CN106554927A - 一种制备甲烷氧化菌的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备甲烷氧化菌的方法，执行如下步骤：1）向反应器中甲烷氧化菌以及无机盐培养基，并向反应器中通入甲烷和氧气；2）用所述反应器中的细碎装置将加入的气体打碎为微小气泡,以融入反应器的液体中并随液体沿反应器内流动流动,进行发酵过程；3）当发酵过程结束时，认定发酵过程结束，将反应器内的产物进行初步浓缩,并且经过加热并迅速冷却干燥为初步产品。该方法主要为大型反应装置进行甲烷氧化菌的生产做准备，通过反应器等装置对甲烷氧化菌进行培养，采用细碎气泡等手段提高甲烷等气体的水溶性，添加无机盐培养基提高反应效率，使该方法可以适应大规模的生产应用。

Description

一种制备甲烷氧化菌的方法
技术领域
本发明涉及一种制备甲烷氧化菌的方法，属于酶学或微生物学装置技术领域。
背景技术
甲烷氧化菌是一种特殊的微生物, 它以甲烷为唯一的碳源和能源, 甲烷氧化菌在自然界碳循环和工业生物技术中具有重要的应用价值。利用甲烷生产单细胞蛋白始于70年代，1970年英国壳牌公司在英国建立了一个规模为年产300吨的天然气蛋白试验装置，1974年，壳牌公司宣布在英国建立一个规模更大的试验装置，并筹备在荷兰阿姆斯特丹筹备一个规模为年产10万吨装置的发展计划。但在1976 年，壳牌公司决定停止该发展计划并无限推迟，当时的原因归结为：大豆和玉米的价格很低。1999年挪威国家石油公司与英国Nycomed Amer-sham公司联合投资建设了世界上第一套用天然气生产甲烷氧化菌单细胞蛋白的工业装置。这套装置具有年产1万吨生物蛋白的能力。生产出的单细胞蛋白含70%蛋白质、12%碳水化合物、10%脂肪和8%矿物质，目前在挪威已有农业合作社作为饲料出售。
但是由于甲烷在水溶液中的溶解度低, 甲烷氧化菌利用甲烷的效率低,导致甲烷氧化菌生长速率慢, 所得细胞浓度低, 因此其成为甲烷氧化菌工业应用的瓶颈. 强化气液传质是建立甲烷氧化菌高密度快速培养的关键之一. 传统的解决办法是增加气速和搅拌速率,但是增加气速和搅拌速率,一方面导致大量泡沫产生,降低反应器利用效率,另一方面会消耗大量动力,增加成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提出一种可应用于工业环境，并能进行大规模的甲烷氧化菌，同时具有较高的甲烷利用率的甲烷氧化菌的制备方法。
本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种大规模制备甲烷氧化菌的方法，执行如下步骤：
1）向反应器中添加甲烷气体、氧气、甲烷氧化菌及无机盐；
2）用所述反应器中的细碎装置将加入的气体打碎为微小气泡, 以融入反应器的液体中并随液体沿反应器内流动流动, 进行发酵过程；
在所述细碎装置的下游端通入有机溶质，所述有机溶质为正己烷和正十二烷；
3）当所述反应器的出料口发酵液质量浓度达到2-3%时，认定发酵过程结束，将反应器内的产物进行初步浓缩使产物质量浓度达到20-30%，并且经过加热并迅速冷却干燥为初步产品。
上述技术方案的改进是：所述无机盐包括，氯化铵、丙酮酸钠、KH2PO4、七水MgSO4。
上述技术方案的改进是：所述无机盐和水配成无机盐溶液，所述无机盐溶液中KH2PO4浓度为3.9mmol/L，七水MgSO4浓度为0.15mmol/L,氯化铵浓度为10mmol/L, 丙酮酸钠浓度为16mmol/L。
上述技术方案的改进是：步骤2)中的反应条件为，反应器内PH维持7.2反应器内温度为30±1℃，保证所述反应器中的反应体系稀释速率在0.1-0.2/h，逐步将反应器内的发酵液质量浓度达到2-3%。
