[发明专利]一种发酵制备丁二酸的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物工程技术领域，涉及一种利用混合碱调节pH发酵制备丁二酸的方 法。

背景技术

丁二酸，又名琥珀酸，是一种二元羧酸，作为重要的C4平台化合物，广泛应用于 食品、医药、香料、洗涤剂、精细化工产品、表面活性剂生物可降解材料等方面。丁二 酸传统的生产方法是以石油为原料用化学法进行炼制合成。而随着石油资源日益枯竭， 微生物发酵法生产丁二酸以其环境友好性、可利用废弃的生物质资源、能够固定温室气 体CO₂等优点，成为研究的热门课题，正在美国、日本等国家深入地进行着。

CO₂和pH值是影响微生物菌体生长和其丁二酸产量的关键因素。CO₂在菌体的生 长代谢过程中作为碳源被菌体利用，合成目的产物丁二酸。

而环境pH值的改变会引起菌体内外部化学环境和酶活力的变化，从而对细胞代谢 产生影响。pH值还可以影响CO₂的溶解水平，以及HCO₃^-、CO₃^2-的解离平衡，进而影 响丁二酸的合成。所以在微生物发酵产丁二酸的过程中，调节适宜的pH水平并且选择 合适的调节方式对提高菌体的代谢活性和产酸能力具有重要作用。

此外，在发酵过程中，有机酸的积累会导致pH下降，也需要添加pH调节剂来维 持环境的中性水平。对于产琥珀酸放线杆菌(Actinobacillus succinogenes)而言，其发 酵产丁二酸的最适pH在6.6～7.0之间。US5573931报道，MgCO₃是较好的中和剂，能 呈现出较好的调节能力，比如在发酵培养基中添加MgCO₃固体，能够将发酵体系的pH 值维持在适宜的水平，使菌体在发酵过程中表现出较高的代谢活性；但是，MgCO₃成本 较高，消耗量较大，还会进一步增加了下游产品分离提取的难度，其实际上不利于丁二 酸生物法的工业生产。

发明内容

本发明的技术目的在于提供一种利用发酵制备丁二酸的新方法，使得该方法可以通 过选择合适的pH调节剂、制定合理的调节策略来优化生产工艺，降低生物制备丁二酸 的生产成本。

本发明的技术目的是通过下面的技术方案实现的：

一种发酵制备丁二酸的方法，包括菌种活化、种子培养、厌氧发酵产酸三步骤，其 特征在于在厌氧发酵产酸的步骤中添加两种碱性中和剂的混合物，并调节发酵体系的 pH值为6.6～7.0。

其中，所述的两种碱性中和剂的混合物是氨水、NaOH、Na₂CO₃、NaHCO₃、Ca(OH)₂、 CaCO₃、Mg(OH)₂中的任意两两组合的混合物；

进一步，这些组合中最佳组合是：

(1)氨水、Mg(OH)₂；

(2)NaOH、Mg(OH)₂；

(3)Na₂CO₃、Mg(OH)₂；

(4)NaHCO₃、Mg(OH)₂；

(5)Ca(OH)₂、Mg(OH)₂；

(6)CaCO₃、Mg(OH)₂。

其中，组合的两种碱性中和剂的质量配比为1∶3～3∶1。

本发明的有益效果在于：

1、本发明利用现有技术的多种单一的碱性中和剂调节pH值发酵制备丁二酸，从而 筛选出碱性较强并有利于发酵的碱性中和剂；将筛选到的碱性中和剂进行了组合用于调 节pH值发酵制备丁二酸，并确定了混合碱的最佳比例，使得生产的丁二酸在一个较高 的水平；

2、本发明不仅利用一些了相对廉价的碱性中和剂，而且可以基本达到利用碱式 MgCO₃作为唯一碱式化合物调节pH时的丁二酸生产水平。因此，利用混合碱调节pH 值的方法来优化生产工艺，降低了生物制备丁二酸的生产成本，减小了下游产品分离提 取的难度，提高了经济效益，有利于丁二酸生物法的工业制备；