一種液態烷烴的滅菌方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于生物化工領域，具體地涉及一種用于生物轉化底物的液態烷烴的滅菌 方法。
【背景技術】
[0002] 烷烴，即飽和烴（Saturated group)是只有碳碳單鍵和碳氫鍵的鏈烴，是最簡單的 一類有機化合物。烷烴性質相對穩定，不易發生反應，在工業上一般直接作為燃料使用。液 態烷烴指含有5?16個碳原子的烷烴，在室溫條件下通常呈現液態。隨著生物技術的發展， 液態烷烴作為碳源被廣泛應用于發酵領域，如以十二碳正構烷烴生產十二碳二元酸的發酵 工藝。
[0003] 在發酵生產過程中，培養基成分需要經過滅菌操作，從而保證發酵體系的菌種單 一、穩定。液態烷烴通常作為碳源及發酵底物使用，相對用量較大，通常采用批次補加的形 式加入發酵體系中，因此液態烷烴的滅菌一般需要進行批量滅菌。例如在長鏈二元酸生產 中，專門準備了液態烷烴儲罐，將整個發酵周期所需要的烷烴預先存儲，并進行滅菌處理。
[0004] 液態烷烴的滅菌主要采用蒸汽加熱的方式將溫度升至121°c，并恒溫保壓30min。 在滅菌操作中，通常采用夾套加熱的方式進行升溫操作，但是夾套升溫速度較慢，因此一 般會在升溫過程中，以通蒸汽的方式進行升溫加熱。這樣的操作會在滅菌的前中期形成 較大的蒸發量，從而在蒸汽中夾帶大量的烷烴，統計表明這種烷烴損失約占烷烴使用量的 10%?20%。同時，底部通蒸汽的方式使蒸汽與烷烴直接接觸，因此會形成大量的冷凝水參 雜在烷烴中，形成乳化層，為雜菌的侵入提供了水環境，提高了染菌風險。現有條件下，無論 對這種滅菌方式進行怎樣的優化，都會造成烷烴損失以及形成水相乳化層，從而對發酵造 成一定影響。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術的不足，本發明提供一種液態烷烴的滅菌方法。該方法通過改進液 態烷烴的滅菌工藝，減少了烷烴的蒸發損失及乳化層的形成，降低了滅菌溫度，縮短了滅菌 時間，提高了滅菌效率。
[0006] 本發明的液態烷烴的滅菌方法，包括以下內容：用于生物轉化的液體烷烴，經微波 破乳處理，烷烴與水分層，加入抑菌劑，進行微波滅菌處理，得到滅菌的液態烷烴。
[0007] 本發明方法中，所述的液體烷烴為能夠用于生物發酵的含有5?16個碳原子的烷 烴，如用于長鏈二元酸發酵的十二碳正構烷烴、十四碳正構烷烴等。
[0008] 本發明方法中，微波破乳處理的條件為：微波頻率為300?3000MHz，微波功率密 度為100W/L?10kW/L，處理溫度為5(T90°C，處理時間為1(Γ30分鐘。
[0009] 本發明方法中，微波破乳處理優選采用間歇加熱的方式，具體為：首先升溫至 70?90°C，然后停止微波，自然冷卻至50?60°C，以此方式進行2?4次破乳操作。
[0010] 本發明方法中，所述的抑菌劑選自為單糖、雙糖以及有機酸鹽、無機鹽中的一種或 幾種，其中單糖為葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖等，優選葡萄糖；雙糖為蔗糖、乳糖、麥芽糖等， 優選蔗糖；有機酸鹽為檸檬酸鹽、醋酸鹽、氨基酸鹽等，優選醋酸鈉；無機鹽為氯化鈉、氯化 鉀等，優選氯化鈉；抑菌劑的加入量與液態烷烴中水的質量比為1 :〇. 5~1 :10,優選1 :2~1 : 5〇
[0011] 本發明方法中，微波滅菌處理的條件為：微波頻率為300?3000MHz，微波功率密 度為20?100W/L，處理時間為5?10分鐘。
