[发明专利]一种半连续发酵生产丙酸联产维生素B12

说明书

本发明提供了一种半连续发酵生产丙酸联产维生素Bsubgt;12/subgt;的装置及方法，所述装置包括发酵单元、膜分离单元、丙酸分离单元和维生素Bsubgt;12/subgt;的转化单元，所述发酵单元的出料口通过膜分离单元与丙酸分离单元和维生素Bsubgt;12/subgt;的转化单元的进料口相连接，所述丙酸分离单元的出料口与发酵单元的回流口相连接；所述膜分离单元包括膜分离设备，所述膜分离设备包括膜芯，所述膜芯的孔径为0.1‑0.22μm。本发明方法和装置不仅有效解决了丙酸对发酵的反馈抑制作用，还克服了扩张床填充效率低，难以放大的劣势，不仅有效解决了丙酸对发酵的反馈抑制作用，还克服了扩张床填充效率低，难以放大的劣势，还有效解决了DMB添加对发酵废水资源化利用的不利影响，实现了发酵废液的循环利用。

技术领域

本发明属于生物工程技术领域，涉及一种半连续发酵生产丙酸联产维生素B₁₂的装置及方法，尤其涉及膜分离技术和层析技术耦合发酵联产维生素B₁₂和丙酸的工艺。

背景技术

费氏丙酸杆菌(Propionibacterium freudenreichii)是美国FDA和美国饲料控制官员协会(AAFCO)批准使用的饲用微生物菌种，也是厌氧法发酵生产维生素B12的生产菌株。维生素B12厌氧发酵工艺的动力消耗低，一直被大多数生产企业采用。但是，近年来随着脱氮假单孢菌(Pscudomonas denitrificans)好氧发酵维生素B12的水平逐步提高，厌氧发酵工艺的优势已经无法突显。因此，提高费氏丙酸杆菌厌氧发酵维生素B12的效率，具有重要的经济价值和应用前景。

费氏丙酸杆菌发酵生产维生素B12的同时，会产生以丙酸为主的胞外代谢产物，而发酵液中丙酸的不断积累会对菌体细胞生长及丙酸自身代谢产生反馈抑制作用。为了解除丙酸对发酵的反馈抑制作用，研究人员对生产菌株进行了基因改造(Biotechnology andBioengineering,2009,104:766-773；Metabolic Engineering,2015,27:46-56)，研究了丙酸的反馈抑制机理(Journal of Biotechnology,2013,167:56-63)，并采取适当的调控策略(Bioresource Technology,2012,105:128-133；Bioresource Technology,2013,135:504-512)来提高批次发酵过程中丙酸的产量。此外，研究还发现，在发酵过程中采用过程工程手段及时移除丙酸，可有效效减缓或消除其对发酵的反馈抑制作用，提高发酵效率。“Applied Microbiology and Biotechnology,2001,56:676-680”报道了Goswami构建了一种原位细胞截留反应器，通过不锈钢旋转过滤器将菌体细胞截留，使含高浓度丙酸的发酵清液滤过，从而实现了菌体细胞与丙酸的分离。“Journal of Biotechnology,2012,164:202-210”报道了，南京工业大学欧阳平凯院士构建了一种多孔纤维床反应器将发酵过程中产生的丙酸及时分离出来，提高了发酵产率。“Bioresource Technology,2012,112:248-253”报道了，浙江大学徐志南教授通过将菌体细胞固定化在纤维床反应器上，采用流加葡萄糖的方式，提高了发酵效率。“Bioresource Technology,2012,104：652-659”报道了，中科院过程所王云山研究员将扩张床层析技术与发酵过程耦合起来，建立了一种以扩张床原位吸附为特征的新型发酵过程，提高了维生素B12的产量。但是，在工业生产过程中，上述工艺普遍面临着难以放大、成本高等问题。