CN111518847A - 利用色谱吸附法对聚羟基脂肪酸酯发酵液处理的方法和处理系统以及所得发酵废液的应用 - Google Patents

利用色谱吸附法对聚羟基脂肪酸酯发酵液处理的方法和处理系统以及所得发酵废液的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN111518847A
CN111518847A CN202010358344.5A CN202010358344A CN111518847A CN 111518847 A CN111518847 A CN 111518847A CN 202010358344 A CN202010358344 A CN 202010358344A CN 111518847 A CN111518847 A CN 111518847A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fermentation
solid
liquid separation
liquid
chromatographic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010358344.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111518847B (zh
Inventor
佟毅
李义
郭元亨
田芳
李大勇
刘海军
彭超
陈博
杨凯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cofco Nutrition and Health Research Institute Co Ltd
Jilin COFCO Bio Chemical Co Ltd
Cofco Biotechnology Co Ltd
Original Assignee
Cofco Nutrition and Health Research Institute Co Ltd
Jilin COFCO Bio Chemical Co Ltd
Cofco Biotechnology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cofco Nutrition and Health Research Institute Co Ltd, Jilin COFCO Bio Chemical Co Ltd, Cofco Biotechnology Co Ltd filed Critical Cofco Nutrition and Health Research Institute Co Ltd
Priority to CN202010358344.5A priority Critical patent/CN111518847B/zh
Publication of CN111518847A publication Critical patent/CN111518847A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111518847B publication Critical patent/CN111518847B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/62—Carboxylic acid esters
    • C12P7/625—Polyesters of hydroxy carboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G63/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain of the macromolecule
    • C08G63/02—Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds
    • C08G63/06—Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds derived from hydroxycarboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C12M47/10—Separation or concentration of fermentation products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C12M47/12—Purification

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

本发明涉及聚羟基脂肪酸酯的制备领域，具体涉及利用色谱吸附法对聚羟基脂肪酸酯发酵液处理的方法和处理系统以及所得发酵废液的应用。该方法包括：将聚羟基脂肪酸酯的发酵液进行固液分离，得到菌体沉淀和发酵清液；然后将所述发酵清液在色谱柱中进行色谱吸附处理，得到处理后的发酵清液。本发明的方法和系统能够有效地降低PHA的生产成本，且发酵清液经处理回用后能够有效保障PHA发酵菌种的发酵效率和PHA得率。

Description

利用色谱吸附法对聚羟基脂肪酸酯发酵液处理的方法和处理 系统以及所得发酵废液的应用
技术领域
本发明涉及聚羟基脂肪酸酯的制备领域，具体涉及一种利用色谱吸附法对聚羟基脂肪酸酯发酵液进行处理的方法和处理系统，以及得到的处理后的发酵清液在PHA发酵中的应用。
背景技术
