專利名稱：自乳化油類在發酵過程中的應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及自乳化油類在發酵過程中的應用。
在合成復雜的天然物質或其他有機化合物如抗生素時，人們越來越多地采用微生物學的方法。在微生物特別是有細菌或真菌參加時，就涉及到厭氧或需氧條件下的物質轉換。就這些方法而論，各專業領域不同，界限也總是模糊不清，使用“生物轉化”，“生物轉變”或“發酵”。后者在本申請范圍內是這些方法的用語，這時的微生物主要是細菌以用于轉變或合成化學化合物的。
對于發酵過程的開發和優化來說，尤其是，在其中發生微生物的轉變的反應介質具有意義。一般地說，反應介質是一種水性溶液或水分散體，它特別影響到方法的收益和效率。微生物需要碳、氮和某些化合形式的痕量元素如鈣、鐵、磷或鋅作為養料，以便進行新陳代謝，盡量達到所要求的產物。此外，還要經常保持一定的大多是窄范圍的溫度和pH范圍。至于其他詳細情節，請參閱W.克魯格爾(Grueger)/A.克魯格爾的教科書“生物工藝學-應用微生物學教程”，1984年第2版，R.Oldenbourg出版社出版。尤其是其第5章專門論述了發酵技術的基礎，因此這文獻也屬本申請公開的內容。作為微生物的養料，除能量豐富的糖類及其衍生物外，在許多方法中都添加天然的脂肪和油類，以及這類物質的衍生物，如甘油、甘油酯、脂肪酸或脂肪酯。當然培養基內不宜有任何內含物，它對微生物的新陳代謝有負面影響。
從德國專利DE3 738 812A1中已知，例如一種用微生物制造α-Ω-二羧酸的方法，該方法使用熱帶假絲酵母(Candida tropicalis)桿菌將十二烷基酸甲酯轉化為所要求的二羧酸。轉化是在水性介質中，在pH值6.0，溫度30℃下產生。除了給微生物供應能量的葡萄糖之外，介質還含有作為乳化劑的乙氧基化的脫水山梨糖醇-單-油酸酯、酵母提取物、玉米漿以及無機的氮源和磷源。然后給介質定量添加十二烷基酸甲酯。文獻沒有提到乳液的類型、它在發酵物中的生成或在其中向發酵汁定量加入月桂酸甲酯。由歐洲專利EP0 535 939A1中已知，有一種制備Ω-9-多種不飽和脂肪酸的方法，其中在水性培養基中，適宜的微生物在有糖類作為能量供應者和有無機或有機的氮源，以及有脂肪酸甲酯存在下生產所要求的多種不飽和脂肪酸。
而且還有一些方法，其中只利用上述現有技術的脂肪物質作為能量供應者。這是特別具有經濟效益的，因為這種脂肪物質通常比糖、淀粉和類似的化合物的價更低廉。帕克(Park)等人(帕克等人，“發酵與生物工程雜志”，第82卷，第2期，第183～186頁，1996)曾描述過一種發酵過程以制造太樂菌素(tylosin)，其中是在水性介質中使用弗氏鏈霉菌株(streptomyces fradiae)的微生物，作為唯一碳源的菜籽油的原始用量約含有60克/升。
此外，在發酵過程中，介質或發酵汁內的含氧量起著決定性的作用。因此，氧在需氧過程中具有基質的作用。對各種方法是否能使富含的氧由氣相過渡到含有微生物的液相是關鍵。一個重要參數表明特異的交換表面，一般來說交換表面是間接地由氧的過渡系數kLa來確定的(請參閱克魯格爾的文獻，第5章，第71頁ff)通常通過攪動發酵汁可調節氧的供入至最佳，其中氧或空氣和液體混合，使界面產生氣體交換。通過強烈的攪動，有明顯的機械能量的供入，如帕克等人所實施的，但也能破壞部分培養基，從而使此法的收率減少。此外，壞死的微生物本身也會繼續裂解，通過所形成的裂解產物可以尋致培養基的毒化，這就不可能經濟生產。從弋瑪(Goma)和洛爾斯(Rols)的工作(G.弋瑪，J.L.洛爾斯，“生物工藝學”，第13卷，第1期，第7～12頁，1991)中得知，在發酵過程使用豆油制造抗生素時可改進氧的過渡系數kLa，在投入相同能量(攪動)的情況下，可提高總過程的收率。
