CN101525645B - 山梨糖发酵培养基的微滤膜除菌方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物化工领域，特别涉及使用陶瓷微滤膜进行山梨糖发酵培养基的膜除菌方法。它包括培养基的制备、预过滤、膜除菌、臭氧杀菌几个步骤。采用陶瓷微滤膜对山梨糖发酵培养基进行过滤，培养基中水溶性小分子如山梨醇、氨基酸可自由通过微滤膜，而细菌等微生物则不能通过，从而实现培养基的无菌。本发明以膜除菌完全代替传统的高温蒸汽杀菌，不仅能节约大量的热能和冷却水，同时最大限度地保持培养基的营养成分，提高发酵产品的产率，大大降低维生素C的生产成本。
Description
技术领域
本发明属于生物化工领域，特别涉及一种使用陶瓷微滤膜进行山梨糖发酵培养基的膜除菌方法。
背景技术
培养基是微生物生长和产物合成所必需的一组营养物质，通常由葡萄糖、酵母粉、蛋白胨、无机盐等组成。按其用途培养基可分种子培养基和发酵培养基。种子培养基是指用于摇瓶种子培养或工业生产用的种子罐种子培养的营养组成。发酵培养基是含有供微生物细胞或菌丝体迅速生长繁殖和合成产物之需要的营养组分。在本发明中，用于山梨糖发酵种子罐种子培养的培养基称为山梨糖发酵种子培养基；用于山梨糖发酵罐的发酵培养基称为山梨糖发酵培养基，山梨糖发酵培养基也包括山梨糖发酵种子培养基。
在工业及实验室发酵过程中，通常采用湿热灭菌，即将培养基各组分加水溶解，加热到121℃，然后保温6～10分钟，通过高温将培养基中微生物杀死，从而达到无菌的要求。培养基灭菌后，采用冷却水将其温度降至28℃～30℃，即可接种发酵。
维生素C(抗坏血酸)是一种人体所必需的维生素，其生产机理如下：
微滤是以静压差为动力，利用微孔膜的‘筛分’作用进行膜分离的过程。微孔滤膜具有比较整齐、均匀的多孔结构，在静压差的作用下，小于膜孔的粒子通过滤膜，粒径大于膜孔径的粒子则被阻拦在滤膜表面，使大小不同的组分得以分离。
申请号为02121075.6的的中国专利公开了微生物发酵培养基的制备工艺，这个专利方法首先将培养基的固体成分用所需总用水量的40％～65％的水进行溶解、混匀，得到的培养基混悬物用蒸汽进行湿热灭菌；然后将剩余水经过石英砂柱进行预滤，再通过除菌滤器制备为无菌水；最后再将二者混合。申请号为91108818.0的中国专利公开了一种液体培养基除菌的方法，通过把机械过滤除颗粒杂质，紫外线杀菌和高分子有机滤膜除菌的三种手段相结合来制备无菌液体培养基。
以上专利技术方法存在的不足之处为：
1、部分培养基仍采用传统的高温蒸汽湿热灭菌，仍需消耗较多的热能，培养基中营养成分会受到一定程度的破坏。
2、使用有机膜，机械强度低，易破损、寿命短，而且在除菌前不能使用高温对膜系统进行杀菌，只能采用化学杀菌剂杀菌，杀菌效果难于保证。
3、由于使用有机膜，当进行膜清洗时，对清洗方式及清洗剂有限制。
4、紫外线穿透力低，杀菌效果差
5、培养基的过滤方式为顶端过滤，膜污染严重，培养基液体透过膜的速率很低。
6、难于保障100％除菌，除菌效果稳定性差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种山梨糖发酵培养基的微滤膜除菌方法，以膜除菌技术代替传统的高温蒸汽灭菌进行培养基的除菌，从而最大限度地减少蒸汽和冷却水的消耗，节约能源，降低生产成本。
本发明目的在于利用微滤膜把存在于山梨糖发酵培养基中的细菌及孢子过滤分离出来，从而实现培养基的无菌。
本发明的原理：采用孔径为0.1微米的陶瓷微滤膜对山梨糖发酵培养基进行过滤。培养基中水溶性小分子如山梨醇、氨基酸可自由通过微滤膜，而细菌(0.4～0.5微米)等微生物则不能通过，从而实现培养基的无菌。由于在微滤膜不能做到膜孔径的绝对均一化，为了得到100％的除菌效果，膜除菌后的培养基再辅以臭氧杀菌。山梨醇发酵生成山梨糖是好氧发酵，臭氧杀菌后剩余臭氧会自行分解为氧气，增加培养基的溶氧，因而还可提高发酵速度。
