一种连续发酵生产长链二元酸的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种连续发酵生产长链二元酸的方法，包括（1）将发酵菌种进行活化培养获得发酵菌液，加入到种子循环罐中；（2）在种子循环罐中进行扩大培养；（3）将种子循环罐与发酵罐连接成双向闭合循环回路，双向回路交替运行，进行发酵菌种扩大培养，在种子循环罐顶部和底部设有金属过滤膜，在循环过程中以滤膜形式对菌体进行选择性截留；（4）当发酵罐内菌体培养至一定浓度，与种子循环罐断开，补加正构烷烃，进行单独发酵；（5）将种子循环罐与培养基储罐连接成单向闭合循环回路，进行发酵菌种二次培养；（6）当种子循环罐内生物量累积到一定量，将种子循环罐与培养基储罐断开，与新发酵罐连接，从而实现连续发酵过程。本发明专利技术提高了发酵种子液的培养效果，优化了连续发酵模式，提高了发酵效率和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种连续发酵生产长链二元酸的方法及装置
本专利技术属于生物发酵
，具体涉及一种连续发酵生产长链二元酸的方法及装置。
技术介绍
长链二元酸（Longchaindicarboxylicacids）是指碳链中含有10个以上碳原子的脂肪族二羧酸（简称DCn或DCA），包括饱和及不饱和二羧酸，是一类有着重要和广泛工业用途的精细化工产品，是化学工业中合成高级香料、高性能尼龙工程塑料、高档尼龙热熔胶、高温电介质、高级油漆和涂料、高级润滑油、耐寒性增塑剂、树脂、医药和农药等重要原料。发酵法生产长链二元酸是利用微生物特有的氧化能力和微生物胞内酶的作用，在常温常压下分别通过α、ω-氧化，将长链正烷烃两端的甲基氧化成为羧基，生成相应链长的各种长链二元酸。能利用石油烃类的细菌、霉菌和放线菌的种类很多，其中假丝酵母属（candida）的酵母菌是正烷烃发酵生产二元酸的高产微生物。长链二元酸发酵是典型的气相（空气）—水相（发酵液）—油相（烷烃）—固相（菌体）四相体系，培养基传质不均、高通气量带来的染菌风险、长达144h以上的发酵周期，诸多不利影响因素严重影响发酵菌种的活力，制约发酵水平。在生物发酵生产长链二元酸的过程中，长链二元酸的产品收率通过提取、精制技术的改进进一步提升的空间非常有限，降低长链二元酸生产成本的潜力在于发酵技术的提高。目前，生物发酵生产DCA都采用间歇式分批培养发酵，种子培养需采取逐级扩大的方法，即从斜面到摇瓶，再依次经过一级和二级种子罐逐级培养后，转入发酵罐进行目的产物生产。CN102115768A公开了一种利用微生物同步发酵正十六烷烃高产十六碳二元酸的方法，在热带假丝酵母(candidatropicalis)突变株ly-6接入含有正十六烷烃为基质的培养基后，28小时以内，pH控制在7.1以下，以菌体生长为主，产生一定量的二元酸；28-60小时，pH控制在7.5以内，以产酸为主，也增长一定量的菌体；60小时以后，pH控制在8.0以下，迅速生产二元酸；120小时以后，pH控制在8.5以下，连续生产二元酸。在30m3发酵罐内，发酵165小时，DC16产量达到170.5g/l。CN102115767A公开了一种利用微生物同步发酵正十一烷(nC11)高产十一碳二羧酸(DC11)的方法，在热带假丝酵母(Candidatropicalis)ly-1接入正烷烃为基质的培养基后，28小时内，pH控制在6.8以下，以菌体生长为主，也产生一定量的二元酸；28-60小时，pH控制在7.3以下，以产酸为主，也增长一定量的菌体；60小时以后，pH控制在8.0以下，迅速产生各种二元酸。在210m3发酵罐内，发酵150小时，DC11产量高达156g/L，转化率达到86.7%，DC11纯度达到98.2%。上述发酵过程中，种子培养均需采取逐级扩大的方式，种子培养累计需要3-5天，造成设备利用率降低，由于转种的次数多，在转种的过程中种子发生染菌的机率大大增加，同时，发酵批次之间产酸水平波动较大，造成生产不稳定。CN102071226A公开了一种长链二元酸制备过程中的串罐发酵工艺，每个发酵罐的种子都直接来源于前一个发酵罐的发酵液，而不经过逐级扩大培养。