高效发酵生产细菌素的发酵装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高效发酵生产细菌素的发酵装置及方法，发酵装置包括发酵罐、泡液分离装置和泡沫回收装置，泡液分离装置设置在发酵罐内，泡沫回收装置的入口与所述的发酵罐顶部的泡沫出口相连接，泡沫回收装置的真空口与真空发生装置连通；气体入口设置在发酵罐的底部。发酵生产细菌素的方法，包括如下步骤：将含有鼓泡催化剂的培养基装入发酵罐，在收集罐中倒入消泡剂；将菌接种到发酵罐中，通气，调节pH至6～7，进行发酵；启动真空发生装置，将发酵罐上部的泡沫收集到收集罐中，分解为液体，然后从收集罐中的液体中，收集发酵产物。本发明专利技术能够及时有效地解除产物对细菌生产和代谢的反馈抑制作用，从而实现高效表达目标产物。

【技术实现步骤摘要】
高效发酵生产细菌素的发酵装置及方法
本专利技术涉及一种细菌素发酵及纯化分离工艺，具体的说，涉及生产细菌素的发酵分离耦合工艺。
技术介绍
细菌素，一类由微生物产生的具有抗菌作用的蛋白或多肽,能够抑制革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和真菌。由于细菌素具有不污染环境、不会使致病菌产生耐药性、增强宿主免疫力等优点,在水产、食品、医药、生物农药等行业得到广泛的应用。如乳酸链球菌素(英文名Nisin)又称乳酸链球菌肽或乳链菌肽，是一种小分子多肽。分子式为C143H228N42O37S7，由34个氨基酸残基组成，分子量约为3500Da。被认为是一种高效、天然生物性食品防腐剂和抗菌剂。国际上第一个被批准使用的生物防腐剂，目前已在全世界约60多个国家和地区广泛使用，主要包括乳制品(鲜牛奶、奶粉、酸奶、干酪)、罐头食品、肉制品饮料等领域。国际市场发展迅速，近年来乳酸链球菌素需求量持续增加。当前的产能和生产水平逐渐无法满足市场需求，急需在发酵工艺、提取工艺、质量管理、应用研究等方面不断提高技术水平。根据近几年生产经验和相关文献报道[SIMSEKO,Biotechnol.Lett,2009,31(3):514-421],微生物发酵生产nisin过程中,nisin对细胞生长特别是产物合成具有显著的抑制作用,从而限制了nisin产率的提高。因此解除这些抑制将大幅度提高nisin效价,降低生产成本,这就是发酵分离耦合技术。PongtharangkuT等人[PONGTHARANGKUT，Appl.Microbiol.Biotechnol.,2007,74:555-562]研究了微生物发酵与膜分离和吸附分离耦合生产nisin工艺,结果表明与非耦合工艺相比,耦合工艺使nisin效价从1897IU/mL提高到7445IU/mL,效果非常显著,但是工艺复杂,分离成本较高,难以实现工业化生产。Nisin提取方法中有一种泡沫分离法，该法是先向发酵液中加入0.1％Tween-80，然后从发酵液底部鼓气使产生大量的气泡，Nisin本身具有表面活性剂的性质，因而伴随泡沫被鼓出，收集并破碎泡沫后，成功收集到Nisin，但该方法是发酵与纯化分离工艺分开进行的，并不能对Nisin产量产生积极影响。
技术实现思路
本专利技术的技术目的在于提供一种高效发酵生产细菌素的发酵装置及方法，以克服现有技术存在的缺陷。本专利技术所述的高效发酵生产细菌素的发酵装置，包括发酵罐、泡液分离装置和泡沫回收装置；所述的泡液分离装置设置在所述的发酵罐内，所述的泡沫回收装置的入口通过管线与所述的发酵罐顶部的泡沫出口相连接，所述的泡沫回收装置的真空口与真空发生装置相连通；气体入口设置在发酵罐的底部；采用上述的装置，发酵生产细菌素的方法，包括如下步骤：(1)将配置好的培养基，装入发酵罐，装填高度为泡液分离装置的下方，优选的，泡液分离装置的高于发酵液液面上方1～5cm；所述培养基，含有重量浓度为0.1％～0.5％的鼓泡催化剂；所述的鼓泡催化剂为聚氧乙烯(25EO)羊毛醇醚(Solulan25)、聚氧乙烯月桂醚(Brij35)或聚氧乙烯单硬脂酸酯(Myrj52)；优选的，所述的培养基，以水为载体，每1L培养基中，包括如下重量份数的组分：所述的鼓泡催化剂，起鼓泡催化作用，帮助目的产物细菌素更加容易被气体鼓出，至发酵液上方泡沫中；(2)在收集罐中倒入重量浓度为1～10％的消泡剂；优选的，还包括将收集罐和发酵罐进行灭菌的步骤，所述的灭菌的步骤为常规的，如蒸汽湿热灭菌方法；(3)将发酵生产细菌素的菌种接种到发酵罐中，接种量为发酵罐中培养基装量的4％～8％，通气，进行发酵；搅拌速度为200rpm～450rpm；以发酵液为基准，每小时通气量为：30～180m3/发酵液体积m3。发酵培养时间为15～48h；发酵温度为30～35℃。所述通气的气体种类是空气、氮气、二氧化碳或者混合气体，优选混合气体，其优选比例为：二氧化碳：氧气：氮气比例为1:1:8的混合气体，体积比；所述的发酵生产细菌素的菌种为乳酸乳球菌(Lactococcuslactis)或枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)；所述乳酸乳球菌(Lactococcuslactis)为公知的，如食品与发酵工业，卷26(5)：19-21文献或者是CN102093962B专利公开的菌种；所述枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)为公知的，如工业微生物，2008，(38)4:14-18文献或者是CN104480047B专利公开的菌种；(4)启动真空发生装置，将发酵罐上部的泡沫收集到收集罐中，泡沫在消泡剂的作用下分解为液体；(5)然后从收集罐中的液体中，收集所述的发酵产物；优选的，还包括如下步骤：启动循环泵，将发酵罐1中的发酵液通过循环泵送入射流管602，气体通入外管，在所述的外管的端部，喷射而出的发酵液，与气体混合后，再次进入发酵罐，进行发酵；每小时，发酵液的循环量为发酵液总重量的25～35％；每小时通入的气体的量为：30～180m3/循环的发酵液m3；采用上述的方法，能够达到提高气体与发酵液的接触，提高发酵效率。本专利技术的发酵罐，在工作过程中，叶斜平板上桨203随着搅拌轴旋转，将发酵过程中产生的泡沫与发酵液有效分离，并在叶斜平板上桨203的斜向上推力推动下，将泡沫不断往上方堆积。大多数细菌素具有表面活性剂性质，在鼓气和搅拌条件下产生大量泡沫，且大部分细菌素溶解在泡沫中，发酵过程中及时分离泡沫就可以有效收集目标产物且能非常有效地解除产物对细菌生产和代谢的反馈抑制作用，从而实现高效表达目标产物。本专利技术的发酵装置不需要对现有普通发酵罐进行大的改动，具有极大的可操作性，提高了其实际应用效益，不用额外定制发酵罐，成本低，操作简单。泡液分离装置和泡沫回收装置可以与发酵罐一起灭菌，可以一起离线灭菌也可以一起在位灭菌，使用非常方便，成解除了产物对细菌生产和代谢的反馈抑制作用，实现目标产物最终高效表达。在发酵过程中实现目标产物的分离和收集，直接替代或者简化了下游纯化工艺。本专利技术的发酵装置和培养方法，可以应用于所有具有表明活性剂性质的细菌素、抗菌肽或者抗菌蛋白等发酵生产。附图说明图1为高效发酵生产细菌素的发酵装置结构示意图。图2为射流装置结构示意图。具体实施方式参见图1和图2，本专利技术所述的高效发酵生产细菌素的装置，包括发酵罐1、泡液分离装置2和泡沫回收装置3；所述的泡液分离装置2设置在所述的发酵罐1内，所述的泡沫回收装置3的入口301通过管线与所述的发酵罐1顶部的泡沫出口102相连接，所述的泡沫回收装置的真空口303与真空发生装置连通；气体入口101设置在发酵罐1的底部；优选的，所述的泡液分离装置2包括：搅拌轴201、叶斜平板下桨202和叶斜平板上桨203；所述的搅拌轴201的一端穿过所述的发酵罐1顶部，与电机相连接，另一端向下延伸至发酵罐1的底部，所述的叶斜平板上桨203设置在所述的搅拌轴201的上部，所述的叶斜平板下桨202设置在所述的搅拌轴201的下部；优选的，所述的叶斜平板上桨203叶片宽0.5-15cm，桨叶上缘与所述的搅拌轴之间设有斜度倾角，夹角α为10°～65°；叶斜平板上桨203的数量为2～6片；优选的，所述的所述的叶斜平板下桨203的叶片宽为0.5～1本文档来自技高网...

