專利名稱：一種甘油酯類生物表面活性劑的制備方法
技術領域：
本發(fā)明是一種生物工程。
微生物在以碳氫化合物為原料的發(fā)酵過程中，可以較大量地合成并分泌出具有一定表面活性的代謝物質(zhì)，如糖脂、脂肽、中性類脂衍生物(包括甘油酯)等，這類在分子結構上與化學合成的表面活性劑相似、具有改變兩相界面性質(zhì)的物質(zhì)稱為生物表面活性劑(Biosurfactant，簡稱BS)。生物表面活性劑應用最廣泛的領域是石油工業(yè)(石油三次開采和控制溢油)、食品工業(yè)(乳化劑、防腐劑等)和農(nóng)業(yè)(土壤改良、植保和殺蟲劑等)，在化妝品和醫(yī)藥工業(yè)上的應用也很有潛力，此外，在當前環(huán)境保護中的應用也正越來越受到重視，因為在污染現(xiàn)場修復中經(jīng)常需要添加化學合成表面活性劑以增強有機物的乳化與溶解，而以生物表面活性劑代替化學表面活性劑具有安全無毒、無二次污染等優(yōu)點。
從目前研究情況來看，生物表面活性劑主要集中在發(fā)酵生產(chǎn)的研究上，如中科院上海有機化學研究所用節(jié)桿菌(Arthrobacter Simplex)生產(chǎn)海藻糖脂類生物表面活性劑(CN85104026A)，日本花王石堿株式會社用球擬酵母(Torulopsis sp.)生產(chǎn)槐糖脂類生物表面活性劑(特許公報昭和57-902785，92786)，日本S.Itoh實驗室用假單胞菌(Pseudomonas sp.)生產(chǎn)鼠李糖脂生物表面活性劑(J.Antibiotics 23,855，1971)，德國Wagner實險室用紅球菌(Rodococcus ergthropolis)生產(chǎn)海藻糖脂生物表面活性劑等。但是目前生物表面活性劑由于生產(chǎn)及提取的成本較高而難以達到工業(yè)化生產(chǎn)的水平。
為了使生物表面活性劑充分發(fā)揮其優(yōu)點得到較好應用，必須改進培養(yǎng)方法，降低成本，開發(fā)新的生物表面活性劑品種。
本發(fā)明是一種微生物生產(chǎn)非離子型生物表面活性劑的方法，具體地說是一種用南極假絲酵母(Candida anterctica)生產(chǎn)甘油酯類的方法。本發(fā)明所用南極假絲酵母(Candida anterctica IFO 10182)為已有技術，購自日本發(fā)酵研究所。本發(fā)明方法包括用南極假絲酵母作菌種，在最佳培養(yǎng)條件下，進行代謝調(diào)節(jié)制備甘油酯類生物表面活性劑。本發(fā)明的產(chǎn)物可作為疏水性有機污染物生化處理的促進劑，并提出了應用于疏水性有機污染物生化處理的有效配方。
用本發(fā)明的南極假絲酵母在培養(yǎng)條件下，進行代謝調(diào)節(jié)制備甘油酯類生物表面活性劑的方法，即在南極假絲酵母存在下的培養(yǎng)物中加入酸，調(diào)pH至2-5，以0.5-2.0vvm的空氣或富含氧氣的空氣通入培養(yǎng)物，培養(yǎng)溫度為20-40℃，最佳為25-30℃，在培養(yǎng)液中含有銨鹽、硝酸鹽、胺或酰胺作為氮源以及其它為繁殖細胞所必需的無機鹽類和生長因子，正烷烴、原油、餾分油可作為碳源，但最好用正烷烴。發(fā)酵終了，發(fā)酵液離心除去細胞，清液在60-90℃下蒸發(fā)至干，用熱乙醇或氯仿抽濾，然后在60-90℃下再次蒸發(fā)去除溶劑可得到甘油酯類生物表面活性劑。