取发酵液的一部分作为种子接种到另一发酵罐进行培养发酵，依次类推，进行串罐发酵培养，虽然能够缩短周期，提高设备的利用率，但是在实际应用中，存在菌体活力退化、染菌风险增加等不利影响。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种连续发酵生产长链二元酸的方法和装置。本专利技术方法提高了发酵种子液的培养效果，优化了连续发酵模式，提高了发酵效率和发酵稳定性。本专利技术连续发酵生产长链二元酸的方法，包括如下内容：（1）将发酵菌种进行活化培养获得发酵菌液，加入到种子循环罐中；（2）在种子循环罐中对发酵菌种进行扩大培养，培养至一定生物量后结束；（3）将种子循环罐与发酵罐通过泵、阀和管道连接成双向闭合循环回路，双向回路交替运行，进行发酵菌种的扩大培养，在种子循环罐的顶部和底部分别设有金属过滤膜，在循环运行过程中以滤膜形式对菌体进行选择性截留；（4）步骤（3）中当发酵罐内菌体细胞培养至一定浓度后，与种子循环罐断开，在发酵罐内补加正构烷烃，进行单独发酵；（5）将种子循环罐与培养基储罐通过泵、阀和管道连接成单向闭合循环回路，进行发酵菌种二次培养；（6）当种子循环罐内生物量累积到一定量后，将种子循环罐与培养基储罐断开，与新的发酵罐连接，重复上述操作，从而实现连续发酵过程。本专利技术中，所述的二元酸发酵菌种选自能利用正构烷烃生长的微生物或具有完整α、ω-氧化途径，并且在生命周期内具有明显形态差异的微生物，如假丝酵母属，优选热带假丝酵母。该类菌体在某些条件下处于发酵期，形成球状菌体形态，从而利于菌体从种子循环罐到发酵罐的扩散；在某些条件下，则处于旺盛的生长期，形成长丝状菌体形态，从而利于在种子循环罐中进行细胞固定。本专利技术中，步骤（1）所述的活化培养是将发酵菌种进行斜面活化、摇瓶培养活化等本领域常规采用的手段。一般培养温度为29-32℃，摇床转数为100-200rpm。当菌体细胞浓度达到10-20g/L时，转入种子循环罐中。种子培养基组成为：蔗糖20-50g/L、玉米浆1-3g/L、酵母膏1-2g/L、氯化钠0.5-1.5g/L、磷酸二氢钾3-8g/L、硫酸镁1-2g/L、尿素1-5g/L。本专利技术中，步骤（2）按照5-15倍进行扩大培养，优选7-10倍进行扩大培养。培养条件为：搅拌转速为100-200rpm，通气量为0.1-0.4VVM，培养温度为29-32℃，培养pH为5-7。当菌体细胞浓度达到10-20g/L时，结束培养。本专利技术中，步骤（3）将发酵罐与种子循环罐连通，顺时针循环运行一定时间后，切换至逆时针循环运行，直至进入单独发酵阶段，每次运行时间为15-30min，泵的流速为每小时1-3倍于种子循环罐体积。发酵培养基组成为：蔗糖10-20g/L、玉米浆1-3g/L、酵母膏1-2g/L、氯化钠0.5-1.5g/L、磷酸二氢钾3-8g/L、硫酸镁1-2g/L、尿素1-5g/L、醋酸钠1-5g/L。发酵罐中，发酵培养基的初始装液体积为发酵罐体积的50%-60%。本专利技术发酵初期控制体系pH值为4-6，搅拌转速为500-800rpm，通气量为0.8-1.2VVM，培养温度为29-32℃。本专利技术在低糖浓度、高溶氧的条件下，使菌体处于发酵期，形成球状菌体形态，从而利于菌体从种子循环罐到发酵罐的扩散。本专利技术中，步骤（3）在种子循环罐的顶部和底部设置有金属过滤膜，膜孔直径为30-100μm，优选为30-50μm，在循环运行过程中以滤膜形式对菌体进行选择性截留，避免非球状菌体进入发酵罐中，也不影响球状菌体的输送。本专利技术中，步骤（3）中当发酵罐中菌体细胞浓度达到5-10g/L时，可以将发酵罐与种子循环罐断开，进行单独发酵。本专利技术中，步骤（4）单独发酵开始时，将体系pH值调至6.8-7，并一次加入发酵培养基体积20%-30%的正构烷烃。通过逐级调节pH值的方式进行调控，每间隔24小时提高一次pH值，每次提高0.1-0.5，同时补加一定体积的正构烷烃，以维持发酵液中烷烃体积比（烷烃占发酵液的体积比）为10%-15%，直至发酵结束。