利用吸附剂对通过微生物发酵制得的产物分离和精制的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于通过微生物培养而生产的产物的发酵、分离和精制装置及方法。本发明专利技术的发酵分离精制装置及方法能够将通过微生物培养而生产的产物以方便、连续及高效率的方式进行分离精制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及用于通过微生物培养而生产的产物的发酵、分离和精制装置及方法。本专利技术的发酵分离精制装置及方法能够将通过微生物培养而生产的产物以方便、连续及高效率的方式进行分离精制。【专利说明】
本专利技术涉及用于对通过微生物发酵培养生产的产物进行连续分离和精制的装置及方法。
技术介绍
丁醇可在化妆品、香水、荷尔蒙、卫生消毒剂、工业用涂覆剂、涂料添加剂、纤维、塑料单体、医疗用品、维生素、抗生素及农药等中用作化学中间物(文献)。作为现有的丁醇的制备方法，使用梭菌(Clostridium)菌株发酵糖来生产丁醇、丙酮及乙醇的方法(文献)一直用到80年代，但之后，一直广为使用的是从获得自石油的丙烯来合成丁醇的羰基合成法(0X0 process).,但是，基于石油的丁醇制备方法由于使用高温高压而复杂化且排出大量的有害废弃物和二氧化碳(文献),近来，利用可持续性资源通过微生物的发酵以环保方式生产丁醇的要求已经再次增加。但是，如上所述，当前大部分情况下通过化学合成法生产丁醇。由于油价上升、环境问题等原因，世界范围内对生物丁醇研究的兴趣急剧增加，但到尚不能有效地生产生物丁醇。到目前为止，对于丁醇而言，通过发酵生产丁醇的大部分实例中使用了梭菌菌株。有这样的实例，其中通过在载体中插入三种基因即精氨酸脱羧酶(adc)、CoA转移酶A(CtfA)及CoA转移酶B (CtfB)三种基因，并使用adc的启动子以由此构建人工操纵子并且之后将这一质粒pFNK6导入到梭菌丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)ATCC824菌株中而将丙酮、丁醇及乙醇的生产率相较于野生型分别增加了 95%、37%及90% (文献)。此外，还有克隆并表达乙醇/醛脱氢酶(aad)的重组菌种与野生型进行比较时产生比丙酮更高量的丁醇及乙醇的实例(文献)。除此之外，作为将基因功能失活的方法，还有将丁酸磷酸酶(buk)和磷酸化醋酸转移酶(Pta)失活的实例。据报道当将buk基因失活的菌株PJC4BK发酵至pH5.0以上时，丁醇的生成量显著增加至16.7g/L (文献)。但是，据报道在将pta基因失活的菌种的实例与野生型菌种实例相比时，在溶剂生产方面没有显著的差异(文献Harris等，Biotechnol.Bioeng., 67:1, 2000)。 并且,据报道利用由随机突变诱导的突变株贝氏梭状芽胞杆菌(Clostridium beijerinckii) BAlOl菌株并将麦芽糊精(maltodextrin)作为碳源进行发酵时，生成了 18.6g/L的丁醇(文献)。但是，即使利用这些重组菌株的实例中，使培养基内的丁醇的生产量因作为最终产物的丁醇的毒性而非常低(20g/L或更少)，以致不可能工业利用这些重组菌株。因此，研发了用于以原位提取培养过程中生成的丁醇的多种方法以将培养基内的丁醇浓度维持在不会引起细胞毒性的水平。例如，据报道通过利用活性炭来吸附连续培养的期间生产的丁醇可提高生产率(文献)。但是，这一方法中，活性炭只对丁醇进行选择性的吸附且吸附的丁醇的浓度较低，以致难以回收丁醇，且活性炭的物理稳定性不足以致不可能重复利用所述活性炭。因此，存在丁醇的提取花费昂贵的缺点。丁醇的吸附量与丁醇的浓度成正比，而通过连续培养中生产的丁醇的浓度较低，因此丁醇的吸附量也非常少。由于此类问题，即使进行连续的培养工序，生产率也不超过lg/L/h。并且，由于细胞的聚集，填充有活性炭的柱可能被物理性堵塞，由此引起工艺上的问题。