聚羟基脂肪酸酯(PHA)是一类完全由微生物合成的高分子聚酯的统称。PHA具有生物可降解性和生物相容性，因而被认为是环境友好型材料，有助于解决日益严重的环境污染问题。虽然PHA的使用能够有效地避免石化塑料对环境造成的危害，但目前，这种环境友好的生物塑料的生产成本高昂，PHA的商业化发展一直受制于其高昂的生产成本，为降低成本，研究者们一直致力于解决其底物和灭菌成本高、产率低等方面的问题。
选择优质高产、不易染菌的底盘菌是一个提质降本的有效方法，嗜盐菌是近年来选育出来的性状优质的高产菌株，虽然其在一定程度上降低了PHA的生产成本，但是其发酵过程需要高浓度的盐环境。由于大量无机盐的使用，一方面，也会导致高昂的生产成本，另一方面，产生的高盐废水也面临着需要花很大的成本来处理的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的PHA生成成本高的缺陷，提供一种利用色谱吸附法对聚羟基脂肪酸酯发酵液处理的方法和处理系统以及所得发酵废液的应用，该方法和系统能够有效地降低PHA的生产成本，且发酵清液经处理回用后能够有效保障PHA发酵菌种的发酵效率和PHA得率。
本发明的发明人在研究过程中发现，在采用嗜盐菌进行PHA发酵时，添加到PHA发酵液中的无机盐如果不能在发酵过程中得到重复利用，不仅会增加辅料成本，更会产生大量高盐废水，由此也会导致高昂的废水处理成本。因此回收利用发酵液中的无机盐对PHA产业化有着至关重要的影响，而如果直接将产生的高盐废水进行重复发酵利用，因发酵废液中含有不溶性菌体碎片、变性蛋白、细胞毒素、色素等难以被利用的物质，会造成体系粘度升高、溶氧和传质变差，从而影响发酵菌种的发酵效率。同时随着发酵废液的循环利用，这些物质不断积累会给后续的分离造成一定的困难，从而造成PHA得率和纯度降低。本发明的发明人在研究过程中进一步发现，先将产生的高盐废水进行色谱吸附处理，再将如此处理后的高盐废水重复利用，不仅降低了发酵过程中辅料成本的增加以及废水处理成本，还能够有效保证发酵菌种的发酵效率，从而保障PHA得率。
基于如上的研究成果，本发明一方面提供一种聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理方法，该方法包括：将聚羟基脂肪酸酯的发酵液进行固液分离，得到菌体沉淀和发酵清液；然后将所述发酵清液在色谱柱中进行色谱吸附处理，得到处理后的发酵清液。
本发明第二方面提供了如上所述的处理方法得到的处理后的发酵清液在PHA发酵中的应用。
本发明第三方面提供一种聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理系统，该系统包括：
固液分离单元，用于对聚羟基脂肪酸酯的发酵液进行固液分离，得到菌体沉淀和发酵清液；
色谱吸附单元，用于接收所述发酵清液，并将所述发酵清液在色谱柱中进行色谱吸附处理，得到处理后的发酵清液。
本发明通过对发酵清液进行色谱吸附分离处理，可以从发酵废液中分离出大部分对PHA发酵菌体有害的有机杂质，从而使处理后的发酵废液能够回用到下一批次的发酵生产中，既可以降低辅料成本，也可以减少高盐废水的处理量，减少三废排放，同时色谱柱经过再生使用，可以反复使用，因此，本发明提供的方法是一种低成本、高效的处理方法。此外，本发明还能够有效保证发酵菌种的发酵效率，从而保障PHA得率。
在本发明优选的情况下，通过选用特定的色谱分离介质和色谱分离条件，能够进一步降低PHA的生产成本，保障PHA发酵菌种的发酵效率和PHA得率。
在本发明优选的情况下，通过对PHA发酵液进行三次固液分离，并且第一次固液分离使用碟片式离心机，第二次固液分离使用带式真空过滤机，得到的清液再使用板框过滤机进行第三次固液分离，能够更为有效的对高盐废水进行分离，从而进一步降低PHA的生产成本。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
第一方面，本发明提供了一种聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理方法，该方法包括：将聚羟基脂肪酸酯的发酵液进行固液分离，得到菌体沉淀和发酵清液；然后将所述发酵清液在色谱柱中进行色谱吸附处理，得到处理后的发酵清液。
根据本发明，所述色谱吸附处理所用的色谱分离介质可以为常规的各种色谱吸附介质，例如，可以为非极性大孔吸附树脂、弱极性大孔吸附树脂色、强极性大孔吸附树脂和离子交换树脂的一种或多种。根据本发明一种特别优选的实施方式，所述色谱吸附介质为离子交换树脂，更优选为阴离子交换树脂，例如，强碱性阴离子交换树脂或弱碱性阴离子交换树脂，例如，LX-98、LSA-700或LSA-700B，这些可以购自西安蓝晚晓科技新材料股分有限公司，又例如，DA201A、DA201B、DA201M、201*7，这些可购自江苏苏青水处理工程集团有限公司，又例如，D201，可购自廊坊市南大树脂有限公司。
本发明对所述阴离子交换树脂的种类没有特别的限制，可以为本领域技术人员所公知的各种强碱性阴离子交换树脂和/或弱碱性阴离子交换树脂。所述强碱性阴离子交换树脂可以为强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂和/或强碱性苯乙二烯系阴离子交换树脂。所述弱碱性阴离子交换树脂可以为弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂和/或弱碱性苯乙二烯系阴离子交换树脂。
本发明优选所述阴离子交换树脂为强碱性阴离子交换树脂，例如，强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂和/或强碱性苯乙二烯系阴离子交换树脂。最优选的，所述强碱性阴离子交换树脂为D201，可购自廊坊市南大树脂有限公司。