在上述方法中，本發(fā)明用南極假絲酵母生產(chǎn)甘油酯的最佳培養(yǎng)條件是，可用玉米漿、蛋白胨、牛肉汁、酵母膏作有機營養(yǎng)源，但用蛋白胨最好，用量控制在0.05-0.3％(m/v)。另外該微生物對微量元素也有特殊要求，Mg2+要控制一定量，培養(yǎng)液中MgSO4·7H2O含有0.01-0.04％(m/v)。發(fā)酵液中碳源控制在8-20％(v/v)，氮源控制在0.1-0.5％(m/v)。發(fā)酵前控制pH2-5之間，用鹽酸或硫酸調(diào)節(jié)。
本發(fā)明所用裝置為全自動發(fā)酵罐，體積為2-30L。
利用本發(fā)明方法，南極假絲酵母在上述條件下發(fā)酵獲得的甘油酯類生物表面活性劑配成混合溶劑，可直接用于增強疏水性有機污染物的生物處理。具體溶劑配方組成為(重量百分)(A)甘油酯類生物表面活性劑40-60％(B)硝酸鹽、銨鹽、胺或酰胺作氮源 30-40％(C)磷酸鹽(0.02-0.1％濃度)10-20％本發(fā)明方法的主要優(yōu)點在于可用各種廉價和廢棄的石油烴、礦物油廢物作為碳源生產(chǎn)生物表面活性劑，既降低成本，又去除廢物。本發(fā)明的產(chǎn)物生物表面活性劑為疏水性有機污染物生物處理的促進劑，可以提高污染物的乳化能力，增加其與降解微生物之間的接觸，提高微生物對污染物的攝取能力，從而能提高污染物的去除效率。本產(chǎn)品使用簡便，無毒，易降解，對環(huán)境無二次污染，對人畜安全。本發(fā)明的產(chǎn)物可以替代化學合成表面活性劑，還可用于日化、紡織、食品等工業(yè)。
實施例一一個2升自控發(fā)酵罐，裝1.6L培養(yǎng)液，成份為正十一烷160ml，蛋白胨1.6g，硝酸鈉3.2g，KH2PO40.3g，MgSO4·7H2O 0.3g，用鹽酸調(diào)節(jié)pH3.0。接入南極假絲酵母(Candida antarctica)種子120ml，溫度28℃，攪拌轉(zhuǎn)速600轉(zhuǎn)/分，通入空氣量為1.0vvm，發(fā)酵144小時，得到含表面活性劑培養(yǎng)液1.2L，此時發(fā)酵培養(yǎng)基的表面張力為36.4mN/m(30℃下測定)。發(fā)酵液離心除去細胞，在80℃下蒸發(fā)至干，用熱乙醇抽濾，在70℃下再次蒸發(fā)去除溶劑可得表面活性劑。
實施例二一個2升自控發(fā)酵罐，裝1.6L培養(yǎng)液，成份為正十六烷140ml，酵母膏2.0g，尿素1.6g，KH2PO40.3g，MgSO4·7H2O 0.2g，用鹽酸調(diào)節(jié)pH5.0。接入南極假絲酵母(Candida antarctica)種子120ml，溫度28℃，攪拌轉(zhuǎn)速600轉(zhuǎn)/分，通入空氣量為2.0vvm，發(fā)酵144小時，得到含表面活性劑培養(yǎng)液1.2L，此時發(fā)酵培養(yǎng)基的表面張力為33.4mN/m(30℃下測定)。發(fā)酵液離心除去細胞，在80℃下蒸發(fā)至干，用熱乙醇抽濾，在70℃下再次蒸發(fā)去除溶劑可得表面活性劑。
