专利名称：一种对具荚膜细菌发酵液过滤预处理方法
技术领域：
本发明属于生物分离技术领域，特别涉及一种具荚膜细菌发酵液过滤预处理的方法。
背景技术：
克雷伯氏肺炎杆菌是一种具有荚膜的兼性厌氧细菌，它是一种广泛研究的生物固氮菌株。近年来，利用克雷伯氏肺炎杆菌以甘油为底物发酵生产1，3-丙二醇逐渐成为一个研究热点。1，3-丙二醇(1，3-Propandiol)是生产聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)的单体。PTT是一种生物可降解的聚酯材料，应用于高级纺织材料。与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PDT)相比，1，3-丙二醇的奇数碳原子数使PTT具有特殊的性能。现行的1，3-丙二醇生产方法主要有丙烯醛法和环氧乙烷法，但这两种方法存在副反应多、反应条件苛刻以及环境污染等问题，而且产量较少，极大地制约了1，3-丙二醇的生产和应用，利用甘油或葡萄糖发酵法生产1，3-丙二醇具有条件温和、生产原料为可再生资源、环境污染小等优点，受到越来越多的重视。
綦文涛、修志龙在“中国生物工程杂志，2003，23，64-68”中发表的“甘油歧化生产1，3-丙二醇过程的代谢和基因调控机理研究进展”及张健、赵红英、刘宏娟等在“现代化工，2002，22，32-35”上发表的“葡萄糖作为辅助底物发酵生产1，3-丙二醇的研究”H.Biebl·K.Menzel·A.-P.Zeng·W.-D.Deckwer在“Appl Microbiol Biotechnol(1999)52289-297”中发表的“Microbialproduction of 1，3-propanediol”表明，利用克雷伯氏肺炎杆菌(Klebsiellapneumoniae)，以甘油原料进行发酵可以生产1，3-丙二醇。发酵结束时发酵液中的菌体浓度OD一般在4～15之间，要将1，3-丙二醇从发酵液中提取出来，首先要进行发酵液中菌体等固体杂质与液体的分离。对于常用的固液分离方法有，絮凝、板框过滤、膜过滤等方法。克雷伯氏肺炎杆菌的菌体细胞外具有一层荚膜，对菌体其营养和保护作用。但是荚膜的存在使得发酵液粘度较大，而且荚膜是附着于菌体表面，使菌体成为一种具有塑性的颗粒。这些特性使得其发酵液在进行固液分离时很困难。板框过滤难以进行，膜过滤通量较低，而且残渣率较高。在板框过滤时，如果使用的助滤剂颗粒较大，形成比菌体细胞大的孔洞时，在过滤推动力的作用下，细胞外的荚膜发生形变，而通过孔洞，使得助滤剂起不到过滤效果。当使用的助滤剂颗粒较小，形成比菌体细胞小的孔洞时，菌体被截流，而菌体的荚膜则变形堵塞菌体细胞间和助滤剂之间形成的空隙，使得发酵液中的液体也必能通过，而不能进行过滤操作。同样的原理，在膜过滤中由于荚膜的可塑性，使得膜的孔洞很容易被堵塞，同时荚膜的存在是的发酵液粘度较大，膜表面的切相流速度较慢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对具荚膜细菌发酵液过滤预处理的方法。使得发酵液的菌体与液体组分能够很好的分离。
本发明利用酸或碱对发酵液进行处理，使得菌体表面的荚膜被水解，获得去除荚膜的菌体发酵液，减轻菌体颗粒的可塑性，降低发酵液粘度。从而使得发酵液可以利用板框过滤设备进行过滤，在膜过滤中可以增大膜通量、降低残渣率等。
利用酸或碱进行发酵液过滤预处理的工艺过程为1)利用酸碱调节发酵液pH，酸处理调节pH1～3，碱处理调节pH11～14；2)发酵液升温到70℃～100℃，保温0.3～18小时，使得菌体表面的荚膜被水解，获得去除荚膜的菌体细胞，减轻菌体颗粒的可塑性，降低发酵液粘度。
本发明所述发酵液为具荚膜细菌形成的发酵液，包括克雷伯氏肺炎杆菌的发酵液；所述酸为硫酸、盐酸、硝酸，中的一种或它们的混和物；所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾，中的一种或它们的混和物。
本发明的优点在于工艺路线简单，设备成本低，发酵液基本无损失，处理过的发酵液能够通过板框过滤进行过滤，在膜过滤中改善过滤效果等特点。
具体实施例方式
本发明提供一种具荚膜细菌发酵液过滤取预处理的方法。其特征在于利用酸或碱对发酵液进行处理，使得菌体表面的荚膜被水解，获得去除荚膜的菌体细胞，减轻菌体颗粒的可塑性，降低发酵液粘度，从而使得发酵液可以利用板框过滤进行过滤，在膜过滤中可以增大通量、减少残渣率等。
下面再举具体实例对本发明方法予以说明。
实例1(1)发酵液克雷伯氏肺炎杆菌利用甘油发酵生产1，3-丙二醇的发酵液，其组分为1，3-丙二醇57g/L；2，3-丁二醇18g/L；甘油31g/L；乙醇8g/L；乳酸23g/L；醋酸4g/L；琥珀酸6g/L；OD(650nm)13。
(2)发酵液直接过滤效果滤纸过滤，过滤开始后过滤速度很快降低到接近0，同时开始过滤得到的滤液并不澄清。
加硅藻土抽滤瓶真空抽滤，现象与滤纸过滤相似，不能得到澄清的滤液。
板框过滤，添加不通型号的助滤剂均没有得到澄清的滤液。
管式微滤膜过滤，100升发酵液，4平米膜面积管式微滤膜，过滤初始速度12升/平米.小时，结束速度6升/平米.小时，残渣20升。
(3)预处理条件调酸用硫酸，调节pH1.0保温，沸水浴0.3小时(4)预处理后过滤效果滤纸过滤，过滤速度均匀，得到清液OD(650nm)值0.05。
板框过滤，添加1％珍珠岩助滤剂，清液OD(650nm)0.3。
管式微滤膜过滤，过滤初始速度40升/平米.小时，结束速度20升/平米.小时，残渣10升。清液OD(650nm)0.02。
实例2(1)发酵液克雷伯氏肺炎杆菌利用甘油发酵生产1，3-丙二醇的发酵液，其组分为1，3-丙二醇58g/L；2，3-丁二醇17g/L；甘油23g/L；乙醇7g/L；乳酸24g/L；醋酸4g/L；琥珀酸6g/L；OD(650nm)11。
(2)发酵液直接过滤效果滤纸过滤，不能得到澄清的滤液。
加硅藻土抽滤瓶真空抽滤，不能得到澄清的滤液。
板框过滤，添加不通型号的助滤剂均没有得到澄清的滤液。
中空纤维式微滤膜过滤，100升发酵液，过滤初始速度2升/平米.小时，结束速度1升/平米.小时，残渣30升。
(3)预处理条件调酸用盐酸，调节pH3.0保温，70℃水浴18小时(4)预处理后过滤效果滤纸过滤，清液OD(650nm)值0.02。
板框过滤，添加1％硅藻土助滤剂，清液OD(650nm)值0.2。
中空纤维式微滤膜过滤，100升发酵液，过滤初始速度6升/平米.小时，结束速度4升/平米.小时，残渣20升，清液OD(650nm)值平均0.04。
实例3(1)发酵液克雷伯氏肺炎杆菌利用甘油发酵生产1，3-丙二醇的发酵液，其组分为1，3-丙二醇61g/L；2，3-丁二醇19g/L；甘油30g/L；乙醇4g/L；乳酸12g/L；醋酸2g/L；琥珀酸4g/L；OD(650nm)9。
(2)发酵液直接过滤效果滤纸过滤，不能得到澄清的滤液。
加珍珠岩抽滤瓶真空抽滤，不能得到澄清的滤液。
(3)预处理条件调碱用氢氧化钠，调节pH13.0保温，95℃水浴0.5小时。
(4)预处理后过滤效果滤纸过滤，清液OD(650nm)值0.1。
加珍珠岩抽滤瓶真空抽滤，添加1.5％珍珠岩助滤剂，清液650nmOD值0.2。
权利要求
1.一种对具荚膜细菌发酵液过滤取预处理的方法，其特征在于a、利用酸或碱调节发酵液pH，酸处理调节pH1～3，碱处理调节pH11～14；b、将发酵液升温升温到70℃～100℃，保温0.3～18小时，进行水解。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述发酵液是具荚膜细菌培养的发酵液，包括克雷伯氏肺炎杆菌的发酵液。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述酸为硫酸、盐酸、硝酸，中的一种或它们的混和物。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾，中的一种或它们的混和物。
全文摘要
本发明提供了一种具荚膜细菌发酵液过滤预处理的方法，属于生物分离技术领域。利用酸或碱对发酵液进行处理，使得菌体表面的荚膜被水解，获得去除荚膜的菌体细胞，减轻菌体颗粒的可塑性，降低发酵液粘度。工艺过程为利用酸或碱调节发酵液pH，酸处理调节pH 1～3，碱处理调节pH 11～14；将发酵液升温升温到70℃～100℃，保温0.3～18小时，进行水解。本发明的优点在于工艺路线简单，设备成本低，发酵液基本无损失，处理效果好。
文档编号C12R1/22GK1873014SQ20061001169
公开日2006年12月6日 申请日期2006年4月14日 优先权日2006年4月14日
发明者刘德华, 郝健, 韦明泉, 乔建援, 杜风光, 乔凯 申请人:清华大学, 黑龙江辰能生物工程有限公司, 河南天冠企业集团有限公司