根据本发明，所述色谱吸附的条件可以采用常规的色谱吸附条件。优选的，为了进一步提高本发明的效果，所述色谱吸附处理的温度为0-40℃，例如，可以为0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃，更优选为15-25℃，例如，可以为15℃、16℃、17℃、18℃、19℃、20℃、21℃、22℃、23℃、24℃、25℃。
根据本发明，所述发酵清液在色谱柱中流动的速度可以在较宽的范围内选择，优选的，为了进一步提高色谱吸附处理的效果，所述色谱吸附处理的温度为0-40℃，所述发酵清液在色谱柱中的流动速度为1-3BV/h，例如，可以为1BV/h、1.5BV/h、2BV/h、2.5BV/h、3BV/h，更优选为1.5-2.5BV/h，例如，可以为1.5BV/h、1.6BV/h、1.7BV/h、1.8BV/h、1.9BV/h、2BV/h、2.1BV/h、2.2BV/h、2.3BV/h、2.4BV/h、2.5BV/h。
根据本发明，所述色谱柱的体积可以为本领域常规的色谱柱体积，优选的，所述色谱柱的体积为5-100ml。
根据本发明，本发明的方法还可以包括对所述色谱柱进行再生，所述再生的方法可以采用本领域常规的色谱柱再生方法，例如，可以包括碱处理和水洗。其中，具体的，所述再生的方法可以包括：用数倍(2-5)于柱体积的浓度为2-4重量％的氢氧化钠溶液再生树脂柱，流速为1-3BV/h，温度为15-25℃。氢氧化钠溶液再生结束后，纯净水洗脱和出口液pH为6-8。
根据本发明，对所述聚羟基脂肪酸酯的发酵液进行固液分离的方法可以按照本领域常规的操作进行，然而本发明的发明人在研究中发现，当所述固液分离包括依次进行的第一固液分离和第二固液分离，更优选的，所述第一固液分离使用碟片式离心机，所述第二固液分离使用带式真空过滤机时，能够进一步降低PHA的生产成本。能够理解的是，当将聚羟基脂肪酸酯的发酵液进行的固液分离优选包括如上第一固液分离和第二固液分离时，所述发酵清液包括第一固液分离所得液相和第二固液分离所得液相，也即，第一固液分离得到第一发酵清液和第一菌体沉淀，第二固液分离对所述第一菌体沉淀进行再次分离，得到第二发酵清液和第二菌体沉淀，然后将所述第一发酵清液和第二发酵清液合并作为所述发酵清液，而所述第二菌体沉淀进行下一步处理。
其中，本发明对将聚羟基脂肪酸酯的发酵液进行固液分离的条件并没有特别的限制，可以为本领域常规的操作条件，但优选的，所述固液分离的条件使得最终所得菌体沉淀的水含量为40-90重量％，进一步优选为60-80重量％。能够理解的是，当所述固液分离仅包括第一固液分离时，所述菌体沉淀即为如上所述的第一菌体沉淀，当所述固液分离包括如上的第一固液分离和第二固液分离时，所述菌体沉淀即为如上所述的第二菌体沉淀。
根据本发明一种优选的实施方式，所述第一固液分离使用碟片式离心机，分离的条件使得第一固液分离后所得第一菌体沉淀的水含量为70-85重量％；所述第二固液分离使用带式真空过滤机，分离的条件使得第二固液分离后所得第二菌体沉淀的水含量为60-80重量％。
根据本发明，进一步优选的，该方法还包括，在将所述发酵清液在色谱柱中进行色谱吸附处理之前，将所述发酵清液进行第三固液分离，所述第三固液分离使用板框过滤机进行板框过滤。板框过滤条件优选包括：压力为0.2-0.6MPa，滤布800-1000目。
第二方面，本发明还提供了如上所述的处理方法得到的处理后的发酵清液在PHA发酵中的应用。
根据本发明，所述处理后的发酵清液用作PHA发酵培养基的配液水。
如上所述的处理方法得到的处理后的发酵清液中已经分离出了大部分对PHA发酵菌体有害的有机杂质，从而使其能够回用到下一批次的发酵培养基配制中，既可以降低辅料成本，也可以减少高盐废水的处理量，减少三废排放。此外，本发明还能够有效保证发酵菌种的发酵效率，从而保障PHA得率。
根据本发明，所述发酵培养基含有如上所述的处理方法得到的处理后的发酵清液。
根据本发明，还可以根据情况在发酵培养基中添加尿素、玉米浆、葡糖糖、无机盐(氯化钠、氯化钾、磷酸钠、硫酸钠、磷酸二氢钾和硫酸镁中的至少一种；更优选氯化钠、硫酸镁和磷酸二氢钾)和微量元素；优选的，各物质的用量使得，相对于1L的发酵培养基，氯化钠20-80g/L，葡萄糖10-50g/L，玉米浆粉3-18g/L，尿素1.5-5g/L，硫酸镁0.1-1.5g/L，磷酸二氢钾3-10g/L，微量元素母液I 5-15mL/L，微量元素母液II 1-5mL/L。所述微量元素I和II，参照引用专利CN201010578858.8。
根据本发明一种具体的应用，为发酵制备PHA的方法，该方法包括：在能够发酵产PHA的条件下，将PHA发酵菌种接种至如上发酵培养基中进行发酵，并将所述发酵液进行固液分离，得到菌体沉淀；然后将所述菌体沉淀进行破壁，并对所得破壁产物进行板框过滤，得到所述聚羟基脂肪酸酯；其中，所述板框过滤的滤布上预涂覆有聚羟基脂肪酸酯层。
根据本发明，优选的，所述预涂覆在所述滤布上的聚羟基脂肪酸酯的平均粒径大于所述破壁产物中的聚羟基脂肪酸酯的平均粒径，能够进一步提高所得PHA产品的回收率和纯度。通常情况下，所述破壁产物中的聚羟基脂肪酸酯的粒径为0.1-10μm，优选为0.3-5μm。优选的，预涂覆在所述滤布上的聚羟基脂肪酸酯的粒径为1-200μm，其中，可以通过商购获得预涂覆在所述滤布上的聚羟基脂肪酸酯。
根据本发明，所述聚羟基脂肪酸酯层的厚度可以在较宽的范围内进行选择，优选的，为了进一步提高所得PHA产品的纯度，所述聚羟基脂肪酸酯层的厚度为1-30mm，优选为8-12mm，例如，可以为8mm、9mm、10mm、11mm、12mm。
