fā)酵液；所述酸為硫酸、鹽酸、硝酸，中的一種或它們的混和物；所述堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀，中的一種或它們的混和物。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于工藝路線簡(jiǎn)單，設(shè)備成本低，發(fā)酵液基本無(wú)損失，處理過(guò)的發(fā)酵液能夠通過(guò)板框過(guò)濾進(jìn)行過(guò)濾，在膜過(guò)濾中改善過(guò)濾效果等特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種具莢膜細(xì)菌發(fā)酵液過(guò)濾取預(yù)處理的方法。其特征在于利用酸或堿對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行處理，使得菌體表面的莢膜被水解，獲得去除莢膜的菌體細(xì)胞，減輕菌體顆粒的可塑性，降低發(fā)酵液粘度，從而使得發(fā)酵液可以利用板框過(guò)濾進(jìn)行過(guò)濾，在膜過(guò)濾中可以增大通量、減少殘?jiān)实取?br> 下面再舉具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明方法予以說(shuō)明。
實(shí)例1(1)發(fā)酵液克雷伯氏肺炎桿菌利用甘油發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇的發(fā)酵液，其組分為1，3-丙二醇57g/L；2，3-丁二醇18g/L；甘油31g/L；乙醇8g/L；乳酸23g/L；醋酸4g/L；琥珀酸6g/L；OD(650nm)13。
(2)發(fā)酵液直接過(guò)濾效果濾紙過(guò)濾，過(guò)濾開(kāi)始后過(guò)濾速度很快降低到接近0，同時(shí)開(kāi)始過(guò)濾得到的濾液并不澄清。
加硅藻土抽濾瓶真空抽濾，現(xiàn)象與濾紙過(guò)濾相似，不能得到澄清的濾液。
板框過(guò)濾，添加不通型號(hào)的助濾劑均沒(méi)有得到澄清的濾液。
管式微濾膜過(guò)濾，100升發(fā)酵液，4平米膜面積管式微濾膜，過(guò)濾初始速度12升/平米.小時(shí)，結(jié)束速度6升/平米.小時(shí)，殘?jiān)?0升。
(3)預(yù)處理?xiàng)l件調(diào)酸用硫酸，調(diào)節(jié)pH1.0保溫，沸水浴0.3小時(shí)(4)預(yù)處理后過(guò)濾效果濾紙過(guò)濾，過(guò)濾速度均勻，得到清液OD(650nm)值0.05。
板框過(guò)濾，添加1％珍珠巖助濾劑，清液OD(650nm)0.3。
管式微濾膜過(guò)濾，過(guò)濾初始速度40升/平米.小時(shí)，結(jié)束速度20升/平米.小時(shí)，殘?jiān)?0升。清液OD(650nm)0.02。
實(shí)例2(1)發(fā)酵液克雷伯氏肺炎桿菌利用甘油發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇的發(fā)酵液，其組分為1，3-丙二醇58g/L；2，3-丁二醇17g/L；甘油23g/L；乙醇7g/L；乳酸24g/L；醋酸4g/L；琥珀酸6g/L；OD(650nm)11。
(2)發(fā)酵液直接過(guò)濾效果濾紙過(guò)濾，不能得到澄清的濾液。
加硅藻土抽濾瓶真空抽濾，不能得到澄清的濾液。
板框過(guò)濾，添加不通型號(hào)的助濾劑均沒(méi)有得到澄清的濾液。
中空纖維式微濾膜過(guò)濾，100升發(fā)酵液，過(guò)濾初始速度2升/平米.小時(shí)，結(jié)束速度1升/平米.小時(shí)，殘?jiān)?0升。
(3)預(yù)處理?xiàng)l件調(diào)酸用鹽酸，調(diào)節(jié)pH3.0保溫，70℃水浴18小時(shí)(4)預(yù)處理后過(guò)濾效果濾紙過(guò)濾，清液OD(650nm)值0.02。
板框過(guò)濾，添加1％硅藻土助濾劑，清液OD(650nm)值0.2。
中空纖維式微濾膜過(guò)濾，100升發(fā)酵液，過(guò)濾初始速度6升/平米.小時(shí)，結(jié)束速度4升/平米.小時(shí)，殘?jiān)?0升，清液OD(650nm)值平均0.04。
實(shí)例3(1)發(fā)酵液克雷伯氏肺炎桿菌利用甘油發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇的發(fā)酵液，其組分為1，3-丙二醇61g/L；2，3-丁二醇19g/L；甘油30g/L；乙醇4g/L；乳酸12g/L；醋酸2g/L；琥珀酸4g/L；OD(650nm)9。
(2)發(fā)酵液直接過(guò)濾效果濾紙過(guò)濾，不能得到澄清的濾液。
加珍珠巖抽濾瓶真空抽濾，不能得到澄清的濾液。
(3)預(yù)處理?xiàng)l件調(diào)堿用氫氧化鈉，調(diào)節(jié)pH13.0保溫，95℃水浴0.5小時(shí)。
(4)預(yù)處理后過(guò)濾效果濾紙過(guò)濾，清液OD(650nm)值0.1。
加珍珠巖抽濾瓶真空抽濾，添加1.5％珍珠巖助濾劑，清液650nmOD值0.2。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)具莢膜細(xì)菌發(fā)酵液過(guò)濾取預(yù)處理的方法，其特征在于a、利用酸或堿調(diào)節(jié)發(fā)酵液pH，酸處理調(diào)節(jié)pH1～3，堿處理調(diào)節(jié)pH11～14；b、將發(fā)酵液升溫升溫到70℃～100℃，保溫0.3～18小時(shí)，進(jìn)行水解。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述發(fā)酵液是具莢膜細(xì)菌培養(yǎng)的發(fā)酵液，包括克雷伯氏肺炎桿菌的發(fā)酵液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述酸為硫酸、鹽酸、硝酸，中的一種或它們的混和物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀，中的一種或它們的混和物。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具莢膜細(xì)菌發(fā)酵液過(guò)濾預(yù)處理的方法，屬于生物分離技術(shù)領(lǐng)域。利用酸或堿對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行處理，使得菌體表面的莢膜被水解，獲得去除莢膜的菌體細(xì)胞，減輕菌體顆粒的可塑性，降低發(fā)酵液粘度。工藝過(guò)程為利用酸或堿調(diào)節(jié)發(fā)酵液pH，酸處理調(diào)節(jié)pH 1～3，堿處理調(diào)節(jié)pH 11～14；將發(fā)酵液升溫升溫到70℃～100℃，保溫0.3～18小時(shí)，進(jìn)行水解。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于工藝路線簡(jiǎn)單，設(shè)備成本低，發(fā)酵液基本無(wú)損失，處理效果好。
文檔編號(hào)C12R1/22GK1873014SQ20061001169
公開(kāi)日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2006年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月14日
發(fā)明者劉德華, 郝健, 韋明泉, 喬建援, 杜風(fēng)光, 喬凱 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 黑龍江辰能生物工程有限公司, 河南天冠企業(yè)集團(tuán)有限公司