[發明專利]一種降低微生物發酵-膜分離耦合過程中膜污染的方法

有效

• 申請號: 201310429317.2
• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN103451245A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 萬印華;齊本坤;陳向榮
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C12P7/56
• 分類號: C12P7/56;C12P7/06;C12R1/845;C12R1/865;C12R1/225
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

發明領域

本發明涉及一種降低微生物發酵-膜分離耦合過程中膜污染的方法，尤其涉及應用膜分離技術與微生物發酵耦合生產生物化學品的方法。

背景技術

在很多發酵產品的生產過程中，特別是有機酸和有機醇的發酵過程中，發酵微生物都受到高濃度發酵產物的抑制作用，即所謂的末端產物反饋抑制作用，從而嚴重降低了微生物發酵的產率和底物的轉化率。如果在發酵過程中，間歇或連續不斷地移除發酵產物，就會減輕發酵產物對發酵微生物的抑制作用，從而提高發酵效率，這就是發酵-分離耦合的優勢所在。

根據分離方法的不同，發酵-分離耦合可以分為真空發酵、離子交換發酵、氣提發酵和膜分離過程發酵等。由于膜分離是在常溫、低壓的溫和條件下進行操作，不會對發酵微生物造成損害，所以微生物發酵-膜分離耦合與其它一些發酵-分離耦合方法相比具有一定的優勢。微生物發酵-膜分離耦合技術在制備有機酸（如乳酸、丙酸等）和有機醇（如乙醇、丁醇等）等發酵產物的過程中備受關注。但是在微生物發酵-膜分離耦合的過程中，微生物細胞和發酵培養基組分可能會造成膜污染，造成耦合過程中膜通量急劇下降，嚴重影響微生物的發酵效率。目前，在微生物發酵-膜分離耦合過程中，未見有效降低膜污染的文獻報道。

發明內容

本發明目的在于提供一種降低微生物發酵-膜分離耦合過程中膜污染的方法，該方法簡單有效，能顯著降低耦合過程中的膜污染，提高耦合過程中的膜通量，最終實現微生物發酵效率的提高。

一種降低微生物發酵-膜分離耦合過程中膜污染的方法，其特征是：在微生物發酵-膜分離耦合過程中，每隔一段時間用補料溶液對膜分離單元進行反洗；反洗時被截留的料液返回補料溶液。

本發明所述的膜分離單元是外置式的或內置式的。

本發明所述反洗的頻率是每隔10-60min反洗一次，反洗時間是1-5min。

本發明所述的補料溶液是發酵培養基或發酵培養基中碳源或發酵培養基中碳源和氮源的組合。

本發明提供的降低微生物發酵-膜分離耦合過程中膜污染的方法，其優勢在于操作簡單，可行性強。只要對現行的工藝進行少許改動，即可實現，投資成本低，效果好。該方法不影響微生物發酵-膜分離耦合過程的連續運行。采用補料溶液對膜進行反洗，既降低了膜污染，提高了膜通量，又對發酵罐中的培養基進行了補充，同時沒有引入外來的清洗介質。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明做進一步說明，本發明所涉及的主題保護范圍并非僅限于這些實施例。

實施例1：霉菌乳酸發酵：

（1）發酵培養基：葡萄糖80g/L；硫酸銨3g/L；磷酸二氫鉀0.3g/L；硫酸鎂0.3g/L。補料溶液：葡萄糖200g/L，硫酸銨3g/L。發酵菌種：米根霉AS3.819。內置式的孔徑為0.1μm的微濾膜組件。

（2）在乳酸發酵50h，乳酸產量達到45g/L時，開啟膜分離單元，同時向發酵罐中不斷流加補料溶液，以保持發酵罐中液位的恒定。此后，每隔20min，停止發酵-分離耦合操作，開啟反洗，用補料溶液反洗膜分離單元1min后，繼續進行耦合過程。反洗時，被膜截留的料液返回補料溶液。如此反復直至發酵120h后停止操作。

（3）與未進行反洗的乳酸發酵-膜分離過程相比，耦合過程中的膜通量提高24%，乳酸發酵效率提高19%。

實施例2：乙醇發酵：

（1）發酵培養基：葡萄糖200g/L；酵母膏5g/L；硫酸銨2g/L；磷酸二氫鉀5g/L；硫酸鎂0.4g/L；氯化鈣0.2g/L。補料溶液：葡萄糖300g/L；硫酸銨5g/L。發酵菌種：安琪耐高溫高活性釀酒酵母。外置式截留分子量為50kDa的超濾膜組件。

（2）在乙醇發酵20h，乙醇產量達到50g/L時，開啟膜分離單元，同時向發酵罐中不斷流加補料溶液，以保持發酵罐中液位的恒定。此后，每隔60min，停止發酵-分離耦合操作，開啟反洗，用補料溶液反洗膜分離單元5min后，繼續進行耦合過程。反洗時，被膜截留的料液返回補料溶液。如此重復直至發酵120h后停止操作。

（3）與未進行反洗的乙醇發酵-膜分離過程相比，耦合過程中的膜通量提高13%，乙醇發酵效率提高16%。。

實施例3：細菌乳酸發酵：

（1）發酵培養基：葡萄糖80g/L；乙酸鈉5g/L；檸檬酸銨2g/L；吐溫801mL/L；硫酸鎂0.2g/L；磷酸氫二鉀2g/L；硫酸錳0.05g/L，玉米漿干粉30g/L。補料溶液：葡萄糖220g/L。發酵菌種：鼠李糖乳桿菌719。外置式截留分子量為100kDa的超濾組件。