根据本发明，预涂覆所述聚羟基脂肪酸酯层后的滤布的孔径优选为1-25μm，优选为2-10μm，可以为2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm。
根据本发明，在所述滤布上涂覆聚羟基脂肪酸酯层的方法不受特别的限制，例如，可以将PHA与水混合后配制成悬浮液，然后涂覆在所述滤布上，再干燥从而完成聚羟基脂肪酸酯层的涂覆。
根据本发明，所述板框过滤的条件优选包括：温度为10-40℃，压力为0.2-0.8MPa，时间为1-8小时；更优选：温度为20-35℃，压力为0.6-0.7MPa，时间为3-5小时。
根据本发明，对第二方面中固液分离的方式和条件并没有特别的限制，可以为按照如上第一方面中固液分离的方式进行。
根据本发明，优选的，在对所述菌体沉淀进行破壁之前，本发明的方法还包括对所述菌体沉淀进行洗涤的步骤。所述洗涤可以进一步除去菌体沉淀中的杂质，从而进一步提高PHA产品的纯度。其中，可以使用本领域常规的洗涤液对所述菌体沉淀进行洗涤，例如，水、生理盐水以及各种缓冲液，例如，PBS缓冲液等。所述洗涤的次数可以在根据菌体沉淀中所含杂质而定，优选的，洗涤1-5次。
根据本发明，所述破壁的方法可以为本领域常规的对菌体进行破壁的方法，例如，有机溶剂萃取法、物理机械破碎法、表面活性剂法、酶法等。但本发明的发明人发现，有机溶剂萃取法需要加入第三种溶剂组分，存在分离过程复杂、溶剂回收困难的弊端；机械破碎法存在能耗较大、破碎不均匀和放大难度大等问题；表面活性剂法多少会存在毒性。因此，基于如上的问题，本发明的发明人提出蒸煮法破壁或酶法破壁，更优选为蒸煮法破壁，在该优选的情况下，不仅解决了现有破壁方法的缺陷，还有效的提高了最终PHA产物的纯度。
根据本发明，优选的，在所述菌体沉淀进行破壁之前，还包括将菌体沉淀的pH值调节至破壁剂适宜作用的范围内，优选为6-10，更优选为7-9。
根据本发明，所述蒸煮法破壁的条件优选包括温度为60-200℃，压力为0.1-0.3MPa，搅拌转速为50-250rpm，时间为0.5-4小时；更优选，温度为90-130℃(90℃、100℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃)，压力为0.1-0.2MPa(0.1MPa、0.12MPa、0.14MPa、0.16MPa、0.18MPa、0.2MPa)，搅拌转速为80-120rpm，时间为1-2.5小时。在该优选的范围内，能够进一步提高最终所得PHA的回收率和纯度。
根据本发明，所述酶法破壁所用的酶可以为能够用于对菌体破壁的常规酶，例如，可以为溶菌酶、蛋白酶和脂肪酶中的至少一种。
根据本发明，在将所述破壁产物进行板框过滤之前，该方法还优选包括对所述破壁产物进行除杂纯化的处理。发明人发现，在对所述菌体沉淀破壁之后，破壁产物中主要包括PHA、菌体细胞壁以及各种细菌内的各种胞内成分，而PHA和细胞壁基本不溶于水。根据本发明一种优选的实施方式，使用离心的方法将所述破壁产物进行除杂，所述离心的条件使得细胞壁等杂质在上层，PHA在下层。如此，上层中不仅包含了大部分的大分子等不溶性杂质，还包括了所有的可溶性杂质，而下层主要为PHA不溶性物质。其中，所述离心优选使用碟片式离心机。
进一步优选的，在离心结束后，还包括将下层中的PHA进行洗涤。所述洗涤优选为水洗，水洗的程度为将细胞壁等大部分杂质分离出去为止，优选为1-5次。
根据本发明，该方法还包括将所述聚羟基脂肪酸酯进行干燥，例如，喷雾干燥。
根据本发明，所述聚羟基脂肪酸酯的发酵液可以为本领域常规的可用于制备聚羟基脂肪酸酯的微生物的发酵液，优选的，所述微生物为嗜盐菌，例如，可以为盐单胞菌属中的一种，根据本发明一种优选的实施方式，所述PHA发酵菌种为盐单胞菌(Halomonas sp.)；更优选的，所述PHA发酵菌种为盐单胞菌(Halomonas sp.)TD01，其保藏编号为CGMCCNO.4353(CN201010578858.8)。
根据本发明，所述PHA发酵的条件可以为本领域常规的PHA发酵条件，例如，将5-20体积％的接种量将新鲜种子液接入到发酵培养基中，发酵体系不灭菌直接发酵。控制温度33-37℃，初始溶氧控制在30％以上，通过调节转速和通气来控制溶氧，转速控制400-1000rpm，通风量0.5-2.0vvm；发酵过程中控制糖浓度在5-20g/L之间，控制发酵pH为8-9，发酵40-60小时。
第三方面，本发明提供了一种聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理系统，该系统包括：
固液分离单元，用于对聚羟基脂肪酸酯的发酵液进行固液分离，得到菌体沉淀和发酵清液；
色谱吸附单元，用于接收所述发酵清液，并将所述发酵清液在色谱柱中进行色谱吸附处理，得到处理后的发酵清液。
优选的，色谱吸附单元中设置有色谱柱，所述色谱柱为非极性大孔吸附树脂色谱柱、弱极性大孔吸附树脂色谱柱、强极性大孔吸附树脂色谱柱和离子交换树脂色谱柱的一种或多种。
优选的，所述色谱柱为离子交换树脂色谱柱。
进一步优选的，所述离子交换树脂色谱柱为阴离子交换色谱柱；
更进一步优选的，所述阴离子交换色谱柱为强碱性阴离子交换色谱柱。最优选的，为D201，可购自廊坊市南大树脂有限公司。
优选的，所述固液分离单元包括第一固液分离区，用于对所述聚羟基脂肪酸酯的发酵液进行第一固液分离，得到第一发酵清液和第一菌体沉淀；和第二固液分离区，用于对第一菌体沉淀进行第二固液分离，得到第二发酵清液和第二菌体沉淀。
优选的，所述第一固液分离区中设置有碟片式离心机，所述第二固液分离区中设置有带式真空过滤机。
优选的，所述第一固液分离单元还设置有第三固液分离区，用于在将所述发酵清液(包括第一发酵清液和第二发酵清液)输送至色谱吸附单元之前，对所述发酵清液进行第三固液分离，其中，所述第三固液分离区中设置有板框过滤机。