上述技术方案的改进是：步骤2）中的所述正己烷与所述正十二烷的分数比为1:2。
本发明的有益效果是：该方法主要为大型反应装置进行甲烷氧化菌的生产做准备，通过反应器等装置对甲烷氧化菌进行培养，考虑到甲烷等气体的水溶性较差，便采用细碎气泡等手段提高甲烷等气体的水溶性，并添加无机盐培养基提高反应效率，以使该方法可以适应大规模的生产应用，同时采用流动循环反应等方式防止物料过多的浪费，维持反应物在一个稳定的稀释速率上，以使得反应过程稳定。
而随着添加进入的有机溶质，增加了甲烷的溶解率，进一步提高在同情况下甲烷氧化菌的生成率。
具体实施方式
实施例
本实施例的一种大规模制备甲烷氧化菌的方法，执行如下步骤：
1）向反应器中添加甲烷气体、氧气、甲烷氧化菌及无机盐培养基；
2）用所述反应器中的细碎装置将加入的气体打碎为微小气泡, 以融入反应器的液体中并随液体沿反应器内流动流动, 进行发酵过程；
在所述细碎装置的下游端通入有机溶质，所述有机溶质为正己烷和正十二烷；
3）当所述反应器的出料口发酵液质量浓度达到2-3%时，认定发酵过程结束，将反应器内的产物进行初步浓缩使产物质量浓度达到20-30%，并且经过加热并迅速冷却干燥为初步产品。
本实施例的所述无机盐培养基包括，氯化铵、水、丙酮酸钠、KH2PO4、七水MgSO4。
本实施例的无机盐和水配成无机盐溶液，所述无机盐溶液中KH2PO4浓度为3.9mmol/L，七水MgSO4浓度为0.15mmol/L,氯化铵浓度为10mmol/L, 丙酮酸钠浓度为16mmol/L。
本实施例的步骤2)中的反应条件为，反应器内PH维持7.2反应器内温度为30±1℃，保证所述反应器中的反应体系稀释速率在0.1-0.2/h，逐步将反应器内的发酵液质量浓度达到2-3%。
以下是应用上述方法在不同的PH条件下经过24H甲烷氧化菌的生长状况显示，PH在7.2时甲烷氧化菌细胞浓度明显高于其他情况，
本实施例的步骤2）中的所述正己烷与所述正十二烷的分数比为1:2。
通下述表格可以看出，本实施例添加有机溶质与不添加有机溶质的情况相比，
以上结果的其他条件基本相同，并不影响最终结果，此处省略未述。
本发明不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种制备甲烷氧化菌的方法，其特征在于执行如下步骤：
1）向反应器中甲烷氧化菌以及无机盐，并向反应器中通入甲烷和氧气，气体比例为1:1.1～1:1.4；
2）用所述反应器中的细碎装置将加入的气体打碎为微小气泡，以融入反应器的液体中并随液体沿反应器内流动流动，进行发酵过程；
在所述细碎装置的下游端通入有机溶质，所述有机溶质为正己烷和正十二烷；
3）当所述反应器的出料口发酵液质量浓度达到2-3%时，认定发酵过程结束，将反应器内的产物进行初步浓缩使产物质量浓度达到20-30%，并且经过加热并迅速冷却干燥为初步产品。
2.如权利要求1所述的制备甲烷氧化菌的方法，其特征在于：所述无机盐包括，氯化铵、丙酮酸钠、KH2PO4、七水MgSO4。
3.如权利要求2所述的制备甲烷氧化菌的方法，其特征在于：所述无机盐和水配成无机盐溶液，所述无机盐溶液中KH2PO4浓度为3.9mmol/L，七水MgSO4浓度为0.15mmol/L,氯化铵浓度为10mmol/L, 丙酮酸钠浓度为16mmol/L。
4.如权利要求1所述的制备甲烷氧化菌的方法，其特征在于：步骤2)中的反应条件为，反应器内PH维持7.2反应器内温度为30±1℃，保证所述反应器中的反应体系稀释速率在0.1-0.2/h，逐步将反应器内的发酵液质量浓度达到2-3%。
5.如权利要求1所述的制备甲烷氧化菌的方法，其特征在于：步骤2）中的所述正己烷与所述正十二烷的分数比为1:2。
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