專利名稱：一種從威蘭膠發(fā)酵液中高效分離提取威蘭膠的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明利用產(chǎn)堿桿菌(Alcaligenes Sp.)ATCC31555為發(fā)酵菌株獲得威蘭膠發(fā)酵 液，通過改變提取液的pH、鹽離子濃度及醇添加量，獲得工業(yè)級的威蘭膠，是一種從發(fā)酵液 中高效分離提取威蘭膠的方法，屬于生物工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自20世紀60年代起，黃原膠第一次實現(xiàn)商業(yè)化，微生物多糖逐漸引起了科學(xué)界和 工業(yè)界的濃厚興趣，獲得了快速發(fā)展，各種新型的微生物多糖被開發(fā)利用。威蘭膠是由微生 物利用碳水化合物合成的雜多糖，是一種高分子聚合物，其單體由葡萄糖、葡萄糖醛酸、甘 露糖和鼠李糖組成，支鏈為鼠李糖或甘露糖。威蘭膠具有許多優(yōu)良而獨特的理化性能，可作 為增稠劑、懸浮劑、穩(wěn)定劑等，廣泛應(yīng)用于建筑、石油開采等行業(yè)。美國的CP. Kelco公司于 20世紀80年代實現(xiàn)了威蘭膠的工業(yè)化生產(chǎn)，目前主要用于混凝土添加劑或石油三次開采。 日本也在制備自密實混凝土和自流平混凝土中使用了威蘭膠，并于1994年批準威蘭膠用 于食品添加劑。國內(nèi)主要研究了威蘭膠的流變學(xué)特性、菌種選育以及發(fā)酵優(yōu)化，對威蘭膠生 產(chǎn)過程中的提取工藝研究甚少。威蘭膠發(fā)酵液中除含威蘭膠外，還含有菌絲體、殘留的培養(yǎng)基成分及其他代謝副 產(chǎn)物，這些雜質(zhì)會影響威蘭膠產(chǎn)品的質(zhì)量。不同的提取分離方法決定了威蘭膠的性能、質(zhì)量 和用途。威蘭膠的分離提取工藝包括發(fā)酵液的預(yù)處理、分離純化、脫水干燥和粉碎等過程。 在實際生產(chǎn)中，這些過程并沒有嚴格的區(qū)分，而是融合在一起的。CN100529055C公開了一種產(chǎn)堿桿菌及其在制備威蘭膠中的應(yīng)用，其中提取威蘭膠 采用的是粗濾、超濾-醇析法，通過粗濾去除菌體，超濾濃縮，添加醇溶劑沉淀并分離獲得 威蘭膠。此外未見其他關(guān)于威蘭膠提取工藝的相關(guān)報道。目前，微生物多糖的提取工藝主要有醇沉析法，鹽_醇沉析法，超濾_醇沉析法，但 直接醇沉析法的醇消耗大，成本高，能耗大；超濾_醇析法對生產(chǎn)設(shè)備要求高，膜組件損耗 成本大。本發(fā)明的目的是提供一種操作簡單，高效，低能耗的威蘭膠分離提取方法，通過改 變發(fā)酵液的PH和鹽離子濃度等條件減少提取過程中的醇溶劑用量，并保持威蘭膠的良好 性能，同時降低生產(chǎn)成本，是一種經(jīng)濟效益優(yōu)良的威蘭膠分離提取方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高效分離提取威蘭膠的方法。本發(fā)明的進一步的目的在于提供一種保持高性能的威蘭膠提取方法，該方法操作 簡單，節(jié)能降耗，可用于大規(guī)模生產(chǎn)過程。本發(fā)明目的可以通過以下技術(shù)方案來達到本發(fā)明禾U用產(chǎn)堿桿菌(Alcaligenes sp. )ATCC31555，該菌株已在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.