CN100355899C - 一种对具荚膜细菌发酵液过滤预处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具荚膜细菌发酵液过滤预处理的方法,属于生物分离技术领域。利用酸或碱对发酵液进行处理,使得菌体表面的荚膜被水解,获得去除荚膜的菌体细胞,减轻菌体颗粒的可塑性,降低发酵液粘度。工艺过程为:利用酸或碱调节发酵液pH,酸处理调节pH1~3,碱处理调节pH11~14;将发酵液升温升温到70℃~100℃,保温0.3~18小时,进行水解。本发明的优点在于:工艺路线简单,设备成本低,发酵液基本无损失,处理效果好。
Description
技术领域
本发明属于生物分离技术领域,特别涉及一种具荚膜细菌发酵液过滤预处理的方法。
背景技术
克雷伯氏肺炎杆菌是一种具有荚膜的兼性厌氧细菌,它是一种广泛研究的生物固氮菌株。近年来,利用克雷伯氏肺炎杆菌以甘油为底物发酵生产1,3-丙二醇逐渐成为一个研究热点。1,3-丙二醇(1,3-Propandiol)是生产聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)的单体。PTT是一种生物可降解的聚酯材料,应用于高级纺织材料。与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PDT)相比,1,3-丙二醇的奇数碳原子数使PTT具有特殊的性能。现行的1,3-丙二醇生产方法主要有丙烯醛法和环氧乙烷法,但这两种方法存在副反应多、反应条件苛刻以及环境污染等问题,而且产量较少,极大地制约了1,3-丙二醇的生产和应用,利用甘油或葡萄糖发酵法生产1,3-丙二醇具有条件温和、生产原料为可再生资源、环境污染小等优点,受到越来越多的重视。
綦文涛、修志龙在“中国生物工程杂志,2003,23,64-68”中发表的“甘油歧化生产1,3-丙二醇过程的代谢和基因调控机理研究进展”及张健、赵红英、刘宏娟等在“现代化工,2002,22,32-35”上发表的“葡萄糖作为辅助底物发酵生产1,3-丙二醇的研究”H.Biebl·K.Menzel·A.-P.Zeng·W.-D.Deckwer在“Appl Microbiol Biotechnol(1999)52:289-297”中发表的“Microbialproduction of 1,3-propanediol”表明,利用克雷伯氏肺炎杆菌(Klebsiellapneumoniae),以甘油原料进行发酵可以生产1,3-丙二醇。发酵结束时发酵液中的菌体浓度OD一般在4~15之间,要将1,3-丙二醇从发酵液中提取出来,首先要进行发酵液中菌体等固体杂质与液体的分离。对于常用的固液分离方法有,絮凝、板框过滤、膜过滤等方法。克雷伯氏肺炎杆菌的菌体细胞外具有一层荚膜,对菌体其营养和保护作用。但是荚膜的存在使得发酵液粘度较大,而且荚膜是附着于菌体表面,使菌体成为一种具有塑性的颗粒。这些特性使得其发酵液在进行固液分离时很困难。板框过滤难以进行,膜过滤通量较低,而且残渣率较高。在板框过滤时,如果使用的助滤剂颗粒较大,形成比菌体细胞大的孔洞时,在过滤推动力的作用下,细胞外的荚膜发生形变,而通过孔洞,使得助滤剂起不到过滤效果。当使用的助滤剂颗粒较小,形成比菌体细胞小的孔洞时,菌体被截流,而菌体的荚膜则变形堵塞菌体细胞间和助滤剂之间形成的空隙,使得发酵液中的液体也必能通过,而不能进行过滤操作。同样的原理,在膜过滤中由于荚膜的可塑性,使得膜的孔洞很容易被堵塞,同时荚膜的存在使得发酵液粘度较大,膜表面的切相流速度较慢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对具荚膜细菌发酵液过滤预处理的方法。使得发酵液的菌体与液体组分能够很好的分离。
本发明利用酸或碱对发酵液进行处理,使得菌体表面的荚膜被水解,获得去除荚膜的菌体发酵液,减轻菌体颗粒的可塑性,降低发酵液粘度。从而使得发酵液可以利用板框过滤设备进行过滤,在膜过滤中可以增大膜通量、降低残渣率等。
利用酸或碱进行发酵液过滤预处理的工艺过程为:
1)利用酸碱调节发酵液pH,酸处理调节pH 1~3,碱处理调节pH 11~14;
2)发酵液升温到70℃~100℃,保温0.3~18小时,使得菌体表面的荚膜被水解,获得去除荚膜的菌体细胞,减轻菌体颗粒的可塑性,降低发酵液粘度。