【技术保护点】
高效发酵生产细菌素的发酵装置，其特征在于，包括发酵罐、泡液分离装置和泡沫回收装置；所述的泡液分离装置设置在所述的发酵罐内，所述的泡沫回收装置的入口(301)通过管线与所述的发酵罐顶部的泡沫出口(102)相连接，所述的泡沫回收装置的真空口与真空发生装置连通；气体入口设置在发酵罐的底部。

【技术特征摘要】
1.高效发酵生产细菌素的发酵装置，其特征在于，包括发酵罐、泡液分离装置和泡沫回收装置；所述的泡液分离装置设置在所述的发酵罐内，所述的泡沫回收装置的入口(301)通过管线与所述的发酵罐顶部的泡沫出口(102)相连接，所述的泡沫回收装置的真空口与真空发生装置连通；气体入口设置在发酵罐的底部。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的泡液分离装置包括：搅拌轴(201)、叶斜平板下桨(202)和叶斜平板上桨(203)；所述的搅拌轴的一端穿过所述的发酵罐顶部，与电机相连接，另一端向下延伸至发酵罐的底部，所述的叶斜平板上桨设置在所述的搅拌轴的上部，所述的叶斜平板下桨设置在所述的搅拌轴的下部。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的叶斜平板上桨叶片宽0.5-15cm，桨叶上缘与所述的搅拌轴之间设有斜度倾角，夹角α为10°～65°；叶斜平板上桨的数量为2～6片；所述的所述的叶斜平板下桨的叶片宽为0.5～15cm。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的泡沫回收装置包括：收集罐和与其通过管线相连接的泡沫吸入机构。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的泡沫吸入机构为倒置的喇叭口，所述的喇叭口设置在发酵罐内，位于泡液分离装置的上方，所述喇叭口的顶部通过管线与发酵罐外部的收集罐的入口相连接，收集罐的真空口通过管线与真空发生装置相连通。6.根据权利要求1～5任一项所述的装置，其特征在于，还包括发酵液循环装置，所述的发酵液循环装置包括：循环泵和与其相连接的射流装置，所述的循环泵通过管线与发酵罐底部的发酵液循环出口(105)相连接，所述的射流装置包括：外管(601)和射流管(602)，所述的外管(601)设有循环气体入口(603)，所述的射流管(602)插在所述的外管(601)中，所述的射流管(602)的端部与外管(601)的流...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶贵子，黄青山，
申请(专利权)人：昆山博青生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32