本發明的任務是改進發酵過程，一方面使用廉價的碳源，另一方面要保證給微生物以充分供氧，而不通過攪動以使微生物有高的機械負擔。必須尋找一個方法，使發酵過程中的機械能量減少到最低程度，而不致于降低收率，主要是即使減少能量的投入，也能提高收益。
發現使用自乳化油類可解決上述任務。在一個實施方案中，要求在發酵過程中使用選自植物源的乙氧基化的甘油三酯類的化合物。
自乳化的化合物是指是在同水混合時不需添加其他乳化劑就能與水形成穩定的乳液的物質。因此，自乳化油類或直接定量加入，或以水性乳液形式定量加入水性發酵汁內。然后，在發酵汁中，其本身形成水包油乳液。發酵汁含有微生物以及氮源和微量元素，必要時還含有其他助劑，特別是除泡劑。作為氮源可以考慮有，例如胨、酵母提取物或麥芽提取物、玉米漿、尿素或卵磷脂。微量元素可使用無機鹽的形式，如硝酸鈉或硝酸鉀、硝酸銨、硫酸銨、硫酸鐵等等。油類的乳化不需投入其他能量，因而不再需要劇烈攪動發酵汁，對微生物的剪切應力也減少，這就提高了收率。對于發酵方法的細節，尤其是加入乳液或該油的速度和量取決于微生物種類和所擇發酵方法，并且，專業人員是能夠適應具體的實際情況。
適宜的自乳化油類有天然的植物源油，用環氧乙烷以已知的方式進行轉化。它主要涉及甘油三酯混合物，其中甘油與長鏈的脂肪酸有時完全酯化。特別適宜的植物油選自花生油、椰子油、亞麻油、棕櫚油、橄欖油、棕櫚仁油、蓖麻油、菜籽油、芝麻油、豆油和葵花油。尤其優選的是菜籽油、豆油和葵花油。
花生油(基于脂肪酸)平均含有54(重量)％的油酸，24(重量)％的亞油酸，1(重量)％的亞麻酸，1(重量)％的花生酸，10(重量)％的棕櫚酸以及4(重量)％的硬脂酸。熔點為2～3℃。
亞麻油一般含有5(重量)％的棕櫚酸，4(重量)％的硬脂酸，22(重量)％的油酸，17(重量)％的亞油酸和52(重量)％的亞麻酸。碘值位于155～205的范圍內。皂化值為188～196，熔點大約為-20℃。
椰子油在脂肪酸方面含有約0.2～1(重量)％的己酸，5～8(重量)％的辛酸，6～9(重量)％的癸酸，45～51(重量)％的月桂酸，16～19(重量)％的肉豆蔻酸，9～11(重量)％的棕櫚酸，2～3(重量)％的硬脂酸，少于0.5.(重量)％的山萮酸，8～10(重量)％的油酸以及至多1(重量)％的亞油酸。碘值位于7.5～9.5的范圍內，皂化值為0.88～0.90。熔點20～23℃。
橄欖油主要含有油酸(請參閱Lebensmittelchem.Gerichtl，chem.，39，112～114，1985)。棕櫚油作為脂肪酸成份含有約2(重量)％的肉豆蔻酸，42(重量)％的棕櫚酸，5(重量)％的硬脂酸，41(重量)％的油酸，10(重量)％的亞油酸。棕櫚仁油就脂肪酸光譜而言通常含有下列成份9(重量)％的己酸/辛酸/癸酸，50(重量)％的月桂酸，15(重量)％的肉豆蔻酸，7(重量)％的棕櫚酸，2(重量)％的硬脂酸，15(重量)％的油酸和1(重量)％的亞油酸。
菜籽油作為脂肪酸成份通常含有約48(重量)％的芥酸，15(重量)％的油酸，14(重量)％的亞油酸，8(重量)％的亞麻酸和5(重量)％的二十烯酸，3(重量)％的棕櫚酸，2(重量)％的十六烯酸和1(重量)％的二十二烷二烯酸。用新法栽培的菜籽油是富含不飽和成份的。通常脂肪酸組份是芥酸0.5(重量)％，油酸63(重量)％，亞油酸20(重量)％，亞麻酸9(重量)％，二十烯酸1(重量)％，棕櫚酸4(重量)％，十六烯酸2(重量)％以及二十二烷二烯酸1(重量)％。