单独发酵条件为：搅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续发酵生产长链二元酸的方法，其特征在于包括如下内容：（1）将发酵菌种进行活化培养获得发酵菌液，加入到种子循环罐中；（2）在种子循环罐中对发酵菌种进行扩大培养，培养至一定生物量后结束；（3）将种子循环罐与发酵罐通过泵、阀和管道连接成双向闭合循环回路，双向回路交替运行，进行发酵菌种的扩大培养，在种子循环罐的顶部和底部分别设有金属过滤膜，在循环运行过程中以滤膜形式对菌体进行选择性截留； （4）步骤（3）中当发酵罐内菌体细胞培养至一定浓度后，与种子循环罐断开，在发酵罐内补加正构烷烃，进行单独发酵； （5）将种子循环罐与培养基储罐通过泵、阀和管道连接成单向闭合循环回路，进行发酵菌种二次培养；（6）当种子循环罐内生物量累积到一定量后，将种子循环罐与培养基储罐断开，与新的发酵罐连接，重复上述操作，从而实现连续发酵过程。

【技术特征摘要】
1.一种连续发酵生产长链二元酸的方法，其特征在于包括如下内容：（1）将发酵菌种进行活化培养获得发酵菌液，加入到种子循环罐中；（2）在种子循环罐中对发酵菌种进行扩大培养，培养至一定生物量后结束；（3）将种子循环罐与发酵罐通过泵、阀和管道连接成双向闭合循环回路，双向回路交替运行，进行发酵菌种的扩大培养，在种子循环罐的顶部和底部分别设有金属过滤膜，在循环运行过程中以滤膜形式对菌体进行选择性截留；（4）步骤（3）中当发酵罐内菌体细胞培养至一定浓度后，与种子循环罐断开，在发酵罐内补加正构烷烃，进行单独发酵；（5）将种子循环罐与培养基储罐通过泵、阀和管道连接成单向闭合循环回路，进行发酵菌种二次培养；（6）当种子循环罐内生物量累积到一定量后，将种子循环罐与培养基储罐断开，与新的发酵罐连接，重复上述操作，从而实现连续发酵过程。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的二元酸发酵菌种选自能利用正构烷烃生长的微生物或具有完整α、ω-氧化途径，并在生命周期内具有明显形态差异的假丝酵母。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的活化培养温度为29-32℃，摇床转数为100-200rpm；当菌体细胞浓度达到10-20g/L时，转入种子循环罐中。4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于：所述的种子培养基组成为：蔗糖20-50g/L、玉米浆1-3g/L、酵母膏1-2g/L、氯化钠0.5-1.5g/L、磷酸二氢钾3-8g/L、硫酸镁1-2g/L、尿素1-5g/L。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）按照5-15倍进行扩大培养，培养条件为：搅拌转速为100-200rpm，通气量为0.1-0.4VVM，培养温度为29-33℃，培养pH为5-7；当菌体细胞浓度达到10-20g/L时，结束培养。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）将发酵罐与种子循环罐连通，顺时针循环运行一定时间后，切换至逆时针循环运行，直至进入单独发酵阶段，每次运行时间为15-30min，泵的流速为每小时1-3倍于种子循环罐体积。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）发酵培养基组成为：蔗糖10-20g/L、玉米浆1-3g/L、酵母膏1-2g/L、氯化钠0.5-1.5g/L、磷酸二氢钾3-8g/L、硫酸镁1-2g/L、尿素1-5g/L、醋酸钠1-5g/L。8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于：步骤（3）发酵罐中，发酵...

【专利技术属性】
技术研发人员：张霖，樊亚超，廖莎，李晓姝，师文静，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11