[0012] 與現有技術相比，本發明方法具有如下優點： (1)純品不容易出現染菌情況，但是實際的液態烷烴中經常會夾帶一定的水分，從而為 細菌滋生帶來了一定的可能性，因此烷烴的滅菌一般是針對這部分夾帶水，本發明方法引 入了微波及抑菌劑兩種控制手段，滅菌有針對性，同時微波與抑菌劑之間相互配合，滅菌效 果突出，解決了常規蒸汽滅菌中存在的烷烴損失及染菌風險高的問題。
[0013] (2)烷烴密度比水小，因此在烷烴體系中，出現烷烴在上水在下的分層狀態，水具 有極性，有良好的吸波效應，通過微波加熱的方式，可以瞬時提高夾帶水的溫度，在微波的 作用下，能夠對水產生熱滅菌的效果，同時，由于烷烴的非極性特征，不具吸波效應，有利于 烷烴中的結合水的剝離。
[0014] (3)微波的殺菌作用主要通過使蛋白質變性、改變細胞膜通透性等方式，影響菌體 正常代謝，從而起到殺菌作用。但細菌作為生命體，自身具有自主調控功能，能夠應對外來 刺激，形成應激反應。這種調控作用的基礎在于水環境。本方法通過加入單糖、雙糖、有機 酸鹽以及無機鹽等添加劑，在烷烴體系中形成局部的高滲環境，從而會使菌體細胞內的水 分大量流失，使菌體的應激機制受到抑制，從而大大提升了微波的殺菌效果。同時，這些高 濃度的營養物質會隨著烷烴流加進入到發酵體系中，從而對促進發酵菌株代謝，提高發酵 水平，具有一定的增益效果。
【具體實施方式】
[0015] 下面結合實施例對本發明方法的具體過程及效果進行說明，但不局限于以下實施 例。
[0016] 本實施例中選用熱帶假絲酵母（Candida tropicalis)突變株PF-UV-56作為發酵 菌株進行長鏈烷烴發酵生產長鏈二元酸實驗，該突變株保藏在中國微生物菌種保藏管理委 員會普通微生物中心，保藏編號為CGMCC NO. 0356。采用卡爾費休水分測量儀對烷烴體系中 的含水量進行測量，從而確定滅菌各參數控制。
[0017] 實施例1 (1)將IOL十二碳正構烷烴，含水量2% (V:V)，加入15L補料儲罐中，微波破乳處理， 微波頻率2450MHz，微波功率為5KW，微波加熱升溫至90°C，然后自然降溫至50°C，重復升 溫-降溫過程兩次。
[0018] (2)向步驟（1)中的烷烴中加入葡萄糖200g，進行微波滅菌，微波頻率896MHz，微 波功率為200W，處理10分鐘，滅菌后的烷烴記為Al，降溫備用。
[0019] 實施例2 (1)將IOL十二碳正構烷烴，含水量3.3% (V:V)，加入15L補料儲罐中，微波破乳處 理，微波頻率896MHz，微波功率為1KW，微波加熱升溫至80°C，然后自然降溫至60°C，重復升 溫-降溫過程4次。
[0020] (2)向步驟（1)中的烷烴中加入蔗糖80g，進行微波滅菌，微波頻率500MHz，微波功 率為400W，處理10分鐘，滅菌后的烷烴記為A2,降溫備用。
[0021] 實施例3 (1)將IOL十二碳正構烷烴，含水量5. 2% (V:V)，加入15L補料儲罐中，微波破乳處理， 微波頻率500MHz，微波功率為1KW，微波加熱升溫至90°C，然后自然降溫至50°C。
[0022] (2)向步驟（1)中的烷烴中加入醋酸鈉66g，進行微波滅菌，微波頻率400MHz，微波 功率為400W，處理10分鐘，滅菌后的烷烴記為A3,降溫備用。
[0023] 對比例1 將IOL十二碳正構烷烴，含水量2%(V:V)，加入15L補料儲罐中。夾套加熱至90°C，隨 后罐底通入0. 4MPa蒸汽，升溫至121°C，維持溫度30分鐘后，自然冷卻至37°C。滅菌后的 燒經記為A4。
