本发公开了一种以棉纤维材料固定琥珀酸放线杆菌发酵生产丁二酸的方法，属于发酵工程领域。将琥珀酸放线杆菌在装有棉纤维载体的发酵罐中培养、吸附固定，通过反复分批发酵、反复补料分批发酵、连续发酵或双罐循环连续发酵工艺，提高了发酵的细胞浓度，同时获得高产酸浓度、高生产强度和高转化率。转化率最高达90%，生产强度最高为4.27g/L/h，丁酸产量最高为98.7g/L。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本发公开了一种，属于发酵工程领域。将琥珀酸放线杆菌在装有棉纤维载体的发酵罐中培养、吸附固定，通过反复分批发酵、反复补料分批发酵、连续发酵或双罐循环连续发酵工艺，提高了发酵的细胞浓度，同时获得高产酸浓度、高生产强度和高转化率。转化率最高达90%，生产强度最高为4.27g/L/h，丁酸产量最高为98.7g/L。【专利说明】
本专利技术涉及，属发酵工程领域。
技术介绍
丁二酸，又名琥珀酸(Succinic acid)，是一种重要的碳四平台化合物。目前主要是利用石油为原料经化学法合成法生产丁二酸。利用琥珀酸放线杆菌发酵生产丁二酸，是从可再生的糖质原料出发，通过微生物的TCA还原途径固定CO2生产丁二酸，符合当今低碳经济发展要求，具有良好发展前景。但是，目前这种生产方法还受到生产成本偏高的制约。微生物发酵生产丁二酸还存在发酵过程菌体生物量不高、高底物浓度与高产物浓度对发酵的抑制，不能同时获得理想的生产强度与转化率的问题，因此，如何获得既有高的产物浓度又有高的生产强度和转化率成为用琥珀酸放线杆菌发酵法生产丁二酸的研究热点。2004年美国Urbance等报道了用塑料复合基质作为固定化材料，安装在发酵罐搅拌浆上，连续发酵运行，产丁二酸的生产强度达到2.lg/L/h，转化率为0.72g/g，但丁二酸的浓度最大仅为10.4g/L ;他们还尝试用生物膜循环发酵系统，在发酵罐内添加一个多孔网状材料用于富集菌体，转化率和丁二酸浓度提高到0.88g/g和34g/L，但生产强度仅为0.9g/L/h。2009年，韩国Kim等将细胞固定在生物膜系统中进行循环连续发酵，在稀释率为0.2/h条件下，获得最高的生产强度为6.63g/L/h，但丁二酸浓度仍仅为13.26g/L。2011年中科院过程所李强等，提出了一个发酵与提取偶联的装置，将发酵反应器与一个扩大的吸附床相偶联，发酵结束后发酵液中丁二酸被吸附到树脂上，同时新鲜培养基重新添加到发酵罐中进行发酵，当吸附床中树脂吸附饱和后，结束整个发酵周期，可以明显提高丁二酸的浓度(达到145.2g/L)，但 发酵时间从48h延长到126h，生产强度为1.3g/L/h，平均转化率仅为0.52g/g。2012年南非Van Heerden与Nicol以珍珠岩作为固定细胞材料，珍珠岩填充在反应器内作为吸附材料进行连续发酵，在稀释率为0.56/h时，反应器的生产强度达到6.35g/L/h，但转化率仅为0.65g/g。尽管以上的方法有的有效的提高丁二酸的生产强度，有的提高了产物浓度，但是同时获得高产酸浓度、高转化率和高生产强度的方法很少。本专利技术提供了利用被吸附固定的琥珀酸放线杆菌在发酵罐中反复生产丁二酸的多种工艺。该方法操作简单，有效提高了发酵生产丁二酸过程中，琥珀酸放线杆菌的生物量，并能够同时获得高丁二酸的浓度，高转化率以及高生产强度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种固定化发酵生产丁二酸的方法，利用纤维床反应器固定化琥珀酸放线杆菌，获得高的细胞浓度，提高丁二酸的产量、转化率以及生产强度。具体地,是将琥拍酸放线杆菌(Actinobacillus succinogenes)吸附固定于带纤维材料的发酵罐装置(即纤维床反应器)中，通过反复分批发酵、反复补料分批发酵、连续发酵或双罐循环连续发酵工艺实现丁二酸的高效生产。所述含纤维材料的发酵罐装置，即纤维床反应器，是以100%棉纤维材料为固定化载体，棉纤维织物厚度为0.5-2mm，孔隙率>90%，发酵罐中发酵液体积与棉纤维织物面积的比为3-6cm3/cm2，将棉纤维围绕在圆桶状铁丝网外表面，每层棉纤维之间空隙为0.5_2mm，通过铁丝网固定在发酵罐搅拌器上，使固定好的纤维床能够跟随搅拌转轴同时转动。