优选色，该系统还包括色谱柱再生单元，所述色谱柱再生单元包括碱处理脱色区和水洗脱盐区，用于对色谱柱进行碱处理脱色和脱盐处理，以对所述色谱柱进行再生。
优选的，该系统还包括聚羟基脂肪酸酯发酵单元，其与吸附单元或第二固液分离单元连接，用于利用处理后的发酵清液或含盐发酵废液进行聚羟基脂肪酸酯的发酵。其中，所述发酵清液或含盐发酵废液作为聚羟基脂肪酸酯发酵培养基的至少部分配液水。
优选的，该系统还包括聚羟基脂肪酸酯提取单元，所述聚羟基脂肪酸酯提取单元包括菌体破碎区和PHA分离区。
其中，所述PHA分离区中设置有板框过滤机，所述板框过滤机中的滤布预涂覆有聚羟基脂肪酸酯层。
优选的，所述聚羟基脂肪酸酯层的厚度为1-30mm。
优选的，预涂覆所述聚羟基脂肪酸酯层后的滤布的孔径优选为1-25μm，优选为2-10μm。
优选的，PHA分离区还设置有除杂区，以对所述破壁产物进行预除杂。所述除杂区优选设置有碟片式离心分离机。
优选的，所述菌体破碎区还设置有破壁剂供给设备和/或加压加热设备，以使菌体在破壁剂或高温高压的存在下进行破壁。
所述聚羟基脂肪酸酯提取单元还包括设置在所述菌体破碎区上游的水洗区，以在对所述菌体沉淀进行破碎前进行水洗除杂。
优选的，所述聚羟基脂肪酸酯提取单元还包括干燥区，以对分离得到的聚羟基脂肪酸酯进行干燥。所述干燥区可以设置有喷雾干燥机。
优选的，该系统还包括PHA的发酵单元，并与色谱吸附单元相连，用于接收色谱吸附单元处理后的发酵清液用于PHA发酵培养基的配制。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中：
碟片式离心机购自南京华盛分离机械技术有限公司，型号DR203；
带式真空过滤机购自湖州核工惠能环保过滤科技有限公司，型号DY-500；
板框过滤机购自海宁市云飞过滤设备有限公司，型号YF-100-1；
型号分别为LSA-700和LSA-700B的离子交换树脂购自西安蓝晚晓科技新材料股分有限公司；
型号分别为DA201B的离子交换树脂购自江苏苏青水处理工程集团有限公司；
型号为D201的离子交换树脂购自廊坊市南大树脂有限公司；
聚羟基脂肪酸酯购自蓝晶生物科技有限公司，粒径1-50μm，用于涂覆在板框过滤机的滤布上形成聚羟基脂肪酸酯层；
PHA的回收率和纯度的检测方法参考文献(Engineering self-flocculatingHalomonas campaniensis for wastewaterless open and continuous fermentation)；
发酵液中盐单胞菌生物量以OD600值表示。
发酵菌种
盐单胞菌(Halomonas sp.)TD01，其保藏编号为CGMCC NO.4353(CN201010578858.8)。
种子培养基
5g/L的酵母粉、10g/L的蛋白胨以及60g/L的氯化钠。
初始发酵培养基
氯化钠50g/L，葡萄糖50g/L，玉米浆粉15g/L，尿素2g/L，硫酸镁0.2g/L，磷酸二氢钾5g/L，微量元素母液I10mL/L，微量元素母液II 3mL/L。所述微量元素母液I和II，参照引用专利CN201010578858.8。
补料培养基
葡萄糖浓度600g/L，玉米浆粉40g/L。
发酵液的制备
本制备例用于说明聚羟基脂肪酸酯发酵液的制备
将盐单胞菌接种于种子培养基中在37℃和200rpm的条件下进行一级活化培养，培养至OD600达到4左右，得到一级种子液；
将所述一级种子液以10体积％的接种量接种于种子培养基中，在37℃和200rpm的条件下进行二级活化培养，培养至OD600达到4左右，得到二级种子液，得到发酵种子液。
然后将10体积％的接种量将二级种子液接入到初始发酵培养基中，发酵体系不灭菌直接发酵。控制温度37℃，转速控制600-1000rpm，通风量0.5-2.0vvm，初始溶氧控制在30％以上；发酵过程中通过补料控制糖浓度在5-20g/L之间，用NaOH控制发酵pH为8-9之间，发酵48小时。
实施例1
本实施例用于说明本发明提供的聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理方法
(1)将制备例制备的聚羟基脂肪酸酯发酵液通过碟片式离心机进行离心分离，分离条件使得，将发酵液分成富含发酵菌体的底流(水含量75重量％)和发酵残液顶流，所述发酵残液顶流进入发酵残液暂存罐进行下一步处理。
(2)将步骤(1)得到的富含目标菌体的底流泵入带式真空过滤机，对底流中的菌体进行滤干，滤干的条件使得，滤干后的菌体(含水量70重量％)进入提取罐待下一步处理，滤液进入发酵残液暂存罐进行下一步处理。
(3)将所述发酵残液暂存罐中的液相泵入板框过滤机进行过滤，过滤的条件包括压力0.3MPa，滤布为1000目，进一步分离残留的菌体和固体悬浮物，将滤出的固相送入提取罐与步骤(2)中的菌体一起进行下一步PHA的提取处理，液相(发酵清液)送入色谱吸附柱进行吸附处理。
(4)将步骤(3)所得发酵清液引入阴离子交换吸附树脂D201，引入速度为2BV/h，所述吸附的温度为20℃。收集流出液进入储罐，用于下一次发酵的配料。
(5)色谱柱进行再生工序。
实施例2
本实施例用于说明本发明提供的聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理方法
(1)将制备例制备的聚羟基脂肪酸酯发酵液通过碟片式离心机进行离心分离，分离条件使得，将发酵液分成富含发酵菌体的底流(水含量85重量％)和发酵残液顶流，所述发酵残液顶流进入发酵残液暂存罐进行下一步处理。
(2)将步骤(1)得到的富含目标菌体的底流泵入带式真空过滤机，对底流中的菌体进行滤干，滤干的条件使得，滤干后的菌体(含水量80重量％)进入提取罐待下一步处理，滤液进入发酵残液暂存罐进行下一步处理。