[0024] 對比例2 將IOL十二碳正構烷烴，含水量3.3% (V:V)，加入15L補料儲罐中，夾套加熱至90°C， 隨后罐底通入〇.4MPa蒸汽，升溫至121°C，維持溫度30分鐘后，自然冷卻至37°C。加入蔗 糖80g，攪拌均勻。將此烷烴標記為A5。
[0025] 對比例3 將IOL十二碳正構烷烴，含水量5. 2%(V:V)，加入15L補料儲罐中，微波破乳處理，微波 頻率500MHz，微波功率為1KW，微波加熱升溫至90°C，然后自然降溫至50°C，重復升溫-降 溫過程兩次，滅菌后的烷烴標記為A6。
[0026] 實施例4 以熱帶假絲酵母為發酵菌株，分別以滅菌后的十二碳正構烷烴A1~A6為底物，采用批 次補加、梯度調節PH的方式進行好氧發酵，直至144h時反應結束。最終發酵結果見表1。
[0027] 表1十二碳二元酸發酵試驗的結果。
【主權項】
1. 一種液態烷烴的滅菌方法，其特征在于包括以下內容：用于生物轉化的液體烷烴， 經微波破乳處理，烷烴與水分層，加入抑菌劑，進行微波滅菌處理，得到滅菌的液態烷烴。
2. 按照權利要求1所述的方法，其特征在于：所述的液體烷烴為能夠用于生物發酵的 含有5?16個碳原子的烷烴。
3. 按照權利要求1所述的方法，其特征在于：微波破乳處理的條件為：微波頻率為 300?3000MHz，微波功率密度為100W/L?10kW/L，處理溫度為5(T90°C，處理時間為1(Γ30 分鐘。
4. 按照權利要求1或3所述的方法，其特征在于：微波破乳處理采用間歇加熱的方式， 具體為：首先升溫至70?90°C，然后停止微波，自然冷卻至50?60°C，以此方式進行2? 4次破乳操作。
5. 按照權利要求1所述的方法，其特征在于：所述的抑菌劑選自為單糖、雙糖以及有機 酸鹽、無機鹽中的一種或幾種。
6. 按照權利要求1所述的方法，其特征在于：所述的單糖為葡萄糖、果糖、半乳糖或核 糖中的一種或幾種；雙糖為蔗糖、乳糖或麥芽糖中的一種或幾種；有機酸鹽為檸檬酸鹽、醋 酸鹽或氨基酸鹽中的一種或幾種；無機鹽為氯化鈉或氯化鉀。
7. 按照權利要求1所述的方法，其特征在于：抑菌劑的加入量與液態烷烴中水的質量 比為 1 :0· 5?1 :10。
8. 按照權利要求1所述的方法，其特征在于：抑菌劑的加入量與液態烷烴中水的質量 比為1 :2?1 :5。
9. 按照權利要求1所述的方法，其特征在于：微波滅菌處理的條件為：微波頻率為 300?3000MHz，微波功率密度為20?100W/L，處理時間為5?10分鐘。
【專利摘要】本發明公開了一種液態烷烴的滅菌方法，包括以下內容：用于生物轉化的液體烷烴，經微波破乳處理，烷烴與水分層，加入抑菌劑，進行微波滅菌處理，得到滅菌的液態烷烴。微波破乳處理的條件為：微波頻率為300～3000MHz，微波功率密度為100W/L～10kW/L，處理溫度為50~90℃，處理時間為10~30分鐘。微波滅菌處理的條件為：微波頻率為300～3000MHz，微波功率密度為20～100W/L，處理時間為5～10分鐘。本發明方法解決了常規蒸汽滅菌中存在的烷烴損失及染菌風險高的問題，具有廣闊的應用前景。
【IPC分類】A61L2-12, C12P7-64, C12R1-74
【公開號】CN104561147
【申請號】CN201310496025
【發明人】張霖, 廖莎, 姚新武, 師文靜, 李曉姝, 王領民
【申請人】中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年10月22日