由于膜过滤过程中，物质不发生相变，分离系数较大，室温下操作，不会造成培养基成分的破坏，因此可完全代替传统的高温蒸汽杀菌。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明山梨糖发酵培养基的微滤膜除菌方法，它包括以下步骤：
a、山梨糖发酵培养基的制备
在100Kg水中，加入16～20Kg山梨醇，0.1～0.3Kg玉米浆、0.05～0.2Kg酵母膏，按照上述配比，培养基各种成分称重后加入配料罐中，室温下加水搅拌溶解，制得山梨糖发酵培养基；
b、预过滤
在1.08Kw离心泵的作用下，采用0.5微米的管式陶瓷膜以错流的方式过滤山梨糖发酵培养基，除去其中不容性颗粒物质，以便减少膜污染。稳定过滤膜通量1100～1286L/hm2，过滤后的山梨糖发酵培养基用泵将料液输送至料罐。
c、膜除菌
在进行山梨糖发酵培养基膜除菌前，使用高温蒸汽(100℃)对陶瓷膜组件、不锈钢管路、阀门及发酵罐进行35分钟杀菌，冷却至室温后，启动离心泵进行山梨糖发酵培养基料液的微滤，微滤操作条件：0.1微米管式陶瓷膜，控制料液温度30℃，压力0.16～0.18Mpa，稳定膜通量120～160L/hm2。过滤后的山梨糖发酵培养基被输送至发酵罐。
d、臭氧杀菌
使用200w的臭氧发生机对500毫升去离子水进行曝气30分钟，获得浓度为16.8ppm的臭氧水，通过输液管将臭氧水加入到微滤后的山梨糖发酵培养基中，使臭氧的浓度达到1.8～2.0ppm，杀菌10分钟。
本发明与现有技术相比具有的有益效果为：
①培养基的所有组分均采用膜过滤除菌，节约热能效果更好。
②由于培养基的所有组分没有经受高温处理，因而培养基中的营养成分没有受到破坏，也没有不利于发酵的物质生成，有利于黑醋菌的生长和山梨醇氧化生成山梨糖。
③采用0.5微米的陶瓷膜进行山梨糖培养基的预处理，可比普通的机械过滤如板框过滤，具有更好的澄清作用，更有利于减少膜污染。
④采用错流过滤方式，膜污染小，膜通量高，可达120L/hm2以上。
⑤采用管式陶瓷膜，当进行膜清洗时，对清洗方式及清洗剂无限制。
⑥本发明所设计的膜除菌设备使用寿命长。
⑦臭氧杀菌杀菌能力强，可迅速杀灭细菌繁殖体和芽孢、病毒、真菌等微生物。膜除菌后的培养基再辅以臭氧杀菌，可保证得到100％的除菌效果，生产稳定性高。
具体实施方式
下面对本发明作进一步的详细说明。
山梨糖发酵过程中，山梨糖发酵培养基也包括山梨糖发酵种子培养基。
实施例一
山梨糖发酵过程中种子培养基的膜除菌
a、种子培养基的制备
于100Kg水中，加入16Kg山梨醇，0.1Kg玉米浆、0.2Kg酵母膏、0.15Kg磷酸氢二钾、0.2Kg硫酸镁。各成分按照配比称重后加入配料罐中，室温下加水搅拌溶解，即得种子培养基。
b、预过滤
在1.08Kw离心泵的作用下，采用0.5微米的管式陶瓷膜以错流的方式过滤种子培养基的料液，除去其中不容性颗粒物质，以便减少膜污染。稳定过滤膜通量1286L/hm2以上，过滤后的种子培养基料液用泵将输送至料罐。
c、膜除菌
在进行种子培养基膜除菌前，使用高温蒸汽(100℃)对陶瓷膜组件、不锈钢管路、阀门及发酵罐进行35分钟杀菌，冷却至室温后，启动离心泵进行培养基料液的微滤。微滤操作条件：0.1微米管式陶瓷膜，控制料液温度30℃，压力0.16Mpa，稳定膜通量160L/hm2。过滤后的种子培养基(无菌透过液)被输送至发酵罐中。
d、臭氧杀菌
使用200w的臭氧发生机对500毫升去离子水进行曝气30分钟，获得浓度为16.8ppm的臭氧水。通过输液管将臭氧水加入到微滤后的山梨糖发酵培养基中，使臭氧的浓度达到1.8ppm，杀菌10分钟。
