[发明专利]气泡发酵工艺

说明书

技术领域

本发明涉及在工业规模上发酵生产有价值的化合物，其中总能量输入的≥50％是通过注入含氧气体来递送的。

发明背景

很多有价值的化合物是通过在大的工业规模的发酵罐中发酵生产来制造的，在所述发酵罐中，可以是丝状真菌(比如针对像β-内酰胺的化合物是Penicillium chrysogenum)的微生物在受控条件下生产有价值的化合物。为了在发酵液中获得有价值的化合物的高生产力，需要高生物质浓度。大多数发酵工艺以带有搅拌和通气的浸没式发酵进行。为了给微生物提供必要的氧气，通气是必要的，并且为了确保发酵液和气泡的良好混合以实现从注入的空气进入发酵液的有效氧传递，搅拌是必要的。氧传递的效率由于发酵液的高粘度而被减小，所述发酵液的高粘度是由发酵液中的高生物质浓度和/或由使用的微生物的形态学引起的。低效的混合导致具有降低的生物质形成的降低的氧传递，和因此降低的有价值化合物生产。在大多数常见工艺中，特别是用于生产β-内酰胺(比如青霉素G)的大多数常见工艺中，约30-40％的能量输入源自空气注入并且大约60-70％来自机械搅拌。搅拌和空气注入都将大量的能量引入了发酵罐中，所述发酵罐增加由微生物生长产生的热量并通常被迫(强迫)冷却以将发酵工艺的温度保持在期望值。

在过去50年中，大量研究工作集中在改进例如β-内酰胺的发酵工艺，对青霉素G特别关注。1950-1984年这段时期已被G.J.M Hersbach，C.P van der Beek and P.W.M van Dijk(The penicillins：properties，biosynthesis and fermentation.In：E.J Vandamme，Editor，Biotechnology of industrial antibiotics，Marcel Dekker，New York(1984)，45 140)综述过。通过增加搅动功率和通气速率，增加最大氧传递。这些措施的缺点是，引入了更多的能量，其还需要改进的冷却能力并因而增加了产物的成本费用(Hersbach等人，95页)。或者，可选择给予较低粘度发酵液的菌株和/或发酵条件(Hersbach等人，51页，第4段)。

最近，Burlingame和Verdoes(BioPharm Int.，2006，19(1)，1-5)分离了Chrysosporium lucknowense的低粘度突变体，所述突变体显示了特征为菌丝碎片的形态学和命名为“繁殖体”的分散单元(element)的形成。这些繁殖体的培养物展示了更低的粘度、更好的营养物和氧传递以及更高的蛋白生产。当两种菌株在类似条件下生长时，与亲本菌株比较，低粘度突变体产生了约2倍的总蛋白产率。低粘度菌株允许进一步改进的培养条件，当应用所述条件时，其导致蛋白生产额外的3倍增加。

还通过改变发酵罐中的进料策略，已获得了粘度降低。例如，Bhargava等人(Biotechnol.Bioeng.，2003，82，111-117)表明，在使用产生重组葡糖淀粉酶的Aspergillus oryzae菌株的发酵中，限制碳源的脉冲-进料策略降低了粘度和平均菌丝体颗粒大小。伴随这些改变，由这些菌株的葡糖淀粉酶生产量得以增加。