專利名稱：一種用于固液分相微生物發酵方法
技術領域：
本發明屬于微生物發酵技術領域，涉及一種用于固液分相微生物發酵方法，特別涉及透析原理與固態發酵結合的透析固態發酵方式。
背景技術：
固態發酵經歷了由傳統固態發酵方式到現代固態發酵方式的發展，廣義上固態發酵是指一類使用不溶性固體基質來培養微生物的工藝過程，既包括固態基質懸浮在液體中的深層發酵，也包括在沒有(或幾乎沒有)游離水的濕固體材料上培養微生物的工藝過程， 是一種典型的固液分相微生物發酵方式。但發酵結束后微生物與固態基質分離困難，不適于以菌體或胞內產物為目的的發酵；產物的后續分離、提取困難，成本高。透析培養法最早被發明用于培養細菌生產外毒素等，其原理是利用透析膜將培養物和培養基分開，而細菌仍接種在液態培養基中，并沒有離開富營養理論，也稱為過剩營養，培養基比培養物為10 1，甚至更高，這使得原料極大浪費。同時，雖然菌體排泄物或發酵產物可透過透析袋進入培養基室，能延長微生物生長期，但液態發酵完成后得到的發酵液，實際上是目的產物與培養基殘液、各種代謝廢物和雜質的混合物，從中分離、純化目的產物的成本高，占整個發酵生產過程的60%以上。有實用新型專利公開了一些新的微生物透析培養裝置，如中國專利85203531和中國專利200810M3971. 3，但培養室內部只填充單個透析培養膜，裝置的有效利用率不高、裝料系數低，且其所用材料和容器的限制使得放大困難，并且菌體的生長、發酵均沒有離開富營養理論。借鑒透析培養細菌的思路，將透析原理用于培養真菌，如發明專利 200410046776. 3中所述的用于培養微生物超大致密菌團的透析培養裝置，該裝置能方便地配制、滅菌、消毒和傳輸培養基，補充水分、養料等，而且微生物始終保持自然生長狀態，不與培養基相混合，大大簡化了發酵的后處理工作，但是該裝置中多個透析反應器數量上的增加并沒有從根本上增加菌體的有效生長面積。而且該專利只是針對獲得超大致密菌團。為解決固態發酵基質與菌體分離困難的問題，并結合透析原理為微生物提供液態培養基營養，本發明提供了一種用于固液分相微生物發酵的透析固態發酵方法，透析材料內部裝液態培養基，菌體接種在透析材料外表面，不與培養基直接接觸，而是通過滲透吸收透析材料內液態培養基營養成分；發酵結束后菌體與透析材料可直接分離，發酵液可直接收集，最終實現了易于微生物發酵和產物分離的固液分相發酵方式。該方法的核心是一套透析固態發酵裝置，為一個內置多個透析裝置的圓柱形無菌發酵罐。透析裝置為由透析材料制成的圓柱型，發酵罐罐體側面上部、下部分布安裝一個接種窗，為透析裝置多點接種， 同時可以隨時觀察罐內菌體的生長情況。罐蓋設有進料口和排氣口，罐底設有出料口和進氣口，進料口為發酵前進料和發酵后期的補料入口，在不同發酵時間向發酵罐中通氣以維持菌體生長所需氧氣。整個裝置實現間歇補料固態發酵。發酵后期的補料一是為了滿足菌體生長的營養，二是為了保持固液界面的水活度。對于胞內產物的發酵，這種發酵方式有利于菌體與基質分離，直接獲得菌體；而對于胞外產物的發酵，微生物直接將發酵產物分泌、滲透到培養液中，可直接獲得發酵液，無需分離菌體。該固液分相發酵方式很好的實現了發酵微生物與發酵液的固液分離，有利于產物的后續提取、精制。
發明內容
本發明的目的是提供一種高效發酵，利于菌體與基質、菌體與發酵液分離的新型固液分相發酵方式。本發明的技術方案如下一種固液分相微生物發酵方法，通過透析固態發酵裝置實現，所述透析固態發酵裝置為一內置多個透析裝置的圓柱形無菌發酵罐，罐體側面上部、下部分別安裝一個接種窗，為透析裝置多點接種，罐蓋設有進料口和排氣口，罐底設有出料口和進氣口，進料口為發酵前進料和不同發酵時間補料入口 ；同時在不同發酵時間向發酵罐中通氣以維持菌體生長所需氧氣，整個裝置實現間歇補料固態發酵。所述發酵過程中，固相與液相分相，固相提供菌體附著與生長空間，液相提供營養物質，實現物質交換。所述透析裝置的材料為透析袋、中空纖維膜、玻璃紙、陶瓷等多孔材料。本發明在不同發酵時間向發酵罐中通氣，無菌空氣以脈動式通入。
附圖為本發明的裝置結構示意圖。其中1-透析袋2-接種窗3-排氣口 4-進料口 5-出料口 6_進氣口
具體實施例方式下面通過實施例對本發明的技術方案作進一步說明。圓柱狀發酵罐罐體內徑為6cm，內部布置七個透析袋1，圓心處一個，其余六個平均分布在其周圍，發酵罐體的有效發酵體積利用率達50 %。罐體上部、下部分別安裝一個接種窗2，為透析袋多點接種。罐體上部裝有進料口 4和排氣口 3，下部設有出料口 5和進氣口 6，進料口 4為發酵前進料和不同發酵時間補料入口 ；同時在不同發酵時間向發酵罐中通氣以維持菌體生長所需氧氣，整個裝置實現間歇補料固態發酵。采用MD44型號的透析袋，發酵擬莖點霉屬菌株Wwmopsis sp.B^培養6d后透析固態發酵培養時菌絲生長旺盛，生物量達到26. 4g/L，較靜止固態發酵提高73. 68 %，較液態靜置發酵提高57. 1%。
權利要求
1.一種固液分相微生物發酵方法，通過透析固態發酵裝置實現，所述透析固態發酵裝置為一內置多個透析裝置的圓柱形無菌發酵罐，罐體側面上部、下部分別安裝一個接種窗， 為透析裝置多點接種，罐蓋設有進料口和排氣口，罐底設有出料口和進氣口，進料口為發酵前進料和不同發酵時間補料入口 ；同時在不同發酵時間向發酵罐中通氣以維持菌體生長所需氧氣，整個裝置實現間歇補料固態發酵。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于發酵過程中，固相與液相分相，固相提供菌體附著與生長空間，液相提供營養物質，實現物質交換。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于透析裝置的材料為透析袋、中空纖維膜、玻璃紙、陶瓷等多孔材料。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于不同發酵時間向發酵罐中通氣，無菌空氣以脈動式通入。
全文摘要
本發明提供了一種用于固液分相微生物發酵方法，通過一套透析固態發酵裝置實現。該裝置為一圓柱形無菌發酵罐，內置多個透析裝置，透析裝置材料為透析袋、中空纖維膜、玻璃紙、陶瓷等多孔材料，內部裝液態培養基，菌體接種在透析材料外表面，不與培養基直接接觸，而是通過滲透吸收透析裝置內液態培養基營養成分；發酵過程菌體的生長、反應以氣相為連續相，屬于廣義的固態發酵。這種發酵方式有利于菌體與基質、發酵液分離，縮短菌體生長的延滯期，增加菌體的有效發酵面積，而且易于放大。
文檔編號C12M1/12GK102492614SQ20111039369
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月1日 優先權日2011年12月1日
發明者王玉美, 賀芹, 陳洪章 申請人:中國科學院過程工程研究所