[發明專利]維生素B12發酵過程優化與放大的方法與裝置

無效

• 申請號: 200810042761.8
• 申請日: 2008-09-11
• 公開（公告）號: CN101775424A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: 莊英萍;張嗣良;李昆太;劉東洪;儲炬;王永紅;黃明志;杭海峰
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C12P19/42
• 分類號: C12P19/42;C12M1/38;C12M1/36;C12M1/34;C12M1/02;C12R1/38
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 徐迅

技術領域

本發明涉及一種發酵過程優化與放大的方法及其裝置，尤其是涉及一種維生素B₁₂發酵過程優化與放大的方法與裝置。

背景技術

為了使小型發酵試驗所獲得的規律和數據能在大生產中再現，就要掌握和運用放大技術。現有技術中一般采用相似原理進行比擬放大。具體地，現有技術中比擬放大的基本方法是：首先必須找出表征此系統的各種參數，將它們組成幾個具有一定物理含義的無因次數，并建立它們之間的函數式，然后用實驗的方法在試驗設備里求得此函數式中所包含的常數和指數，則此關系式便可用作與此試驗設備幾何相似的大型設備的設計。

所有放大原則的目的都在于從大量的試驗材料中把握和找出影響生產過程的主要矛盾，從而使得大型設備的規律和數據在小型發酵試驗所獲得的規律和數據能在大生產中再現。目前通用的放大準則包括：

(1)幾何相似：其函數式如下式(I)

D₂/D₁＝D_i2/D_i1＝(V₂/V₁)^1/3????式(I)

D-------------反應器直徑

D_i-------------攪拌器直徑

V--------------反應器的裝料容積

(2)恒定等體積功率放大由Pg/V恒定而確定攪拌轉速。

(3)恒定傳氧系數kLa放大

(4)恒定剪切力恒定葉端速度放大剪切力與攪拌槳葉端速度成正比，在恒定體積功率放大時一般維持n³d²不變(n為攪拌槳轉速、d為攪拌槳直徑)

(5)恒定的混合時間tM放大等。

在應用上述放大原則(或準則)的放大過程中，本領域技術人員可以通過有限的試驗建立類似式(I)的函數式，這些函數式屬于現有技術，在此不作詳述。

但是上述現有的放大準則的不足之處在于，其都是基于細胞外的參數檢測為基礎的最佳工藝控制點為依據的靜態操作方法，沒有著眼于基于細胞代謝物質流分布變化的有關現象特征參數。在放大時不可能同時做到幾何相似、流體運動學相似和流體動力學相似，當在小試研究時某一個對生產產生影響的重要因素沒有被觀察到，而這個因素恰恰在放大時成為關鍵因子時，會導致量變引起質變，從而造成整個發酵過程的失敗。因此，本領域缺乏基于生理代謝特征參數的放大原則及其方法。

目前，采用現有的放大原則對維生素B₁₂發酵過程優化與放大，特別是放大到工業規模水平時遇到了問題，體現在維生素B₁₂的發酵單位都不高于125μg/ml，低于小型發酵試驗的發酵單位。

現有技術中，維生素B₁₂通常是指含鈷離子的鈷胺素類化合物。它是一種重要的生物活性物質，是哺乳動物的造血因子，可以用來治療惡性貧血癥，同時它也是許多微生物和動物的生長因子。維生素B12的生物合成嚴格限于微生物中，自然界中VB₁₂的合成途徑存在兩種不同的路線：(1)需氧合成途徑，比如脫氮假單孢桿菌(P.denitrificans)等微生物中；(2)厭氧合成途徑，比如Bacillus?megaterium、P.shermanii、Salmonella?typhimurium等微生物中。長期來，VB₁₂的合成研究與與生產大多停留在厭氧發酵途徑；經過至少25年的努力，借助于遺傳學和分子生物學手段以及與酶學、化學合成、同位素標記、核磁共振波譜學等相結合，P.denitrificans中VB₁₂的需氧合成途徑才在1993年被完整地闡述。如式II所示的反應式顯示了各種微生物維生素B₁₂生物合成途徑的示意圖，以及需氧合成途徑與厭氧合成之間的差異。