一種負離子粉促進微生物發(fā)酵的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)酵工程領(lǐng)域，具體涉及一種負離子粉促進微生物發(fā)酵的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類科學的進步，對微生物的研宄越來越深入，微生物在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品、能源等領(lǐng)域中發(fā)揮的作用愈來愈令人矚目，尤其是循環(huán)經(jīng)濟的建設，離不開微生物的參與及其應用技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新。微生物生長效率高，能耗低，產(chǎn)生大量有益的生物活性物質(zhì)，具有廣泛的應用前景和極高的經(jīng)濟價值，然而在高密度發(fā)酵時，提高最終菌體生物量和目標產(chǎn)物的產(chǎn)率，縮短發(fā)酵周期，減少水電使用仍然是微生物發(fā)酵的制約因素。
[0003]大多數(shù)微生物都是好氧的，包括細菌、放線菌、真菌和某些微藻，且微生物只能利用溶解氧(DO)，氧氣在水中的傳質(zhì)系數(shù)很小導致氣液傳質(zhì)阻力大，所以溶氧處于好氧微生物生長繁殖的首位。在25°C、1個大氣壓下，空氣中的氧在純水中的溶解度為0.25 mmol/L，在含有大量有機鹽和無機鹽的發(fā)酵液中的溶解度只有0.22 mmol/L，微生物耗氧速率大約為25~100 mmol/L/h，特別在高密度發(fā)酵時耗氧速率劇增。增加溶氧需提高攪拌速度，轉(zhuǎn)速越高對設備的要求越高，電機的功率要足夠大，罐體要足夠穩(wěn)定，密封更換頻率會更高，且罐中大量氣泡的產(chǎn)生和消泡劑的流加，會影響氧的傳遞和營養(yǎng)物的傳質(zhì)，進而抑制菌的生長。在微生物不同的生長時期，培養(yǎng)基碳氮比例不合適、溶解氧不足、有機酸或堿性物質(zhì)的存在都會引起發(fā)酵液PH的波動。pH的變化不僅影響微生物的形態(tài)，而且改變細胞膜的通透性，阻礙營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的分泌。機體的重要組成核酸、蛋白質(zhì)等對PH較敏感，隨著PH的改變可遭受不可逆的破壞。適宜的pH能刺激微生物的生長，提高細胞的生物化學反應速度和生長速度。在微生物發(fā)酵過程中，通常需要通入氧氣和流加PH調(diào)節(jié)劑來維持微生物的生長環(huán)境，因此，增加溶氧、維持體系PH值穩(wěn)定在高密度發(fā)酵中的研宄具有重要意義。
[0004]負離子粉作為一種具有特殊功能的新型無機材料受到人們的關(guān)注，其資源非常豐富。高活性負離子粉可形成數(shù)萬對電極，在接觸水的瞬間對水產(chǎn)生電分解作用，可以控制水溶液體系的酸堿穩(wěn)定性；由于壓電性及熱電性，負離子粉在外界環(huán)境變化時釋放遠紅外線，使水的大分子集團變成小分子團，加速水分子運動，使普通水變成活性水，增強了水的溶解力、滲透力，達到水溶液富氧目的。因此，將負離子粉添加到微生物發(fā)酵體系中可以達到增加溶氧和穩(wěn)定酸堿度的作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種負離子粉促進微生物發(fā)酵的方法，其操作簡單，經(jīng)濟可行。
[0006]本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下:
1、在IL三角瓶中放入培養(yǎng)基，再將枯草芽孢桿菌或小球藻接入瓶中，在20~37 0C下，140-21Orpm的搖床上培養(yǎng)l~3d，得到搖瓶種子培養(yǎng)液。
[0007]2、在發(fā)酵罐中按比例加入培養(yǎng)基與負離子粉，高壓滅菌30 min，并將種子培養(yǎng)液接入發(fā)酵罐中。
[0008]3、保持罐溫 20~37°C，罐壓 15~60 kap，攪拌速度 80~130 rpm，通氣量 1: 0.1~0.5，發(fā)酵培養(yǎng)時間1~8 d，然后放罐，過濾菌株和發(fā)酵液。
[0009]所述的在三角瓶和發(fā)酵罐中放入的枯草芽孢桿菌培養(yǎng)基配方為:蛋白胨10 g/L,酵母膏5 g/L,氯化鈉10 g/L,水1L，調(diào)節(jié)pH值為7.2。