(3)将所述发酵残液暂存罐中的液相泵入板框过滤机进行过滤，过滤的条件包括压力0.2MPa，滤布为800目，进一步分离残留的菌体和固体悬浮物，将滤出的固相送入提取罐与步骤(2)中的菌体一起进行下一步PHA的提取处理，液相(发酵清液)送入色谱吸附柱进行吸附处理。
(4)将步骤(3)所得发酵清液引入阴离子交换吸附树脂D201，引入速度为1.5BV/h，所述吸附的温度为15℃。收集流出液进入储罐，用于下一次发酵的配料。
(5)色谱柱进行再生工序。
实施例3
本实施例用于说明本发明提供的聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理方法
(1)将制备例制备的聚羟基脂肪酸酯发酵液通过碟片式离心机进行离心分离，分离条件使得，将发酵液分成富含发酵菌体的底流(水含量70重量％)和发酵残液顶流，所述发酵残液顶流进入发酵残液暂存罐进行下一步处理。
(2)将步骤(1)得到的富含目标菌体的底流泵入带式真空过滤机，对底流中的菌体进行滤干，滤干的条件使得，滤干后的菌体(含水量60重量％)进入提取罐待下一步处理，滤液进入发酵残液暂存罐进行下一步处理。
(3)将所述发酵残液暂存罐中的液相泵入板框过滤机进行过滤，过滤的条件包括压力0.6MPa，滤布为900目，进一步分离残留的菌体和固体悬浮物，将滤出的固相送入提取罐与步骤(2)中的菌体一起进行下一步PHA的提取处理，液相(发酵清液)送入色谱吸附柱进行吸附处理。
(4)将步骤(3)所得发酵清液引入阴离子交换吸附树脂D201，引入速度为2.5BV/h，所述吸附的温度为25℃。收集流出液进入储罐，用于下一次发酵的配料。
(5)色谱柱进行再生工序。
实施例4
本实施例用于说明本发明提供的聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理方法
(1)-(3)同实施例3。
(4)将步骤(3)所得发酵清液引入阴离子交换吸附树脂LSA-700，引入速度为1BV/h，所述吸附的温度为10℃。收集流出液进入储罐，用于下一次发酵的配料。
(5)色谱柱进行再生工序。
实施例5
本实施例用于说明本发明提供的聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理方法
(1)-(3)同实施例3。
(4)将步骤(3)所得发酵清液引入阴离子交换吸附树脂LSA-700B，引入速度为3BV/h，所述吸附的温度为40℃。收集流出液进入储罐，用于下一次发酵的配料。
(5)色谱柱进行再生工序。
实施例6
本实施例用于说明本发明提供的聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理方法
按照实施例1的方法进行聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理，不同的是，使用的树脂为AB-8树脂，步骤(4)中，将板框过滤机过滤替换为使用带式真空过滤机进行过滤。
实施例7
本实施例用于说明本发明提供的聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理方法
按照实施例1的方法进行聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理，不同的是，步骤(1)中，使用板框过滤机进行过滤，步骤(2)中使用碟片式离心机进行离心分离，步骤(3)中使用带式真空过滤机进行过滤。
测试例1
本测试例用于说明采用现有技术的PHA的提取
按照文章Engineering self-flocculating Halomonas campaniensis forwastewaterless open and continuous fermentation，Biotechnology andBioengineering[J].2019；116:805-815中公开的方法对制备的发酵液进行PHA的提取，并计算最终PHA的回收率和纯度，结果如表1所示。
测试例2
本测试例用于说明优选的PHA提取方法
(1)将实施例1步骤(3)提取罐内的菌体进行水洗3次、离心分离，去除其中的杂质。
(2)向步骤(1)所述的提取罐中加入酸碱调节剂调节pH至9，然后在温度120℃、压力0.15MPa、转速100rpm下搅拌并蒸煮2小时，进行破壁。
(3)将步骤(2)中破壁后的含PHA混合液泵入碟片式离心分离机，分离的条件使得从上部顶流中分离出菌体壁等杂质，富含PHA的下部沉淀继续返回到提取罐中进行反复水洗2次。
(4)将步骤(3)中分离出菌体壁后的PHA混合流泵入板框过滤机进行固液分离，分离条件温度为25℃，压力为0.7MPa，时间5小时。分离出其中的PHA固体颗粒。其中，板框过滤机的滤布上涂覆有聚羟基脂肪酸酯层，厚度为8mm，涂覆所述聚羟基脂肪酸酯层的滤布的孔径为2μm。
(5)步骤(4)中板框分离出来的固体PHA进行喷雾干燥，获得PHA干粉，回收率和纯度如表1所示。
表1
实施例编号 回收率(％) 纯度(％)
测试例1 79 90
测试例2 86.5 94
通过表1的结果可以看出，相比于现有技术，本发明采用板框过滤，并且在所述板框过滤的滤布上预涂覆有PHA层，结合优选的提取工艺，能够提高PHA回收率高，且所得PHA产品纯度高。
测试例3-1至3-8
分别使用实施例1-7步骤(4)分离得到的澄清液用于发酵培养基的配制，并补充适当的无机盐使得配制的发酵培养基与初始发酵培养基相同，同时以初始发酵培养基作为对照。然后按照制备例的方法进行聚羟基脂肪酸酯的发酵液的制备，并按照测试例2的方法分别对发酵液中PHA的提取进行提取，记录发酵液中生物量、PHA的回收率以及相对于利用初始发酵培养基，利用实施例1-8清液作为配液水的培养基进行PHA发酵对于PHA生产成本的降低效果，结果见表2。
