[发明专利]一种利用氧化还原电位调控发酵过程生产长链二元酸的方法

说明书

本发明提供了一种利用氧化还原电位调控发酵过程生产长链二元酸的方法，所述方法包括菌种活化、种子培养和发酵产酸三个步骤，所述发酵的体系为由菌体、无菌空气、烷烃和水组成的四相发酵体系，在所述发酵体系中引入ORP电极，通过调节通气量、搅拌转速，并结合氧化剂和还原剂，实现长链二元酸的两阶段ORP控制发酵，以生产长链二元酸。本发明通过在微生物发酵生产长链二元酸的过程中引入ORP电极，实现两阶段ORP控制策略，调节长链二元酸的发酵过程，从而提高了长链二元酸的产量及发酵体系的稳定性，发酵产率较未控制ORP时显著提高，甚至发酵产率为未控制ORP时的4.6倍以上，生产强度可高达1.78g·h^‑1·L^‑1。

技术领域

本发明属于发酵工程技术领域，涉及一种利用氧化还原电位调控发酵过程生产长链二元酸的方法。

背景技术

长链二元酸是合成香料、工程塑料、热熔胶、涂料、润滑油、树脂和医药等的重要原料。目前，长链二元酸主要利用微生物双端氧化的特殊功能来发酵正烷烃制取，但是该工艺生产效率非常低下，如混合长链二元酸的生产强度仅有0.92g·h^-1·L^-1(CN101225411)、十七碳二元酸的生产强度仅有1.1g·h^-1·L^-1(CN102115769)和十二碳二元酸生产强度仅有1.3g·h^-1·L^-1(CN1928100)。为了提高长链二元酸的生产效率，研究人员在菌种筛选和发酵工艺优化方面开展了大量的工作。在菌种筛选方面，CN1233658A公开了一种生产长链二元酸的热带假丝酵母菌的筛选方法，该方法能快速而高效的获得α、ω-氧化能力强的假丝酵母突变菌株，为提高产酸量和转化率打下基础。另外，CN1130685A、CN1162644A、CN1369464A、CN1092108A、CN1034579A和CN1046757A分别公开了通过硝基胍、亚硝酸和紫外线多次反复诱变，选育ω-氧化能力更强的热带假丝酵母突变株并以烷烃作为生长碳源，氧化正烷烃生产长链二元酸的方法，这些菌株对十二碳二元酸、十三碳二元酸、十四碳二元酸、十五碳二元酸、十六碳二元酸、十七碳二元酸有一定效果。

在发酵工艺的优化方面，通过在发酵液中添加减弱α或β氧化能力的试剂和pH调节等策略取得了不错的效果。如刘树臣等(化工学报，54(8)，1128-1133，2003)报道了控制发酵过程pH提高十三碳二元酸生产效率的方 法；苏庆旺等(CN102808004)在发酵过程中加入α-氧化脱羧抑制剂和/或β-氧化抑制剂来减弱菌株的α-氧化脱羧和β-氧化能力提高长链二元酸发酵产率；方向晨等(CN1611608)在发酵过程中加入抑制剂来减弱菌株的β-氧化能力，提高发酵产率。目前，尚未有控制氧化还原电位提高长链二元酸产量的报道。

发酵体系的氧化还原电位值是pH值、溶解氧浓度、平衡常数和大量溶解于培养基中物质的氧化还原电位的综合反映。目前，有通过调节氧化还原电位提高其他以糖质为底物的发酵产物产率的方法，CN101235397公开了华东理工大学王永红等控制发酵液的氧化还原电位为-190mv至-150mv，使菌体较快适应发酵环境，提高比生长速率，大大提高乳酸生产产量。CN101182555公开了南京工业大学江岷等将氧化还原电位控制在合适值，达到丁二酸的高效生产，减少副产物的生成，缩短了发酵时间。上述发明主要是针对厌氧发酵过程的调控，而CN101624608针对的是好氧发酵过程，其公开了江南大学刘立明等向发酵培养基中添加外源电子受体铁氰化钾，提高培养基的初始氧化还原电位至400mV，从而降低以葡萄糖为基质的光滑球拟酵母CCTCCM202019胞内NADH水平，加速糖酵解，提高丙酮酸的产量。