公開，以其為發(fā)酵菌株獲得威蘭膠發(fā) 酵液，通過改變提取液的PH、鹽離子濃度及醇添加量，獲得工業(yè)級的威蘭膠。一種從威蘭膠發(fā)酵液中高效分離提取威蘭膠的方法，工藝過程為(1)威蘭膠發(fā)酵液制備將產(chǎn)堿桿菌(Alcaligenes sp.)ATCC 31555種子液以體積比6%接種量轉(zhuǎn)接至發(fā) 酵培養(yǎng)基，在30°C、200r/min下發(fā)酵72h得到黃色粘稠狀的發(fā)酵液；所用的發(fā)酵培養(yǎng)基組成為蔗糖40g/L，豆粕5g/L，KH2PO4O. 6g/L，MgSO4 · 7H20 0. 2g/ L，F(xiàn)eCl2O. lg/L，用自來水定容，pH 7· 0 7· 2 ；(2)將發(fā)酵液加熱殺滅發(fā)酵液中的微生物，溫度為80 100°C，時間為10 45分 鐘；并用冷卻水冷卻至室溫；(3)用一定濃度的酸液將威蘭膠發(fā)酵液的pH調(diào)至1. 0 5. 0，所用的酸液為1 4mol/L的鹽酸、乙酸、磷酸或其組合；和/或添加一定量的鹽離子溶液；添加的鹽選用氯化鈉、氯化鉀、氯化氨、氯化鎂、 氯化鈣、氯化鋁或其組合，添加鹽的量使威蘭膠發(fā)酵液中陽離子濃度達到0. 01 0. 5mol/ L ；(4)添加一定量的醇溶劑，使添加后的混合液的醇質(zhì)量濃度達到30% 80%，并 充分攪拌均勻；所用的醇溶劑選自乙醇、異丙醇、甲醇或其組合；(5)固液分離，去除上清液，得到固形物；固液分離過程中分離的方法采用沉降分 離、離心分離、過濾分離及其組合；(6)添加得到的固形物體積0. 2 1. 0倍的醇溶劑，調(diào)節(jié)溶液pH至中性，壓濾或壓 榨脫水；或者對步驟(5)得到的固形物直接進行壓濾或壓榨脫水；(7)干燥并粉碎，干燥溫度為80°C以下，干燥方法為常壓干燥、真空干燥或冷凍真 空干燥，干燥至產(chǎn)品含水量< 15%，即得威蘭膠成品。步驟(3)所述的添加的鹽離子溶液，添加的鹽離子為CaCl2，采用添加2. 5mol/L的 CaC12溶液使發(fā)酵液最終的陽離子濃度為0. lmol/L。本發(fā)明的有益效果1、本發(fā)明提供了一種操作方便簡單，易規(guī)模化擴大生產(chǎn)的威蘭膠提取工藝；2、這種提取工藝比直接醇沉析法的醇消耗顯著降低；3、這種提取工藝得到的濕威蘭膠沉淀的含水量明顯低于直接醇沉析法獲得的威 蘭膠沉淀，后續(xù)的醇回收和干燥所需的能耗明顯減少；4、和膜_醇沉析法相比，這種提取工藝對設(shè)備的要求低，且設(shè)備維護費用小。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的說明，但對本發(fā)明的權(quán)利要 求沒有限制。發(fā)酵培養(yǎng)基組成蔗糖40g/L,豆粕 5g/L，KH2PO4O. 6g/L，MgSO4 · 7Η200· 2g/L， FeCl2O. lg/L,pH 7. 0 7. 2，發(fā)酵條件為將產(chǎn)堿桿菌種子液以6% (ν/ν)接種量轉(zhuǎn)接至發(fā) 酵培養(yǎng)基，在30°C，500r/min下發(fā)酵72h得到威蘭膠發(fā)酵液。得到的威蘭膠發(fā)酵液用酒精 沉淀、干燥后測定發(fā)酵液中威蘭膠粗品含量為10 20g/L。