蓖麻油含有80～85(重量)％的蓖麻酸的甘油酯，此外還含有約7(重量)％的油酸的甘油酯，3(重量)％的亞油酸的甘油酯以及約2(重量)％的棕櫚酸和硬脂酸的甘油酯。
豆油含有總脂肪酸的55～65(重量)％的多種不飽和酸，特別是亞油酸和亞麻酸。葵花油有類似的情況，基于總脂肪酸，其通常的脂肪酸光譜為約1(重量)％的肉豆蔻酸，3～10(重量)％的棕櫚酸，14～65(重量)％的油酸和20～75(重量)％的亞油酸。
有關上述甘油三酯中脂肪酸成份的所有數據都是已知的，它依賴于原料的質量，因此在數字上是可能有些偏差的。
在加壓下，必需時在有酸性或堿性催化劑存在下，將油類用環氧乙烷進行烷氧基化，其中，這種乙氧基化物優選的是，每摩爾甘油三酯含有1～10，優選1～5，尤其是1～3摩爾的環氧乙烷。特別優先的是基于豆油、葵花油和/或油菜籽油的乙氧基化物。而最可取的則是菜籽油每摩爾甘油三酯用3和/或5摩爾的環氧乙烷，而豆油則用2摩爾環氧乙烷進行乙氧基化。在這種情況下，所用油類可以任意相混的或單純的形式。它們既可以直接使用，也可以通過水性乳液的形式使用。在后一情況下，乳液含有99～1(重量)％的水，以及1～99(重量)％的自乳化油類。優先使用的乳液含有90～99(重量)％的自乳化油類以及1～10(重量)％的水。如不是優先，則除了油類外還有可能同時使用其他助劑，如除泡劑或乳化劑。但以本技術的意義，專業人員在發酵過程中應盡量少用添加劑。
自乳化油類可在各種發酵過程中使用。此外，它們還可用于專業人員所熟悉的一切方法布置中，例如分批發酵法或分批加料發酵法以及連續發酵法。凡專業人員已知的發酵系統都可使用。至于詳情細節，請參閱克魯格爾的著作，第50～70頁。微乳液的應用也不是僅限于某些微生物，專業人員通過發酵所知道的化合物，都可使用乳液進行制造或轉化。除了以合成抗生素為主而采用經典的發酵方法以外(請參閱克魯格爾的著作，第197～242頁)，上述乳液還適用于微生物的轉化(“生物轉換”)如甾族化合物和甾醇的轉換，抗生素和殺蟲劑的轉化或者維生素的制造(請參閱克魯格爾的著作，第254～273頁)。而優選是用于發酵過程以制造抗生素，如頭孢菌素、太樂菌素或紅霉素。
按照本發明，應用乙氧基化的甘油三酯說明，它對制造青霉素G和頭孢菌素是有利的。和采用非乙氧基化的豆油(有時占1[重量]％)相比，應用乙氧基化的甘油三酯可以改進發酵汁的乳化并提高氧的傳遞。因此，降低發酵物中的攪動速度，因而不會使收率遭受損失。
權利要求
1.自乳化油類的應用，其中發酵過程中的油類選自植物源的乙氧基化甘油三酯類。
2.根據權利要求1的應用，其特征在于，所用植物源的甘油三酯是按每摩爾甘油三酯用1～10，優先的是1～5，特別是1～3摩爾的環氧乙烷進行轉換。
3.根據權利要求1或2的應用，其特征在于，自乳化油類選自乙氧基化的菜籽油、豆油和/或葵花油。
4.根據權利要求1或2的應用，其特征在于，所用油類是以水性乳液的形式使用。
5.根據權利要求3的應用，其特征在于，所用的這種乳液就乳液而言，含有99～1(重量)％的水和1～99(重量)％的自乳化油類。
全文摘要
本發明涉及自乳化油類在發酵過程中的應用,這些油類是選自植物源的乙氧基化的甘油三酯類。
文檔編號C12N1/00GK1351651SQ00808010
公開日2002年5月29日 申請日期2000年5月16日 優先權日1999年5月25日
發明者讓－皮埃爾·莫利托, 克里斯琴·德豪特, 貝努特·阿布里巴特, 馬賽厄斯·韋格納, 本特·羅格 申請人:考格尼斯德國有限責任公司