[0010]所述的在三角瓶和發(fā)酵罐中放入的小球藻培養(yǎng)基配方為:葡萄糖20 g/L，KN031.50 g/L, KH2PO4 1.25 g/L, MgSO4.7 H2O 1.25 g/L, FeSO4.7H20 20 mg/L，A5 微量元素液lmg/L，水1L，調(diào)節(jié)pH值為7。
[0011]所述的負離子粉是黑電氣石經(jīng)過粉碎、研磨、烘干、清洗制成的電氣石粉，其平均粒徑為0.1-15 μ mo
[0012]所述的發(fā)酵罐中負尚子粉的添加量為培養(yǎng)基量的0.1~5% (質(zhì)量體積百分數(shù))。
[0013]所述的種子液的接種量為發(fā)酵液量的5%~20% (體積百分數(shù))。
[0014]本發(fā)明與常規(guī)的微生物高密度發(fā)酵相比有著明顯的促進作用，提高微生物生長速率，增大生物量，縮短發(fā)酵周期，不用流加酸或堿調(diào)節(jié)PH、增大罐壓或通入純氧等來保證發(fā)酵罐中溶氧的需求量，生產(chǎn)成本降低，節(jié)約能耗。另外負離子粉在發(fā)酵結(jié)束后可重復使用，不產(chǎn)生二次污染。
【具體實施方式】
[0015]以下是本發(fā)明的幾個具體實施例，進一步說明本發(fā)明，但是本發(fā)明不僅限于此。
[0016]實施例1
在IL三角瓶中加入培養(yǎng)基，再將枯草芽孢桿菌接入瓶中，在32 °C下，150 rpm的搖床上培養(yǎng)36 h，得到搖瓶種子培養(yǎng)液。在10 L發(fā)酵罐中按比例加入培養(yǎng)基7 L，按l%(g/mL)的比例添加粒徑為0.2 μ m負離子粉，高壓滅菌30 min,以占發(fā)酵液9%的接種量將種子培養(yǎng)液接入發(fā)酵罐中，以常規(guī)枯草芽孢桿菌高密度發(fā)酵為對照。調(diào)PH值至7.2，保持罐溫37°C，罐壓30 kap，攪拌速度100 rpm，通氣量1:0.3，發(fā)酵培養(yǎng)時間32 h，發(fā)酵時間結(jié)束放罐，過濾菌體和發(fā)酵液。與對照組比較，負離子粉明顯改善了枯草芽孢桿菌的細胞形態(tài)，細胞大小優(yōu)于對照組，0D_值測定結(jié)果顯示枯草芽孢桿菌的對數(shù)生長期提前4~7h，且穩(wěn)定期長。生物量較對照組提高了 30%~40%?？莶菅挎邨U菌分泌的α -淀粉酶通常在5.5-8.0時穩(wěn)定，pH增加或減少均使酶活力降低，負離子粉穩(wěn)定pH的波動，α -淀粉酶在最適范圍內(nèi)酶活力明顯提尚，與對照相比，酶活力提尚30~40%。
[0017]實施例2
在IL三角瓶中放入培養(yǎng)基，再將枯草芽孢桿菌接入瓶中，在32 °C下，150 rpm的搖床上培養(yǎng)36 h，得到搖瓶種子培養(yǎng)液。在10 L發(fā)酵罐中按比例加入培養(yǎng)基7L，按0.2% (g/mL)的比例添加粒徑為15 μ m負離子粉，高壓滅菌30 min，以占發(fā)酵液9%的接種量將種子培養(yǎng)液接入發(fā)酵罐中，以常規(guī)枯草芽孢桿菌高密度發(fā)酵為對照。調(diào)PH值至7.2，保持罐溫37°C，罐壓30 kap，攪拌速度100 rpm，通氣量1:0.3，發(fā)酵培養(yǎng)時間32 h，發(fā)酵時間結(jié)束放罐，過濾菌體和發(fā)酵液。與對照組比較，負離子粉明顯改善了枯草芽孢桿菌的細胞形態(tài)，細胞大小優(yōu)于對照組，0D_值測定結(jié)果顯示枯草芽孢桿菌的對數(shù)生長期提前2~5h，且穩(wěn)定期長。生物量較對照組提高了 20%~32%。枯草芽孢桿菌分泌的α -淀粉酶通常在5.5-8.0時穩(wěn)定，pH增加或減少均使酶活力降低，負離子粉穩(wěn)定pH的波動，α -淀粉酶在最適范圍內(nèi)酶活力明顯提高，與對照相比，酶活力提高25~30%。
[0018]實施例3
在IL三角瓶中放入培養(yǎng)基，再將小球藻接入瓶中，在25°C下，180 rpm的搖床上培養(yǎng)2d，得到搖瓶種子培養(yǎng)液。在15 L發(fā)酵罐中按比例加入培養(yǎng)基10L，按l%(g/mL)的比例添加粒徑為0.1 μ m的負離子粉，高壓滅菌30 min,以占發(fā)酵液15%的接種量將種子培養(yǎng)液接入發(fā)酵罐中，以常規(guī)小球藻高密度發(fā)酵為對照。調(diào)pH值至6.5，保持罐溫28°C，罐壓30 kap,攪拌速度100 rpm，通氣量1:0.4，發(fā)酵培養(yǎng)時間7d，發(fā)酵時間結(jié)束放罐，過濾藻細胞和發(fā)酵液。取適量藻細胞烘干稱重，得生物量，用苯酚-氯仿法提取藻細胞中生物柴油并檢測其含量。結(jié)果表明，發(fā)酵過程中發(fā)酵液pH波動范圍不大，小球藻的生物量和生物柴油含量明顯提高，與對照組相比，生物量和生物柴油的提高率分別為25~40%和15~25%。