本专利技术中，纤维床装置内径为5-lOcm、高为10-20cm，发酵罐中发酵液体积与棉纤维织物面积的比为3-6Cm3/Cm2;具体地，是将6*60cm2的棉纤维围绕发酵罐转轴卷成5层，每层之间空隙为1mm，并用铁丝网固定，纤维床装置内径为8cm，高为12cm，并且固定好的纤维床反应器能够随着搅拌转轴一同转动。所述棉纤维的长宽比、使用面积等，可根据所用发酵罐的具体高径比进行调整。所述棉纤维还可以缠绕固定在发酵罐挡板上，控制发酵罐中发酵液体积与棉纤维织物面积的比为3-6cm3/cm2。非搅拌状态发酵时，棉纤维织物可以卷成若干个桶装小卷悬浮于发酵液中，控制发酵罐中发酵液体积与棉纤维织物总面积的比为3-6cm3/cm2。所述琥珀酸放线杆菌的吸附培养是将摇瓶种子在厌氧培养箱中静置培养10_14h，培养温度为35-40°C。将种子培养基(培养基装液量为2L，使纤维床浸没在种子培养基中，能够大量吸附菌体)装入纤维床反应器中，按0.5-10% (v/v)的接种量接入琥珀酸放线杆菌摇瓶种子，并于35-40°C，在通N2或CO2的厌氧条件下，培养吸附6-10h，搅拌转速70-120rpm/min。种子培养基组成为:葡萄糖5_15g/L，酵母膏10_20g/L(或玉米浆15_30g/L), K2HP0415-20g/L, NaH2P045_10g/L，pH 自然，115_121°C灭菌 20_30min。所述利用固定化琥珀酸放线杆菌发酵生产丁二酸:`琥珀酸放线杆菌在纤维床反应器中培养吸附后，将反应器中种子培养液由蠕动泵抽出，并更换为新鲜的1.6L发酵培养基。通入N2或CO2维持厌氧环境，控制发酵温度35-40°C，搅拌转速150-200rpm/min，用碳酸盐控制pH在5.8-7.2。所用的碳酸盐为10-50%(w/v)的碳酸钠或碳酸氢钠或10-40% (w/v)的碳酸镁。所述发酵培养基的配方为:葡`萄糖30-150g/L，玉米浆15-35g/L，K2HPO4L 5_3g/L，NaH2PO4L 5_3g/L，谷氨酸钠 0.05_2g/L，蛋氨酸 0.01-0.5g/L，Na2S0.01-lg/L，pH 调至6.0-6.5，115-121°C灭菌，20-30min。所述利用固定化琥珀酸放线杆菌发酵生产丁二酸可采用反复分批发酵、反复补料分批发酵、连续发酵或纤维床反应器-双罐循环连续发酵。所述用纤维床反应器反复分批发酵时，发酵培养基的葡萄糖浓度为50_100g/L，发酵时间10_32h，当发酵液中葡萄糖浓度低于l_5g/L时，放料并更换新鲜发酵培养基，重复进行下一批次发酵，反复发酵批次8-15次，总运行时间100-200h，期间保证无菌操作。所述用纤维床反应器反复补料分批发酵时，发酵培养基初始糖浓度为30_50g/L，发酵8-20h，当发酵液中葡萄糖浓度在5-15g/L以下时，用蠕动泵一次性补加葡萄糖40-60g/L，当发酵液中葡萄糖浓度再次降为l-5g/L以下时，放料更换新鲜发酵培养基。重复上述过程，进行下一批次发酵。总运行时间200-300h，期间保证无菌操作。所述用纤维床反应器进行连续发酵时，发酵培养基初始糖浓度为60_90g/L，在发酵液葡萄糖浓度降低为5-10g/L时，以稀释速率0.01-0.3/h开始连续发酵。所述纤维床反应器-双罐循环连续发酵，循环连续发酵装置由纤维床反应器、循环罐、蠕动泵及橡胶软管组成，循环罐的体积为纤维床反应器体积的0.5-本文档来自技高网...
【技术保护点】
以棉纤维材料固定琥珀酸放线杆菌（Actinobacillus?succinogenes）发酵生产丁二酸的方法，是将琥珀酸放线杆菌吸附固定于纤维床反应器中，通过反复分批发酵、反复补料分批发酵、连续发酵或双罐循环连续发酵工艺实现丁二酸的高效生产。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郑璞，颜强，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：
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