實施例三一個500ml三角瓶，裝50ml培養(yǎng)液，成份為煤油7.5ml，玉米漿0.1g，硫酸銨0.25g，KH2PO40.01g，MgSO4·7H2O 0.02g，用硫酸調(diào)節(jié)pH4.0。接入南極假絲酵母(Candida antarctica)種子4ml，溫度28℃，搖床轉(zhuǎn)速200轉(zhuǎn)/分，發(fā)酵144小時，得到含表面活性劑培養(yǎng)液45ml，此時發(fā)酵培養(yǎng)基的表面張力為30.5mN/m(30℃下測定)。發(fā)酵液離心除去細胞，在80℃下蒸發(fā)至干，用熱乙醇抽濾，在70℃下再次蒸發(fā)去除溶劑可得表面活性劑。
應用實施例取組分(A)50％、(B)35％和(C)15％混合均勻(總量1.0g)，加入1L廢水中(含煤油污染物以COD5000mg/L計)，廢水中活性污泥含量為2-8g干重/L(活性污泥可由城市污水處理廠獲得)，通入空氣，使水中溶解氧含量在2-8mg/L，反應10小時后COD去除率為95％。
權利要求
1.一種表面活性劑甘油酯化合物的微生物制備方法，本發(fā)明特征是用南極假絲酵母作菌種，在最佳培養(yǎng)條件下，進行代謝調(diào)節(jié)制備甘油酯化合物。
2.按權利要求1所述的方法中，其特征在于培養(yǎng)溫度為20-40℃，最佳為25-30℃，以0.5-2.0vvm的空氣或富含氧氣的空氣通入培養(yǎng)物，發(fā)酵前pH2-5之間，用鹽酸或硫酸調(diào)節(jié)。
3.按權利要求1所述的方法中，其特征在于培養(yǎng)液中含有銨鹽、硝酸鹽、胺或酰胺作為氮源，用量控制在0.1-0.5％(m/v)。
4.按權利要求1所述的方法中，其特征在于發(fā)酵碳源是正烷烴、原油、餾分油，但最好用正烷烴，用量控制在8-20％(v/v)。
5.按權利要求1所述的方法中，其特征在于有機營養(yǎng)源用玉米漿、蛋白胨、牛肉汁、酵母膏作為有機營養(yǎng)源，但用蛋白胨最好，用量為0.05-0.3％(m/v)。
6.按權利要求1所述的方法中，其特征在于培養(yǎng)液中含有無機鹽MgSO4·7H2O 0.01-0.04％(m/v)。
7.按權利要求1所述的方法中，其特征在于發(fā)酵后發(fā)酵液離心除去細胞，清液在60-90℃下蒸發(fā)至干，用熱乙醇或氯仿抽濾，然后在60-90℃下再次蒸發(fā)去除溶劑可得到甘油酯類生物表面活性劑。
8.按權利要求1所述的方法中，其特征在于發(fā)酵產(chǎn)物制成混合制劑后可直接用于增強疏水性有機污染物的生物修復，其配方為(重量百分)(A)甘油酯類生物表面活性劑40-60％(B)硝酸鹽、銨鹽、胺或酰胺作氮源 30-40％(C)磷酸鹽(0.02-0.1％濃度)10-20％
全文摘要
一種甘油酯類生物表面活性劑的制備方法,該法用南極假絲酵母作菌種,在一種最佳培養(yǎng)條件下,進行代謝調(diào)節(jié)制備甘油酯類化合物。本發(fā)明可采用廉價和廢棄的石油烴、礦物油廢物作為碳源,改進了培養(yǎng)方法,降低了成本。本發(fā)明的產(chǎn)物可作為疏水性有機污染物生物處理的促進劑,并提出了其應用的有效配方。該生物表面活性劑無毒,易降解,對環(huán)境無二次污染,對人畜安全;還可替代化學合成表面活性劑,用于日化、紡織、食品等工業(yè)。
文檔編號C12P7/62GK1242256SQ9911435
公開日2000年1月26日 申請日期1999年7月30日 優(yōu)先權日1999年7月30日
發(fā)明者陳堅, 華兆哲, 倫世儀 申請人:無錫輕工大學