表2
对应的澄清液 生物量OD<sub>600</sub> 成本降低百分比％ PHA的回收率(％)
测试例3-1 实施例1 464 25.8 85
测试例3-2 实施例2 453 23.2 84
测试例3-3 实施例3 460 25.8 85
测试例3-4 实施例4 380 15.3 80
测试例3-5 实施例5 395 17.9 81
测试例3-6 实施例6 397 17.9 81
测试例3-7 实施例7 420 20.5 82
测试例3-8 初始发酵培养基 500 —— 86
由此可见，本发明的方法在不显著影响PHA发酵效率的情况下，能够显著降低生产成本。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理方法，其特征在于，该方法包括：将聚羟基脂肪酸酯的发酵液进行固液分离，得到菌体沉淀和发酵清液；然后将所述发酵清液在色谱柱中进行色谱吸附处理，得到处理后的发酵清液。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述色谱柱为非极性大孔吸附树脂色谱柱、弱极性大孔吸附树脂色谱柱、强极性大孔吸附树脂色谱柱和离子交换树脂色谱柱的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述色谱柱为离子交换树脂色谱柱。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述离子交换树脂色谱柱为阴离子交换色谱柱；
优选的，所述阴离子交换色谱柱为强碱性阴离子交换色谱柱。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，所述色谱吸附处理的温度为0-40℃，所述发酵清液在色谱柱中的流动速度为1-3BV/h。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述固液分离的条件使得所述菌体沉淀的水含量为40-90重量％；
优选的，所述固液分离包括第一固液分离和第二固液分离，其中，所述发酵清液包括第一固液分离所得液相和第二固液分离所得液相；
更优选的，所述一次固液分离使用碟片式离心机，所述二次固液分离使用带式真空过滤机；
进一步优选的，该方法还包括，在将所述发酵清液进行色谱吸附处理之前，将所述发酵清液进行第三固液分离，所述第三固液分离为板框过滤。
7.权利要求1-6中任意一项所述的处理方法得到的处理后的发酵清液在PHA发酵中的应用。
8.一种聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理系统，其特征在于，该系统包括：
固液分离单元，用于对聚羟基脂肪酸酯的发酵液进行固液分离，得到菌体沉淀和发酵清液；
色谱吸附单元，用于接收所述发酵清液，并将所述发酵清液在色谱柱中进行色谱吸附处理，得到处理后的发酵清液。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述固液分离单元包括第一固液分离区，用于对所述聚羟基脂肪酸酯的发酵液进行第一固液分离，得到第一发酵清液和第一菌体沉淀；和第二固液分离区，用于对第一菌体沉淀进行第二固液分离，得到第二发酵清液和第二菌体沉淀；
优选的，所述第一固液分离区中设置有碟片式离心机，所述第二固液分离区中设置有带式真空过滤机；
优选的，所述第一固液分离单元还设置有第三固液分离区，用于在将所述发酵清液输送至色谱吸附单元之前，对所述发酵清液进行第三固液分离，其中，所述第三固液分离区中设置有板框过滤机。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，色谱吸附单元中设置有色谱柱，所述色谱柱为非极性大孔吸附树脂色谱柱、弱极性大孔吸附树脂色谱柱、强极性大孔吸附树脂色谱柱和离子交换树脂色谱柱的一种或多种；
优选的，所述色谱柱为离子交换树脂色谱柱；
进一步优选的，所述离子交换树脂色谱柱为阴离子交换色谱柱；
更进一步优选的，所述阴离子交换色谱柱为强碱性阴离子交换色谱柱；
优选的，该系统还包括聚羟基脂肪酸酯发酵单元，其与色谱吸附单元连接，用于利用处理后的发酵清液进行聚羟基脂肪酸酯的发酵。
CN202010358344.5A 2020-04-29 2020-04-29 利用色谱吸附法对聚羟基脂肪酸酯发酵液处理的方法和处理系统以及所得发酵废液的应用 Active CN111518847B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010358344.5A CN111518847B (zh) 2020-04-29 2020-04-29 利用色谱吸附法对聚羟基脂肪酸酯发酵液处理的方法和处理系统以及所得发酵废液的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010358344.5A CN111518847B (zh) 2020-04-29 2020-04-29 利用色谱吸附法对聚羟基脂肪酸酯发酵液处理的方法和处理系统以及所得发酵废液的应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111518847A true CN111518847A (zh) 2020-08-11
CN111518847B CN111518847B (zh) 2022-06-21

Family

ID=71911295