采用上述方法制备的山梨糖发酵种子培养基，经微生物学检测，无微生物菌落产生即100％无菌；种子培养基的营养成分如生物素、氨基酸基本保存不变。
实施例二
山梨糖发酵培养基的膜除菌
a、发酵培养基的制备
于100Kg水中，加入20Kg山梨醇，0.3Kg玉米浆、0.05Kg酵母膏、0.1Kg尿素。各成分按照配比称重后加入配料罐中，室温下加水搅拌溶解，即得发酵培养基。
b、预过滤
在1.08Kw离心泵的作用下，采用0.5微米的管式陶瓷膜以错流的方式过滤山梨糖发酵培养基，除去其中不容性颗粒物质，以便减少膜污染。稳定过滤膜通量1100L/hm2以上，过滤后的山梨糖发酵培养基用泵输送至料罐。
c、膜除菌
在进行发酵培养基膜除菌前，使用高温蒸汽(100℃)对陶瓷膜组件、不锈钢管路、阀门及发酵罐进行50分钟杀菌，冷却至室温后，启动离心泵进行发酵培养基料液的微滤。微滤操作条件：0.1微米管式陶瓷膜，控制料液温度30℃，压力0.18Mpa，稳定膜通量120L/hm2以上。过滤后的发酵培养基(无菌透过液)被输送至发酵罐中。
d、臭氧杀菌
使用200w的臭氧发生机对500毫升去离子水进行曝气30分钟，获得浓度为16.8ppm的臭氧水。通过输液管将臭氧水加入到微滤后的山梨糖发酵培养基中，使臭氧的浓度达到2.0ppm，杀菌10分钟。
具体实施过程：
本发明采用管式陶瓷膜，其膜孔径为0.1微米，膜面积为0.1m2。操作压力0.1～0.28Mpa，流速1200～5000L/h。在进行培养基膜除菌前，使用由蒸汽发生器产生的高温蒸汽(100℃)对陶瓷膜组件、不锈钢管路、阀门及发酵罐进行35分钟杀菌，冷却至室温后启动膜设备进行培养基料液的微滤。预过滤后的山梨糖发酵培养基输送到料罐中，在离心泵的作用下，流经热交换器进入陶瓷膜组件。溶于水的小分子培养基成分透过膜，而其中的细菌等微生物不能穿过膜而被截留下来。透过陶瓷膜的培养基以无菌状态进入发酵罐，截留液经管道返回到料罐中。由于培养基的料液在长时间循环运转过程会产生热量而使料液温度升高至60℃以上，根据料罐温度计指示，开启冷却水阀门使培养基料液的温度保持在30℃左右。根据进口压力计和出口压力计和流量计的指示，通过隔膜阀可调节膜组件的压力和料液通过膜组件的流速。
采用上述方法制备的山梨糖发酵培养基，经微生物学检测，无微生物菌落产生即100％无菌；培养基的营养成分如生物素、氨基酸基本保持不变。
Claims (1)
1.山梨糖发酵培养基的微滤膜除菌方法，其特征是，它包括以下步骤：
a、山梨糖发酵培养基的制备
在100Kg水中，加入16～20Kg山梨醇，0.1～0.3Kg玉米浆、0.05～0.2Kg酵母膏，按照上述配比，培养基各种成分称重后加入配料罐中，室温下加水搅拌溶解，制得山梨糖发酵培养基；
b、预过滤
在1.08Kw离心泵的作用下，采用0.5微米的管式陶瓷膜以错流的方式过滤山梨糖发酵培养基，除去其中不容性颗粒物质，稳定过滤膜通量1100～1286L/hm2，过滤后的山梨糖发酵培养基用泵将料液输送至料罐；
c、膜除菌
在进行山梨糖发酵培养基膜除菌前，使用100℃的高温蒸汽对陶瓷膜组件、不锈钢管路、阀门及发酵罐进行35分钟杀菌，冷却至室温后，启动离心泵进行山梨糖发酵培养基料液的微滤，微滤操作条件：0.1微米管式陶瓷膜，控制料液温度30℃，压力0.16～0.18Mpa，稳定膜通量120～160L/hm2，过滤后的山梨糖发酵培养基被输送至发酵罐；
d、臭氧杀菌
使用200w的臭氧发生机对500毫升去离子水进行曝气30分钟，获得浓度为16.8ppm的臭氧水，通过输液管将臭氧水加入到微滤后的山梨糖发酵培养基中，使臭氧的浓度达到1.8～2.0ppm，杀菌10分钟。
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