一种ORP调控微生物电合成丁二酸的方法技术

本发明专利技术公开了一种ORP调控微生物电合成丁二酸的方法，属生物合成技术领域。该方法通过以产琥珀酸放线杆菌130Z为电活性菌株，以体系ORP为调控参数反馈调控阴极电势，对微生物电合成丁二酸过程电子供给进行实时反馈调节，使体系ORP参数处于‑200—‑400mV，在微生物电合成系统中合成丁二酸。本发明专利技术以体系氧化还原电位（ORP）为指示参数，电合成丁二酸。通过选择合适的ORP调控方式，优化ORP调控参数，实现微生物电合成丁二酸过程电子供给的实时反馈调节，从而提高微生物电合成丁二酸过程系统库伦效率，促进发酵效果，降低发酵成本。

【技术实现步骤摘要】
一种ORP调控微生物电合成丁二酸的方法
本专利技术涉及生物
，具体涉及ORP调控及微生物电合成丁二酸技术。
技术介绍
丁二酸，又名琥珀酸，是一种常见的天然有机酸，是三羧酸循环的中间代谢产物之一，广泛存在于动、植物和微生物中。作为一种重要的碳四平台化合物，丁二酸是重要的中间产物和1,4-丁二醇、γ-丁内酯、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、已二酸、苹果酸以及新型的生物降解塑料产品聚丁二酸丁二醇酯等专业化学制品的前体物质，这些化学品的市场总额达150亿美金。生物法发酵丁二酸具有成本低、优良的环境效益以及具有固定温室气体CO2等优势。在此基础上，耦合微生物电合成技术可以平衡胞内还原型辅酶供给，提高还原性代谢产物丁二酸的产量。目前微生物电合成技术在生物基大宗化学品的合成中已经有了广泛的应用。但是目前的微生物电合成技术缺乏可靠的电子供给反馈调控方法，导致电合成过程库伦效率低下。中国专利CN105483167A公布了一种基于电化学系统调控细胞内还原力再生发酵产丁二酸的方法。以大肠杆菌AFP111为电活性菌株，分别以中性红和核黄素为电子介体，施加电势分别为-0.65V和-0.21V，丁二酸产量可以达到15g/L。该技术方案中没有实现以体系氧化还原电位为指示参数，无法实现微生物电合成丁二酸过程电子供给的实时反馈调节，发酵效果较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供了一种ORP调控微生物电合成丁二酸的方法，该方法以体系氧化还原电位为指示参数，电合成丁二酸；通过选择合适的ORP调控方式，优化ORP调控参数，实现微生物电合成丁二酸过程电子供给的实时反馈调节，从而提高微生物电合成丁二酸过程系统库伦效率，促进发酵效果，降低发酵成本。本专利技术采用的技术方案如下：一种ORP调控微生物电合成丁二酸的方法，通过以产琥珀酸放线杆菌130Z为电活性菌株，以体系ORP为调控参数反馈调控阴极电势，对微生物电合成丁二酸过程电子供给进行实时反馈调节，使体系ORP参数处于-200—-400mV，在微生物电合成系统中合成丁二酸。本专利技术所述的产琥珀酸放线杆菌130Z菌株为放线杆菌130Z（Actinobacillussuccinogenes）130Z，ATCC55618，购自美国菌种保藏中心AmericanTypeCultureCollection。本专利技术所述的ORP调控微生物电合成丁二酸的方法，其进一步优选的技术特征是：微生物电合成丁二酸过程中控制体系ORP参数为-300—-400mV。本专利技术所述的ORP调控微生物电合成丁二酸的方法，其进一步优选的技术特征是：微生物电合成丁二酸过程中，当体系ORP处于设定值范围内时，不施加阴极电势，当体系ORP高于设定值最高点时，施加阴极电势。本专利技术所述的ORP调控微生物电合成丁二酸的方法，其进一步优选的技术特征是：所述的阴极电势的施加方法为持续低压电势法或者脉冲高压电势法。持续低压电势法中持续施加的阴极电势为-0.6V—-0.8V。脉冲高压电势法施加的脉冲电势为-1.0—-1.5V，脉冲周期为0.5s/s。本专利技术所述的ORP调控微生物电合成丁二酸的方法，其进一步优选的技术特征是：电合成丁二酸过程利用体系ORP为调控参数，反馈调控电极电势的具体方法选自：（1）持续低压电势法：以设定体系ORP为调控参数，当体系ORP处于设定值范围内时，不施加电势；当体系ORP高于设定值范围最高点时，持续施加电势，施加阴极电势为-0.6—-0.8V；施加时以-0.6V电势为起始电势，若在调控过程中，施加电势10min后无法使体系ORP降低至设定值范围内，则增加0.05V电势，依次类推；（2）脉冲高压电势法：以设定体系ORP为调控参数，当体系ORP处于设定值范围内时，不施加电势；当体系ORP高于设定值范围最高点时，脉冲施加电势，施加阴极电势为-1—-1.5V，脉冲周期为0.5s/s；以-1V电势为起始电势，若在调控过程中，施加脉冲电势10min后无法使体系ORP降低至设定值，则增加0.1V电势，依次类推。本专利技术所述的ORP调控微生物电合成丁二酸的方法，包括菌株活化、种子培养和微生物电合成3个步骤，具体如下：（1）菌株活化：以产琥珀酸放线杆菌130Z为出发菌株；130Z菌株在平板培养基中进行平板划线培养，37℃厌氧培养24h；（2）种子培养：将活化的130Z菌株接种到种子培养基中，200rpm，37℃培养10h待用；（3）微生物电合成：将种子液接种到阴极液中，接种量为10%（v/v），200rpm，37℃，CO2通气量为0.25vvm，pH：7.0（NaOH调节），以设定的体系ORP参数施加阴极电势。本专利技术所述的培养基应理解为现有技术中任何用于电合成产丁二酸微生物培养所使用的培养基组分。优选：①平板培养基（g·L-1）：葡萄糖10(分消)，酵母膏5，玉米浆5，NaHCO310，NaH2PO4·2H2O9.6，K2HPO4·3H2O15.5，琼脂20，pH7.0，121℃灭菌15min。②种子培养基(g·L-1)：葡萄糖10(分消)，酵母膏5，玉米浆5，NaHCO310，NaH2PO4·2H2O9.6，K2HPO4·3H2O15.5，pH7.0，121℃灭菌15min。③阳极培养基(g·L-1)：Na2HPO4·12H2O35.8，NaH2PO4·2H2O15.6，NaCl5.8，0.02%DTT（用0.2μm的滤膜过滤除菌，现配现用），自然pH，121℃灭菌20min。④阴极培养基(g·L-1)：葡萄糖30(分消)，酵母粉5.0，NaHCO310.0，NaH2PO4·2H2O8.5，Na2HPO4·12H2O31.5，中性红0.0288（用0.2μm的滤膜过滤除菌，现配现用），自然pH，121℃灭菌20min。本专利技术方法中所使用的电合成装置，除了在阴极室中添加ORP电极，应理解为现有技术中任何用于电合成产丁二酸所使用的装置。电合成系统：阴极电合成系统，采用三电极系统，具体指的是电合成系统由阳极、阴极及参比电极组成，电合成过程在阴极室中进行，阳极室与阴极室之间由质子交换膜分隔。阴阳极电极为碳毡电极，参比电极为Ag/AgCl电极。与现有技术相比，本专利技术方法具有以下有益效果：本专利技术方法以产琥珀酸放线杆菌130Z为电活性菌株，以体系氧化还原电位（ORP）为指示参数，电合成丁二酸。通过选择合适的ORP调控方式，优化ORP调控参数，实现微生物电合成丁二酸过程电子供给的实时反馈调节，从而提高微生物电合成丁二酸过程系统库伦效率，促进发酵效果，降低发酵成本。具体实施方式下面列举实施例对本专利技术进行进一步说明，但并不因此限制本专利技术的内容。实施例1：ORP调控微生物电合成丁二酸的方法实验：①菌株活化：菌株在平板培养基中进行平板划线培养，37℃厌氧培养24h。②种子培养：将活化的菌株接种到种子培养基中，200rpm，37℃培养10h待用。③微生物电合成：将种子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种ORP调控微生物电合成丁二酸的方法，其特征在于，通过以产琥珀酸放线杆菌130Z为电活性菌株，以体系ORP为调控参数反馈调控阴极电势，对微生物电合成丁二酸过程电子供给进行实时反馈调节，使体系ORP参数处于-200 — -400mV，在微生物电合成系统中合成丁二酸。/n