實施例11、將500kg的威蘭膠發(fā)酵液加熱至85 °C，維持40分鐘，再用冷卻水冷卻至室溫，以 備下一步操作使用；2、用lmol/L的鹽酸溶液將威蘭膠發(fā)酵液的pH調(diào)至3. 0 ；3、添加95%的工業(yè)乙醇溶劑，使混合液的醇濃度達到75% (w/w)，并充分攪拌均 勻；4、使用三足式離心機在4500g離心力下離心10分鐘實現(xiàn)固液分離，收集固形物，
得威蘭膠粗品；5、將所得固形物用0.5倍固形物體積量的95%的工業(yè)乙醇溶解，調(diào)節(jié)溶液pH至中 性，壓濾脫水；6、在55°C條件下常壓干燥至產(chǎn)品含水率小于13%，最后粉碎得到威蘭膠產(chǎn)品。實施例21、將200kg的威蘭膠發(fā)酵液加熱至100°C，維持15分鐘，再用冷卻水冷卻至室溫， 以備下一步操作使用；2、用2. 5mol/L的氯化鎂溶液將威蘭膠發(fā)酵液中陽離子的電荷濃度調(diào)節(jié)至 0.05mol/L ；3、添加異丙醇使混合液的醇濃度達到42% (w/w)，并充分攪拌均勻；4、使用三足式離心機在4500g離心力下離心5分鐘實現(xiàn)固液分離，收集固形物，得 威蘭膠粗品；5、將所得固形物用0.2倍固形物體積的異丙醇溶解，調(diào)節(jié)溶液pH至中性，抽濾再 壓榨脫水；6、在50°C條件下常壓干燥至產(chǎn)品含水率小于14%，最后粉碎得到威蘭膠產(chǎn)品。實施例31、將300kg的威蘭膠發(fā)酵液加熱至90°C，維持25分鐘，再用冷卻水冷卻至室溫，以 備下一步操作使用；2、用5mol/L的氯化鈉溶液將威蘭膠發(fā)酵液中陽離子的電荷濃度調(diào)節(jié)至0. 15mol/ L；3、添加甲醇，使混合液的醇濃度達到75% (w/w)，并充分攪拌均勻；4、使用三足式離心機在SOOOg離心力下離心10分鐘實現(xiàn)固液分離，收集固形物，
得威蘭膠粗品；5、添加1. 0倍固形物體積的甲醇，調(diào)節(jié)溶液pH至中性，壓濾脫水；6、在70°C條件下常壓干燥至干燥失重小于15%，最后粉碎得到威蘭膠產(chǎn)品。實施例41、將250kg的威蘭膠發(fā)酵液加熱至90°C，維持30分鐘，再用冷卻水冷卻至室溫，以 備下一步操作使用；2、用3mol/L的磷酸溶液將威蘭膠發(fā)酵液的pH調(diào)至3. 0，再用2. 5mol/L的氯化鈣 溶液將威蘭膠發(fā)酵液中陽離子的電荷濃度調(diào)節(jié)至0. 05mol/L ；3、添加95%的工業(yè)乙醇溶劑，使混合液的醇濃度達到65% (w/w)，并充分攪拌均 勻；
4、靜置沉降2h，然后壓濾，收集固形物，得威蘭膠粗品；5、將所得固形物用0. 8倍固形物體積的95%的工業(yè)乙醇溶解，調(diào)節(jié)溶液pH至中 性，抽濾再壓榨脫水；6、在60°C條件下常壓干燥至產(chǎn)品含水率小于13%，最后粉碎得到威蘭膠產(chǎn)品。實施例51、將500kg的威蘭膠發(fā)酵液加熱至90°C，維持40分鐘，再用冷卻水冷卻至室溫，以 備下一步操作使用；2、用4mol/L的乙酸溶液將威蘭膠發(fā)酵液的pH調(diào)至2. 0，再用2. 5mol/L的氯化鎂 溶液將威蘭膠發(fā)酵液中陽離子的電荷濃度調(diào)節(jié)至0. 2mol/L ；3、添加95%的工業(yè)乙醇溶劑，使混合液的醇濃度達到58% (w/w)，并充分攪拌均 勻；4、抽真空過濾收集固形物，壓榨得威蘭膠粗品；5、將所得固形物用0. 6倍固形物體積的95%的工業(yè)乙醇溶解，調(diào)節(jié)溶液pH至中 性，壓濾脫水；6、在60°C條件下常壓干燥至產(chǎn)品含水率小于12%，最后粉碎得到威蘭膠產(chǎn)品。