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010358344.5A Active CN111518847B (zh) 2020-04-29 2020-04-29 利用色谱吸附法对聚羟基脂肪酸酯发酵液处理的方法和处理系统以及所得发酵废液的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111518847B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6114157A (en) * 1998-09-25 2000-09-05 General Electric Company Method for increasing total production of 4-hydroxybenzoic acid by biofermentation
CN101892271A (zh) * 2009-05-20 2010-11-24 河北澳地淀粉有限公司 发酵法生产聚羟基脂肪酸酯
CN106995825A (zh) * 2017-06-05 2017-08-01 江南大学 一种好氧消化出水回用于酒精发酵的工艺

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR970001829B1 (ko) * 1993-09-14 1997-02-17 제일합섬 주식회사 생분해성 고분자 PHA(Polyhydroxyalkanoate)의 유가식 발효생산 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6114157A (en) * 1998-09-25 2000-09-05 General Electric Company Method for increasing total production of 4-hydroxybenzoic acid by biofermentation
CN101892271A (zh) * 2009-05-20 2010-11-24 河北澳地淀粉有限公司 发酵法生产聚羟基脂肪酸酯
CN106995825A (zh) * 2017-06-05 2017-08-01 江南大学 一种好氧消化出水回用于酒精发酵的工艺

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MARTIN KOLLER: "Recycling of Waste Streams of the Biotechnological Poly(hydroxyalkanoate) Production by Haloferax mediterranei on Whey", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF POLYMER SCIENCE》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111518847B (zh) 2022-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111500650B (zh) 一种高效生产pha的方法
CN111349218B (zh) 聚羟基脂肪酸酯的分离方法及其制备的聚羟基脂肪酸酯
CN111393625B (zh) 溶菌酶结合sds下利用超声提取聚羟基脂肪酸酯的方法和系统
CN105561922A (zh) 一种藻类生物吸附剂的制备方法
CN102002075A (zh) 一种从棉籽废水中提取棉籽糖的方法
CN111377564B (zh) 利用氧化法对聚羟基脂肪酸酯发酵液进行处理的方法和系统以及所得发酵废液的应用
CN111362445B (zh) 利用吸附剂对聚羟基脂肪酸酯发酵液进行处理的方法和系统以及所得发酵废液的应用
CN110396188B (zh) 一种用于发酵法生产ε-聚赖氨酸的后提取方法
CN111346580B (zh) 高温高压下结合超声提取聚羟基脂肪酸酯的方法和系统
CN111333822B (zh) 氨水结合超声提取聚羟基脂肪酸酯的方法和系统
CN102249895B (zh) 一种含柠檬酸的溶液的处理方法
CN106698581B (zh) 一种阳离子染料的吸附处理方法
CN104059865B (zh) 一种兽疫链球菌及用其制备透明质酸的生产工艺
CN111348766B (zh) 利用膜过滤对聚羟基脂肪酸酯发酵液进行处理的方法和处理系统以及所得发酵废液的应用
CN103232354B (zh) 一种从缬氨酸发酵液中分离杂酸的方法
CN111518847B (zh) 利用色谱吸附法对聚羟基脂肪酸酯发酵液处理的方法和处理系统以及所得发酵废液的应用
CN112546731B (zh) 一种庆大霉素发酵废液固液分离处理方法
CN108997331B (zh) 一种基于酶法自黄柏中提取小檗碱的工艺
CN106554273B (zh) 一种发酵液中长链二羧酸的提纯方法
CN107236779A (zh) 一种真菌催化甾体生物转化的方法
CN102924728B (zh) 改性木质素的制备方法及其在废水处理中的应用
CN111820360A (zh) 一种对玉米浆中赤霉烯酮毒素的生物降解方法
CN107141365B (zh) 一种反复加减压高效提纯桑黄多糖的方法
CN118725273A (zh) 利用双锥筒体离心分离聚羟基脂肪酸酯的方法和系统
CN114308409B (zh) 利用卧螺离心分离聚羟基脂肪酸酯的方法和系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant