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自絮凝产琥珀酸放线杆菌发酵产丁二酸过程中的细胞回用.pdf

  • 上传人:first2
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  • 上传时间:2021-09-08
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    关 键  词:
    絮凝 琥珀酸 放线 杆菌 发酵 产丁二酸 过程 中的 细胞
    资源描述:
    创新与借鉴 中国酿造 2 0 1 2 年第3 1 卷第2 期 总第2 3 9 期1 5 7 自絮凝产琥珀酸放线杆菌发酵产丁二酸过程中的细胞回用 方晓江1 ,马江锋“2 ,刘经伟1 ,李泽壮1 ,陈韶辉1 ,姜岷。 ( 1 中国石化扬子石油化工有限公司南京研究院,有机化工研究所,江苏南京2 1 0 0 4 8 ; 2 南京工业大学生物与制药工程学院,材料化学工程国家重点实验室,江苏南京2 1 0 0 0 9 ) 摘要:为了解除丁二酸生产中的产物抑制作用,考察了沉降法收集自絮凝产琥珀酸放线杆菌Y Z 0 8 1 9 菌体,移除产物,加入新鲜培 养基并继续进行丁二酸的发酵。结果表明经正常7 0 9 几初始葡萄糖发酵结束后,收集细胞进行第二次发酵,在仅含有葡萄糖和水作为 发酵培养基的情况下,细胞能消耗6 0 9 几的葡萄糖,生成4 5 3 0 9 几的丁二酸,丁二酸得率为7 5 5 0 。与正常发酵相比,在第二次发酵过 程中虽然丁二酸的生产强度有较大幅度下降但整个过程几乎不产副产物甲酸,乙酸的量也略有下降,因此主产物丁二酸的量有所提 高。通过对细胞的回用研究表明,将产物移除收集细胞进行回用,细胞仍具有较高的产酸能力,整个过程增加了丁酸的总产量,降 低丁二酸的生产成本。 关键词:丁二酸;产物抑制;细胞回用;产琥珀酸放线杆菌 中图分类号:T Q 9 2 1文献标识码:A文章编号:0 2 5 4 5 0 7 1 ( 2 0 1 2 ) 0 2 一0 1 5 7 - 0 4 R e 璐eo f s p tc e Ud u r i n gs u c c i n i ca c i df e l m e n t a t i o nb ys e l n o c c l l l a t i n gA c d n o b 捌晒翩c c i n 呼n F A N Gx i a o j i a n 9 1 ,M AJ i 蛆g f e n 9 1 j 删g w e i l ,uz e z h u a n 9 1 ,c 耻Ns h h u i l ,J I A N GM i n 2 1 D 哪咖删o f o 唱蛆i cC h e I I l l c 丑lE n g i I l e e 由g N a I l 吨R e s e a r c hh s t i 柚t eo f s 协0 p e cY a n 班p e 在D c h m i c a lc o 酗,N 嘲m g 2 l 0 0 4 8 ,Q 诮a ;2 s 瓴t eK e yIa b o 哪o r yo f M a 锄a l s 一蹦e n t e dC h 锄c a lE n ,C o n e 寥o f B i 咖h n o l o g y 衄d P h a n n a c e u t i c a lE n g i n e e f i n g 。N a 吗h 毽U n i v e r s 毋o f T c c h n o i o g y N 嘲i n g2 l O 0 0 9 C h i n a ) A b g 仃毗mo r d e rt or e l i e v ei n l l i b i t i o n 劬c t i o no f p r o d u c t s ,s p e n tc e l l so f s e l f - n o c c u l a 血gA c 咖o b a 删吣s u c c 面o g 册钉Y z 0 8 1 9r e c o v c r c dv i as e d i - m e