[发明专利]补料发酵生产破胶生物酶的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用补料工艺提高复合菌发酵生产生物破胶酶工艺中酶的产率的方法，其技术方案属于发酵工程技术领域。

背景技术

胍胶(Guar gum)提取自瓜尔豆种子的内胚乳，属于天然半乳甘露聚糖，由半乳糖和甘露糖聚合而成，是迄今为止发现的最好的天然高分子化合物之一。胍胶是中性多糖，一般分子量约20-30万Da，由于产地不同，瓜儿胶的分子量可达到100-200万Da。胍胶呈奶白色或淡黄色、自由流动粉末状，几乎无味，能溶于冷水或热水中形成溶胶，天然溶液pH在6-8之间。由于其具有较大的水作用力和特有的分子间的相互缠绕作用，胍胶在水基溶液中能产生极高的粘度，在低浓度下，可形成高粘稠溶液；表现出非牛顿流变特性，与硼砂形成酸可逆凝胶，是重要的增稠剂、乳化剂、稳定剂、絮凝剂，在食品、采油、日化、医药等领域有着广泛的应用。胍胶的这些特性使得它被广泛地应用于石油天然气开采领域。采用压裂的方式对油井尤其是低渗-特低渗油井进行改造，是提高油田采收率的重要措施之一，其压裂效果的好坏会直接影响增产的效果。目前以胍胶为稠化剂的水基压裂液体系为主要应用的体系，具有价廉、安全、操作弹性大，综合性能好以及应用范围广等优点，占据了整个压裂份额的95％以上。破胶剂是压裂施工中非常重要的物质之一，其主要作用是将地层裂缝形成以后将高粘度压裂液冻胶彻底水化，以便使压裂液返排和支撑剂留在裂缝里，形成一定的裂缝和孔隙渗透率，达到压裂增产的目的，因此，压裂液破胶程度的好坏直接影响到压裂效果的好坏。

胍胶降解的方法主要有物理法和生物酶法，后者由于其具有的环保、高效等特点，成为了目前国内外研究的热点。研究内容大多集中在甘露聚糖酶方面，尤其是这种酶在饲料等行业的应用，例如CN200610073160.4描述了一种主要在饲料行业应用的β-甘露聚糖酶及其表达方法与生产用的专用工程菌。CN200710121923.2描述了一种具有耐热耐酸性的β-甘露聚糖酶的制备方法。CN200810136843.9涉及一种产甘露聚糖酶的工程菌及其生产工艺。CN99808877.3和CN200610106884.4则涉及了一种新的甘露聚糖酶，提示其可以用于胍胶压裂液中破胶。CN200910164483.8则涉及一种生物酶制剂配制压裂液的配方，所用的制剂蛋白酶、纤维素酶、木瓜酶等多种生物酶产品。CN200910254406.1涉及的则是一种生物酶破胶剂进行水基胍胶压裂液破胶的配方及工艺，所用的生物酶是β-甘露聚糖酶、纤维素酶、果胶酶、葡聚糖酶和黄原胶酶等生物酶产品。采用现成的生物酶产品配制压裂液，势必造成压裂的成本大幅升高，从而影响现场应用。

研究还表明，胍胶的酶法处理应用的酶主要有β-甘露聚糖酶和α-半乳糖苷酶或半乳糖醛酸酶，并根据目的产物不同而进行不同方式的酶解。

迄今为止，采用复合菌液态深层发酵直接生产胍胶破胶酶用于石油天然气开采领域的技术方案尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种补料工艺用复合菌发酵生产破胶复合酶的方法，该方法通过补加碳源为胍胶、葡萄糖、蔗糖或葡萄糖与蔗糖的混合液，无机盐则包括硫酸镁、磷酸氢二钾、硝酸钾及氯化钠的混合液的补料溶液得以实现，从而解决了分批发酵中复合破胶酶产率较低的问题，显著提高了复合破胶酶的产率，缩短了发酵时间，降低了生产成本。

本发明所针对的复合菌发酵产生复合破胶酶的工艺，发酵所采用的菌种均购自中国工业微生物菌种保藏管理中心(CICC)，并标明了购买时的菌种编号；工艺中所采用的方法若无特别说明，均为常规方法。

本发明采用的具体的技术方案是：

一、发酵所采用复合菌种的制备及活化

本发明采用枯草芽孢杆菌(Bacillus cereus  (CICC 23659))、蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus ATCC 2(CICC 10352))、环状芽孢杆菌(Bacillus circulans ATCC 4516(CICC 103532)作为菌种，此复合菌种经种子培养后，作为本发明所采用的菌种。

二、初发酵培养基的制备

三、补料液的制备及补料方式

补料液主要由碳源及无机盐组成。其中碳源为胍胶、葡萄糖、蔗糖或葡萄糖与蔗糖的混合液；无机盐则包含硫酸镁、磷酸氢二钾、硝酸钾及氯化钠。

在控制pH及通气量条件下，在初发酵后的一定时间内开始流加补料溶液，之后再发酵，得到复合酶。