[0019]實施例4
在IL三角瓶中放入培養(yǎng)基，再將小球藻接入瓶中，在25°C下，180 rpm的搖床上培養(yǎng)2d，得到搖瓶種子培養(yǎng)液。在15 L發(fā)酵罐中按比例加入培養(yǎng)基10L，按0.1% (g/mL)的比例添加粒徑為12 μ m負離子粉，高壓滅菌30 min,以占發(fā)酵液15%的接種量將種子培養(yǎng)液接入發(fā)酵罐中，以常規(guī)小球藻高密度發(fā)酵為對照。調(diào)pH值至6.5，保持罐溫28°C，罐壓30 kap,攪拌速度100 rpm，通氣量1:0.4，發(fā)酵培養(yǎng)時間7 d，發(fā)酵時間結(jié)束放罐，過濾藻細胞和發(fā)酵液。取適量烘干稱重，得生物量，用苯酚-氯仿法提取藻細胞中生物柴油并檢測其含量。結(jié)果表明，發(fā)酵過程中發(fā)酵液PH波動范圍不大，負離子粉提高了小球藻的生物量和生物柴油含量，與對照組相比，生物量和生物柴油的提高率分別為15~25%和6~15%。
【主權(quán)項】
1.一種負離子粉促進微生物發(fā)酵的方法，其特征在于本發(fā)明的具體步驟是:(I)在IL三角瓶中放入培養(yǎng)基，再將枯草芽孢桿菌或小球藻接入瓶中，在20~37°C下，140-21rpm的搖床上培養(yǎng)l~3d，得到搖瓶種子培養(yǎng)液； (2)在發(fā)酵罐中按比例加入培養(yǎng)基與負尚子粉，尚壓滅菌30 min，并將種子培養(yǎng)液接入發(fā)酵罐中，(3)保持罐溫20~37°C，罐壓15~60 kap，攪拌速度80~130 rpm，通氣量1:0.1-0.5，發(fā)酵培養(yǎng)時間1~8 d，放罐后過濾菌株和發(fā)酵液。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的一種負離子粉促進微生物發(fā)酵的方法，其特征在于所述的在常規(guī)微生物高密度發(fā)酵中添加一定量的一定粒徑的負離子粉，促進微生物的生長及產(chǎn)物的表達。
3.根據(jù)權(quán)利I所述的一種負離子粉促進微生物發(fā)酵的方法，其特征在于所述的負離子粉是黑電氣石經(jīng)過粉碎、研磨、烘干、清洗制成的電氣石粉，其平均粒徑為0.1-15 μ mo
4.根據(jù)權(quán)利I所述的一種負離子粉促進微生物發(fā)酵的方法，其特征在于所述的加入發(fā)酵罐中的負尚子粉添加量為培養(yǎng)基量的0.1-5% (質(zhì)量體積百分數(shù))。
5.根據(jù)權(quán)利I所述的一種負離子粉促進微生物發(fā)酵的方法，其特征在于所述的種子培養(yǎng)液接種的接種量為發(fā)酵液量的5%~20% (體積百分數(shù))。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種負離子粉促進微生物發(fā)酵的方法,具體步驟是：（1）在1L三角瓶中放入培養(yǎng)基，接種枯草芽孢桿菌或小球藻，在20~37℃下，140~210rpm的搖床上培養(yǎng)1~3d，得到搖瓶種子培養(yǎng)液,（2）在發(fā)酵罐中按比例加入培養(yǎng)基與負離子粉，高壓滅菌30min，并將種子培養(yǎng)液接入發(fā)酵罐中,（3）保持罐溫20~37℃，罐壓15~60 kap，攪拌速度80~130rpm，通氣量1:0.1~0.5，發(fā)酵培養(yǎng)時間1~8d，放罐后過濾菌株和發(fā)酵液,本發(fā)明在常規(guī)發(fā)酵罐中加入具有促進微生物快速生長的負離子粉能提高微生物生長速率，增大生物量及產(chǎn)物的積累，縮短發(fā)酵周期，對溶液pH具有緩沖作用，無需增大罐壓或通入純氧來保證發(fā)酵罐中溶氧的需求量，負離子粉在發(fā)酵結(jié)束后可循環(huán)使用。
【IPC分類】C12N1-20, C12N1-12, C12R1-89, C12N9-28, C12N1-38, C12P7-64, C12R1-125
【公開號】CN104805050
【申請?zhí)枴緾N201510085961
【發(fā)明人】陳麗琴, 王珊珊, 陳昕雄, 陳嘉煉
【申請人】泉州市奈斯材料科技有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年2月23日