本发明所述发酵液为:具荚膜细菌形成的发酵液,包括:克雷伯氏肺炎杆菌的发酵液;所述酸为硫酸、盐酸、硝酸,中的一种或它们的混和物;所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾,中的一种或它们的混和物。
本发明的优点在于:工艺路线简单,设备成本低,发酵液基本无损失,处理过的发酵液能够通过板框过滤进行过滤,在膜过滤中改善过滤效果等特点。
具体实施方式
本发明提供一种具荚膜细菌发酵液过滤取预处理的方法。其特征在于:利用酸或碱对发酵液进行处理,使得菌体表面的荚膜被水解,获得去除荚膜的菌体细胞,减轻菌体颗粒的可塑性,降低发酵液粘度,从而使得发酵液可以利用板框过滤进行过滤,在膜过滤中可以增大通量、减少残渣率等。
下面再举具体实例对本发明方法予以说明。
实例1
(1)发酵液:克雷伯氏肺炎杆菌利用甘油发酵生产1,3-丙二醇的发酵液,其组分为:1,3-丙二醇57g/L;2,3-丁二醇18g/L;甘油31g/L;乙醇8g/L;乳酸23g/L;醋酸4g/L;琥珀酸6g/L;OD(650nm)13。
(2)发酵液直接过滤效果:
滤纸过滤,过滤开始后过滤速度很快降低到接近0,同时开始过滤得到的滤液并不澄清。
加硅藻土抽滤瓶真空抽滤,现象与滤纸过滤相似,不能得到澄清的滤液。
板框过滤,添加不通型号的助滤剂均没有得到澄清的滤液。
管式微滤膜过滤,100升发酵液,4平米膜面积管式微滤膜,过滤初始速度12升/平米.小时,结束速度6升/平米.小时,残渣20升。
(3)预处理条件:
调酸用硫酸,调节pH1.0
保温,沸水浴0.3小时
(4)预处理后过滤效果:
滤纸过滤,过滤速度均匀,得到清液OD(650nm)值0.05。
板框过滤,添加1%珍珠岩助滤剂,清液OD(650nm)0.3。
管式微滤膜过滤,过滤初始速度40升/平米.小时,结束速度20升/平米.小时,残渣10升。清液OD(650nm)0.02。
实例2
(1)发酵液:克雷伯氏肺炎杆菌利用甘油发酵生产1,3-丙二醇的发酵液,其组分为:1,3-丙二醇58g/L;2,3-丁二醇17g/L;甘油23g/L; 乙醇7g/L;乳酸24g/L;醋酸4g/L;琥珀酸6g/L;OD(650nm)11。
(2)发酵液直接过滤效果:
滤纸过滤,不能得到澄清的滤液。
加硅藻土抽滤瓶真空抽滤,不能得到澄清的滤液。
板框过滤,添加不同型号的助滤剂均没有得到澄清的滤液。
中空纤维式微滤膜过滤,100升发酵液,过滤初始速度2升/平米.小时,结束速度1升/平米.小时,残渣30升。
(3)预处理条件:
调酸用盐酸,调节pH3.0
保温,70℃水浴18小时
(4)预处理后过滤效果:
滤纸过滤,清液OD(650nm)值0.02。
板框过滤,添加1%硅藻土助滤剂,清液OD(650nm)值0.2。
中空纤维式微滤膜过滤,100升发酵液,过滤初始速度6升/平米.小时,结束速度4升/平米.小时,残渣20升,清液OD(650nm)值平均0.04。
实例3
(1)发酵液:克雷伯氏肺炎杆菌利用甘油发酵生产1,3-丙二醇的发酵液,其组分为:1,3-丙二醇61g/L;2,3-丁二醇19g/L;甘油30g/L;乙醇4g/L;乳酸12g/L;醋酸2g/L;琥珀酸4g/L;OD(650nm)9。
(2)发酵液直接过滤效果:
滤纸过滤,不能得到澄清的滤液。
加珍珠岩抽滤瓶真空抽滤,不能得到澄清的滤液。
(3)预处理条件:
调碱用氢氧化钠,调节pH13.0
保温,95℃水浴0.5小时。
(4)预处理后过滤效果:
滤纸过滤,清液OD(650nm)值0.1。
加珍珠岩抽滤瓶真空抽滤,添加1.5%珍珠岩助滤剂,清液650nmOD值0.2。
Claims (4)
1.一种对具荚膜细菌发酵液过滤取预处理的方法,其特征在于:
a、利用酸或碱调节发酵液pH,酸处理调节pH1~3,碱处理调节pH11~14;
b、将发酵液升温升温到70℃~100℃,保温0.3~18小时,进行水解。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述发酵液是具荚膜细菌培养的发酵液,包括:克雷伯氏肺炎杆菌的发酵液。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述酸为硫酸、盐酸、硝酸中的一种或它们的混和物。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或它们的混和物。
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