【技术特征摘要】
1.一种ORP调控微生物电合成丁二酸的方法，其特征在于，通过以产琥珀酸放线杆菌130Z为电活性菌株，以体系ORP为调控参数反馈调控阴极电势，对微生物电合成丁二酸过程电子供给进行实时反馈调节，使体系ORP参数处于-200—-400mV，在微生物电合成系统中合成丁二酸。


2.根据权利要求1所述的ORP调控微生物电合成丁二酸的方法，其特征在于：微生物电合成丁二酸过程中控制体系ORP参数为-300—-400mV。


3.根据权利要求1或2所述的ORP调控微生物电合成丁二酸的方法，其特征在于：微生物电合成丁二酸过程中，当体系ORP处于设定值范围内时，不施加阴极电势，当体系ORP高于设定值最高点时，施加阴极电势。


4.根据权利要求3所述的ORP调控微生物电合成丁二酸的方法，其特征在于：所述的阴极电势的施加方法为持续低压电势法或者脉冲高压电势法。


5.根据权利要求4中所述的ORP调控微生物电合成丁二酸的方法，其特征在于：持续低压电势法中持续施加的阴极电势为-0.6V—-0.8V。


6.根据权利要求4中所述的ORP调控微生物电合成丁二酸的方法，其特征在于：脉冲高压电势法施加的脉冲电势为-1.0—-1.5V，脉冲周期为0.5s/s。


7.根据权利要求1中所述的ORP调控微生物电合成丁二酸的方法，其特征在于：电合成丁二酸过程利用体系ORP为调控参数，反馈调控电极电势的具体方法选自：
（1）持续低压电势法：以设定体系ORP为调控参数，当体系ORP处于设定值范围内时，不施加电势；当体系ORP高于设定值范围最高点时，持续施加电势，施加阴极电势为-0.6—-0.8V；施加时以-0.6V电势为起始电势，若在调控过程中，施加电势10min后无法使体系ORP降低至设定值范围内，则增加0.05V电势，依次类推；
（2）脉冲高压电势法：以设定体系ORP为调控参数，当体系ORP处于设定值范围内时，不施加电势；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王震，彭洁怡，姜岷，陈可泉，欧阳平凯，
申请(专利权)人：江苏海洋大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32