这种方法中，细胞聚集物堵塞柱，且在培养基的流动形成通道，从而使产物例如丁醇、丙酮、异丙醇或乙醇等在整个吸附剂中很难吸附，由此会降低吸附效率。已经报道了利用除了活性炭之外的吸附剂来提高溶剂的生产率和浓度且利用可再生的吸附剂的方法(文献)。此方法是将吸附剂添加到培养基内并且将培养过程中生成的丁醇吸附在吸附剂中以回收丁醇的方法。根据此方法，应当从培养基回收吸附剂，且在回收过程中必然要发生吸附剂的损失。并且，在培养过程中微生物所生成的杂质和作为原料物质的糖会同时吸附以致在回收丁醇时丁醇的纯度及生产率较低。并且，丁醇的吸附量与培养基内添加的吸附剂的量成正比，而这一方法中培养基内添加吸附剂的量也存在界限。并且，这一方法中，乙醇和丙酮的浓度相对提高，并起到解吸所吸附的丁醇的作用，以使丁醇浓度的提高存在限制。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的在于，提供能够将从微生物发酵培养基生产的产品连续分离和精制的分离和精制装置及分离和精制方法。技术方案 在一个一般方面中，提供产物的连续发酵、分离和精制装置，其包括:培养器，其中将微生物与原料物质一同进行培养以生产产物；至少两个填充有吸附剂的柱；和转换部分，其用于控制以使包含产物的培养基从培养器提供至特定柱，其中转换部分在产物在提供有培养基的第一柱中被充分吸附时停止将培养基提供至第一柱并且改变培养基的流动以将培养基提供至第二柱。在本专利技术的另一个方面中，提供产物的连续发酵、分离和精制方法，其包括:将微生物与原料物质一同培养以生产产物；将包含所述产物的培养基提供至填充有吸附剂的第一柱；和在产物在第一柱中被充分吸附时的情况下停止向第一柱提供培养基并向第二柱提供培养基。有益效果利用本专利技术的发酵、分离和精制装置及方法，能够简单且迅速地分离和纯化微生物培养基内的产物。【专利附图】【附图说明】图1是根据本专利技术的发酵、分离和精制装置的示意图。图2是表示吸附剂的相对丁醇吸附性能的比较图表。图3显示多种浓度的吸附剂的丁醇吸附速度的动力学分析。图4表示使用根据本专利技术的示例性实施方案的培养方法进行培养获得的发酵概况。ABE:丙酮、丁醇及乙醇。【具体实施方式】本专利技术的优点及特征，以及达成上述优点及特征的方法参照与附图一同详细后述的示例性实施方案便能明确。但是，本专利技术并不局限于以下公开的示例性实施方案，而是以相互不同的多种形态体现，优选的实施方案使本专利技术的公开更为完整，且为了使得本专利技术所属领域技术人员更容易理解本专利技术的范围而提供。因此，本专利技术仅根据权利要求的范畴来定义。说明书全文的相同的附图标记是指相同的结构要素。本专利技术涉及生成物的连续发酵、分离和精制装置，其包括:培养器，其中将微生物与原料物质一同进行培养以生产产物；至少两个填充有 吸附剂的柱；和转换部分，其用于控制以使包含产物的培养基从培养器提供至特定柱，其中转换部分在产物在提供有培养基的第一柱中被充分吸附时停止将培养基提供至第一柱并且改变培养基的流动以将培养基提供至第二柱(图1)。此外，本专利技术涉及产物的连续发酵、分离和精制方法，其包括:将微生物与原料物质一同培养以生产产物；将包含所述产物的培养基提供至填充有吸附剂的第一柱；和在产物在第一柱中被充分吸附时的情况下停止向第一柱提供培养基并向第二柱提供培养基。并且，本专利技术涉及产物的连续发酵、分离和精制方法，其包括:将微生物与原料物质一同培养以生产产物；将包含所述产物的培养基提供至填充有吸附剂的第一柱；在产物在第一柱中被充分吸附时的情况下停止向第一柱提供培养基并向第二柱提供培养基；和从不被提供培养基的第一柱中的吸附剂解吸所吸附的产物，同时产物吸附在被提供培养基的第二柱中。以下，参照附图对根据本专利技术的通过微生物发酵生产的产物的发酵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：李相贤，严文顥，李朱莉娅，全商晙，赵正熙，催振达来，
申请(专利权)人：GS加德士，
类型：
国别省市：