權(quán)利要求
一種從威蘭膠發(fā)酵液中高效分離提取威蘭膠的方法，其特征在于工藝過程為(1)威蘭膠發(fā)酵液制備將產(chǎn)堿桿菌(Alcaligenes sp.)ATCC 31555種子液以體積比6％接種量轉(zhuǎn)接至發(fā)酵培養(yǎng)基，在30℃、200r/min下發(fā)酵72h得到黃色粘稠狀的發(fā)酵液；所用的發(fā)酵培養(yǎng)基組成為蔗糖40g/L，豆粕5g/L，KH2PO40.6g/L，MgSO4·7H2O 0.2g/L，F(xiàn)eCl20.1g/L，用自來水定容，pH 7.0～7.2；(2)將發(fā)酵液加熱殺滅發(fā)酵液中的微生物，溫度為80～100℃，時間為10～45分鐘；并用冷卻水冷卻至室溫；(3)用一定濃度的酸液將威蘭膠發(fā)酵液的pH調(diào)至1.0～5.0，所用的酸液為1～4mol/L的鹽酸、乙酸、磷酸或其組合；和/或添加一定量的鹽離子溶液；添加的鹽選用氯化鈉、氯化鉀、氯化氨、氯化鎂、氯化鈣、氯化鋁或其組合，添加鹽的量使威蘭膠發(fā)酵液中陽離子濃度達到0.01～0.5mol/L；(4)添加一定量的醇溶劑，使添加后的混合液的醇質(zhì)量濃度達到30％～80％，并充分攪拌均勻；所用的醇溶劑選自乙醇、異丙醇、甲醇或其組合；(5)固液分離，去除上清液，得到固形物；固液分離過程中分離的方法采用沉降分離、離心分離、過濾分離及其組合；(6)添加得到的固形物體積0.2～1.0倍的醇溶劑，調(diào)節(jié)溶液pH至中性，壓濾或壓榨脫水；或者對步驟(5)得到的固形物直接進行壓濾或壓榨脫水；(7)干燥并粉碎，干燥溫度為80℃以下，干燥方法為常壓干燥、真空干燥或冷凍真空干燥，干燥至產(chǎn)品含水量＜15％，即得威蘭膠成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(3)所述的添加的鹽離子溶液，添加的 鹽離子為CaCl2，采用添加2. 5mol/L的CaCl2溶液使發(fā)酵液最終的陽離子濃度為0. lmol/L。
全文摘要
一種從威蘭膠發(fā)酵液中高效分離提取威蘭膠的方法，屬于生物工程技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明公開了一種在保持威蘭膠優(yōu)良流變學(xué)性能的前提下，利用乙醇高效分離提取威蘭膠的工藝。本發(fā)明包括經(jīng)微生物好氧發(fā)酵得到威蘭膠發(fā)酵液，將發(fā)酵液加熱滅菌、醇溶劑沉析、固液分離、再次脫水濃縮和脫鹽工藝獲得威蘭膠成品。使用本方法的沉析再濃縮工藝除去發(fā)酵液中大部分的色素、殘?zhí)且约胞}離子后，改善威蘭膠產(chǎn)品的色澤和性能，采用鹽醇沉析和酸醇沉析工藝可顯著降低提取過程的醇耗量，大幅度節(jié)省醇回收過程的能量消耗；本發(fā)明可用基本的微生物多糖提取工藝和生產(chǎn)設(shè)備，能耗和醇耗降低，污染少，可獲得工業(yè)級的威蘭膠。
文檔編號C12P19/04GK101942491SQ20101025339
公開日2011年1月12日 申請日期2010年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月10日
發(fā)明者吳劍榮, 王棟, 蔣蕓, 詹曉北, 鄭志永 申請人:江南大學(xué)