n t a t i o nw a su s e di nm es e c o n ds u c c i n a t e 诧n n e n t a t i o n T h er e s u l t ss h o w e dt l l a I a f t e rm e 觚tb a t c hf 锄e n t a 血o nw i 出t t I ei n i 廿a lc o n c e n 仃a 石o no f 7 0 吕几舀u c o s e ,山ec 0 1 l e c t e ds P e n tc e l I sc o u l dc o n s u m e6 0 9 ,Lg l l l c o s et 0p m d u c e4 5 3 0 9 Lu c c i n i ca c i dw i 血m ey i e l do f 7 5 5 c o m p a r e dw 池t 1 1 e f 璐tf c 衄e n 协f i o n ,t h ec o n t e n to f s o m eb y - p r o d u c t ss u c ha sf o n n i c 柚da c e t i ca c i dw e r ed e c r e a s e d a l t l l o u g h 山ep m d u c t i o ni n t e n s i 妙d e c r e a s e dd e e p l y n 伦c o n c e n to fs u c c i n i ca c i dw a sp r e d o m _ i n a c e di n 也ef c n n e n t a t i o nl i q u o r T h er c s u n s 出o w e dm a ts p e n tc c l lv i af i r s t 向m c n t 撕0 ne ) 【l l i b n c d9 0 0 d p r o d u c t i o np e 响蛐a n c ef o r 蛐c c 越ca c i d ,跚dt 1 1 et o t a ly i e l do fs u c c i n i ca c i dw a s 觇l I l 如c e d B yt h i ss u c c e s s i v er c l 】s em e m o d ,t 1 1 ep r o d u c t i o no fs I l c - c i l l i ca c i di sc o s t - 翰诎唱a n dc o m p e t i t i V e 脚w 饥d s :蚰c c i n i ca c i d ;p m d u c ti n h i b i t i o n ;r e l I s eo f s p e n tc e l I ;A c 血0 6 a c 埘u ss u c c 面q g 即e s 丁二酸是一种应用广泛的有机化工原料及中问体, 近年来由于生物法生产丁二酸具有环境友好,并能固定二 氧化碳等优点而成为研究的热点。在前期的研究中己经 发现,产琥珀酸放线杆菌由于受到目标产物丁二酸,副产 物甲酸、乙酸等的抑制作用M ,使发酵过程的反应速率随 着产物的积累而下降。目前国内外也有相关文献针对这一 问题进行了研究报道,K D 幢等【目通过在连续发酵产丁二酸 过程中一边移除产物一边补入新鲜培养基使得产琥珀酸 放线杆菌的最大菌体干重达到了1 6 4 9 L ,丁二酸的生产强 度达到了6 6 3 ( L 1 1 ) 。徐冰等【9 通过将重组大肠杆菌发酵 产丁二酸后期的发酵液进行离心,将得到的菌泥后重新接 入到新鲜培养基中进行继续发酵,大大提高了丁二酸的生 产强度和细胞的利用率。白雪飞等旧通过将A c 如o b a c 埘u s s u c c 面嘴n e sN J l l 3 发酵结束后的细胞进行水解,以单独 的水解液作为氮源时,丁二酸产量可达4 2 0 9 L ,配合5 9 几 酵母粉同时使用时,经3 6 h 厌氧发酵产得7 5 5 9 几的丁二酸。 