[發明專利]以棉纖維材料固定琥珀酸放線桿菌發酵生產丁二酸的方法

有效

• 申請號: 201310401535.5
• 申請日: 2013-09-05
• 公開（公告）號: CN103436561A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 鄭璞;顏強
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C12P7/46
• 分類號: C12P7/46;C12N11/10;C12R1/01
• 代理公司: 北京愛普納杰專利代理事務所(特殊普通合伙) 11419
• 代理人: 何自剛;王玉松

技術領域

本發明涉及以棉纖維材料固定琥珀酸放線桿菌發酵生產丁二酸的方法，屬發酵工程領域。

背景技術

丁二酸，又名琥珀酸(Succinic?acid)，是一種重要的碳四平臺化合物。目前主要是利用石油為原料經化學法合成法生產丁二酸。利用琥珀酸放線桿菌發酵生產丁二酸，是從可再生的糖質原料出發，通過微生物的TCA還原途徑固定CO₂生產丁二酸，符合當今低碳經濟發展要求，具有良好發展前景。但是，目前這種生產方法還受到生產成本偏高的制約。微生物發酵生產丁二酸還存在發酵過程菌體生物量不高、高底物濃度與高產物濃度對發酵的抑制，不能同時獲得理想的生產強度與轉化率的問題，因此，如何獲得既有高的產物濃度又有高的生產強度和轉化率成為用琥珀酸放線桿菌發酵法生產丁二酸的研究熱點。

2004年美國Urbance等報道了用塑料復合基質作為固定化材料，安裝在發酵罐攪拌漿上，連續發酵運行，產丁二酸的生產強度達到2.1g/L/h，轉化率為0.72g/g，但丁二酸的濃度最大僅為10.4g/L；他們還嘗試用生物膜循環發酵系統，在發酵罐內添加一個多孔網狀材料用于富集菌體，轉化率和丁二酸濃度提高到0.88g/g和34g/L，但生產強度僅為0.9g/L/h。2009年，韓國Kim等將細胞固定在生物膜系統中進行循環連續發酵，在稀釋率為0.2/h條件下，獲得最高的生產強度為6.63g/L/h，但丁二酸濃度仍僅為13.26g/L。2011年中科院過程所李強等，提出了一個發酵與提取偶聯的裝置，將發酵反應器與一個擴大的吸附床相偶聯，發酵結束后發酵液中丁二酸被吸附到樹脂上，同時新鮮培養基重新添加到發酵罐中進行發酵，當吸附床中樹脂吸附飽和后，結束整個發酵周期，可以明顯提高丁二酸的濃度（達到145.2g/L），但發酵時間從48h延長到126h，生產強度為1.3g/L/h，平均轉化率僅為0.52g/g。2012年南非Van?Heerden與Nicol以珍珠巖作為固定細胞材料，珍珠巖填充在反應器內作為吸附材料進行連續發酵，在稀釋率為0.56/h時，反應器的生產強度達到6.35g/L/h，但轉化率僅為0.65g/g。盡管以上的方法有的有效的提高丁二酸的生產強度，有的提高了產物濃度，但是同時獲得高產酸濃度、高轉化率和高生產強度的方法很少。

本發明提供了利用被吸附固定的琥珀酸放線桿菌在發酵罐中反復生產丁二酸的多種工藝。該方法操作簡單，有效提高了發酵生產丁二酸過程中，琥珀酸放線桿菌的生物量，并能夠同時獲得高丁二酸的濃度，高轉化率以及高生產強度。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種固定化發酵生產丁二酸的方法，利用纖維床反應器固定化琥珀酸放線桿菌，獲得高的細胞濃度，提高丁二酸的產量、轉化率以及生產強度。具體地，是將琥珀酸放線桿菌（Actinobacillus?succinogenes）吸附固定于帶纖維材料的發酵罐裝置（即纖維床反應器）中，通過反復分批發酵、反復補料分批發酵、連續發酵或雙罐循環連續發酵工藝實現丁二酸的高效生產。

所述含纖維材料的發酵罐裝置，即纖維床反應器，是以100%棉纖維材料為固定化載體，棉纖維織物厚度為0.5-2mm，孔隙率>90%，發酵罐中發酵液體積與棉纖維織物面積的比為3-6cm³/cm²，將棉纖維圍繞在圓桶狀鐵絲網外表面，每層棉纖維之間空隙為0.5-2mm，通過鐵絲網固定在發酵罐攪拌器上，使固定好的纖維床能夠跟隨攪拌轉軸同時轉動。本發明中，纖維床裝置內徑為5-10cm、高為10-20cm，發酵罐中發酵液體積與棉纖維織物面積的比為3-6cm³/cm²；具體地，是將6*60cm²的棉纖維圍繞發酵罐轉軸卷成5層，每層之間空隙為1mm，并用鐵絲網固定，纖維床裝置內徑為8cm，高為12cm，并且固定好的纖維床反應器能夠隨著攪拌轉軸一同轉動。

所述棉纖維的長寬比、使用面積等，可根據所用發酵罐的具體高徑比進行調整。所述棉纖維還可以纏繞固定在發酵罐擋板上，控制發酵罐中發酵液體積與棉纖維織物面積的比為3-6cm³/cm²。非攪拌狀態發酵時，棉纖維織物可以卷成若干個桶裝小卷懸浮于發酵液中，控制發酵罐中發酵液體積與棉纖維織物總面積的比為3-6cm³/cm²。