考虑到连续发酵的适用范围和经济费用限制了其大规模 的应用;与基因工程菌相比,野生菌产琥珀酸放线杆菌生 物量相对较小且细胞无抗性,若采用离心方法收集菌泥, 较容易染菌且操作也较复杂;而将发酵结束的细胞进行水 解后再利用,操作较繁琐,还要额外添加酶。本实验室筛 选的产琥珀酸放线杆菌Y z 0 8 1 9 具有耐受高浓度铵离子的 收稿日期:2 0 1 1 1 0 2 8 基金项目:国家自然科学基金( 2 1 0 7 6 1 0 5 ) 作者简介:方晓江( 1 9 8 5 ) 男,江苏省无锡人,助理工程师,研究方向为生物化工。 开发,2 0 0 3 ( 2 ) :1 8 2 0 【1 2 】杨志娟我国天然色素现状及发展方针【J 食品研究与开发,2 0 0 3 ( 2 ) :3 【1 3 张钟,陶佩,王丽黑糯玉米芯色素超声波辅助提取工艺参数 的优化【J 包装与食品机械,2 0 0 4 ,3 ( 2 4 ) :2 4 2 8 【1 4 】张一凡,孟宪军,季长敏黑玉米中花色苷的提取工艺条件初探 J 】 粮食工程,2 0 0 8 ( 3 ) :2 3 【1 5 】杨引福特种玉米生产及加工【h 1 北京:中国标准出版社,2 0 0 1 【1 6 】杨引福,郭强,陈婧2 0 0 9 中国温带糯玉米自交系遗传及品质性 状分析【J 西北植物学报,2 0 0 9 ( 1 1 ) :2 2 1 3 2 2 2 0 万方数据 2 D 1 2v o I 3 1N 0 2 1 5 8 s e n 舶N o 2 3 9 C h i n aB r e w i n g I n n 。v a d o n 删K D o w l e 姆T t 锄s 衙 的特点叫它的另一个主要特点是菌体具有自絮凝能力且 这一特性是永久性的( 见图1 ) ,在发酵过程中只要停止搅 拌与通气菌体便会迅速自然沉降到发酵罐底部与发酵液 分离开。细胞的这一特性,使得后期的固液分离过程大大 简化,即只需采用沉降法便能轻易将发酵液与菌体分离 开,能降低后期的丁二酸分离成本。李凡等雌啪利用自絮 凝酵母,采用沉降法收集菌泥,重复批次发酵乙醇,获得 了连续生产高浓度乙醇的工艺。考虑到丁二酸的后期分 离的成本,以及氮源方面占到整个丁二酸生产过程中相当 大的比重,本文对沉降法收集菌体并将其继续用于丁二酸 的发酵中进行了可行性的研究。初步考察了发酵条件,并 且将细胞的回用进程与正常的发酵过程进行了对比。 团1 产琥珀酸放线杆菌Y Z 1 9 发酵产丁二酸的发酵液 同g u 悖1F e n n e n 圳O nb 舳o fs u c c i n i ca d dp 删u O 鲥b y A s l l 0 0 l n 口g e n Y 趵8 伯 1 材料与方法 1 l 试验菌株 产琥珀酸放线杆菌( A c t i 8 0 b a c u ss u c c 血l 窖e n 船) Y z 0 8 1 9 ,由南京工业大学生物与制药工程学院实验室分 离并保存。 1 2 培养基 种子培养基( g 心:葡萄糖1 0 ( 分消) ,酵母膏5 ,N a H c O , 1 0 N 棚舶4 2 L 0 9 6 ,K m 3 H 曲1 5 5 ,p H 值为7 o 1 2 l 灭菌1 5 m m 发酵培养基( g D :葡萄糖1 0 1 2 0 ( 分消) ,酵母膏1 0 , 乙酸钠1 5 ,K H 3 P 0 4 3 o ,M g c l 2 6 H 2 0 0 3 ,C a c l 2 n 3 ,N a c l l n p H 值为7 O ,1 2 l 灭菌1 5 m i n 。 1 3 培养方法 1 3 1 种子培养方法 冻存于7 0 冰箱的菌种,接种到3 7 厌氧培养箱平板 活化培养2 4 h 后转接到种子培养基中2 0 0 r m 毗3 7 培养 1 0 1 2 h 后作为种子液。 1 3 2 分批发酵 分批发酵在3 L 发酵罐中进行装液量1 5 L 接种量7 搅拌转速为2 0 0 咖曲,c o :通气量为O 5 L ,m i n ,培养温度为 3 7 ,3 m o 札N a f q 调节发酵液p H 值为6 8 。 1 3 3 发酵细胞的收集与再发酵 在正常发酵即将结束时,停止搅拌与c o :
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