[发明专利]一种基于药物缓、控释的载药微球防控生物乙醇发酵染菌的方法

说明书

一种基于药物缓、控释的载药微球防控生物乙醇发酵染菌的方法属于生物能源领域中的染菌防控领域。用pH＝3的柠檬酸‑磷酸氢二钠缓冲液配制2mg/mL的氯霉素溶液，将悬浮聚合法制备的粒径在40～100μm聚4‑乙烯吡啶微球放在含氯霉素的酸性缓冲液中充分溶胀，用超纯水洗涤，抽滤、烘干得到载药微球；在发酵初始时将灭菌后的载药微球以2mg/mL的投入量添加到发酵体系中，在30℃，150rpm条件下培养，对酿酒酵母发酵过程中的污染进行防控。本发明成功地抑制了由于染菌造成的生物乙醇产量的减少，并将其恢复到染菌前水平，提升了乙醇产量。本发明通过实现药物在发酵体系中的pH响应性释放可减少抗生素用量，减缓由抗生素滥用造成的问题。

技术领域

本发明涉及一种防控酿酒酵母发酵染菌的方法，属于生物能源领域中的染菌防控领域。

背景技术

随着化石能源的迅速开采和耗竭，以及大气污染、温室效应、雾霾等环境问题的日益凸显，人们对可再生清洁能源的需求日益迫切。生物乙醇以其环保、能效高、可再生等优势受到各国专家学者的青睐。

目前，围绕着生物乙醇的非粮原料利用、酵母乙醇耐受性、杂菌污染防控等方面的研究正在广泛展开。其中，由于仪器渗漏、种子带菌等难以避免的问题，杂菌污染在工业规模生物乙醇发酵中经常发生，若得不到有效控制，将会严重影响乙醇产量，从而造成巨大的经济损失。乳酸菌因其耐低pH值、耐乙醇及高增殖速率等特点成为生物乙醇发酵中的主要污染菌，其主要通过分泌乳酸以及与酿酒酵母竞争营养物质和生存空间抑制酵母菌生长和乙醇终产量。针对其生理生化特性人们摸索出一系列方法抑制乳酸菌污染，其中最为广泛使用的是抗生素法。抗生素具有控制染菌效率高、成本低廉、杀灭彻底等优势，然而其过度使用存在着药物残留、耐药性等多方面问题。因此，通过智能防控来降低抗生素的用量、提高发酵效率将会是一个有意义的发明。

染菌有可能发生在发酵过程中的任何一个阶段，发酵开始阶段营养和生存空间充足，而且杂菌在某种程度上是一种有益的存在，因此没有必要在发酵初始阶段就去除杂菌，最好实现实时防控。目前工业上采用的实时防控过程费时费力，而发酵过程中由于副产物的积累逐渐降低的pH(从6到4)为实现智能防控提供了可能，可以降低实时防控的成本。

聚4-乙烯吡啶是一个等电点(pKa)为5左右的弱碱聚合物，具有pH响应性的特点。本发明采用其作为药物包裹材料制成微球应用于发酵体系中。当发酵体系的pH值在聚4-乙烯吡啶的pKa以上的时候，聚合物微球表面的吡啶基团不带电，收缩的形态把药物阻碍在微球里面。相反地，当发酵进程进行到了中期或者后期的时候，发酵体系的pH值小于聚合物微球的pKa时，聚合物微球表面的吡啶基团质子化，伸张的形态使得药物以更大的速率释放出来。另外，聚4-乙烯吡啶作为一种弱碱性的聚合物，对发酵体系中的有机酸有一种较好的吸附作用。因此还可以缓解发酵体系中的酸胁迫情况。

本发明针对目前滥用抗生素以及发酵实时防控过程费时费力的缺点，构建了基于pH响应性聚4-乙烯吡啶微球的药物缓、控释方法，可用于酿酒酵母发酵过程中杂菌的智能防控。

发明内容

本发明的目的是提供一种抑制生物乙醇发酵过程中杂菌污染的防控方法。其特点是以植物乳杆菌ATCC 8014作为污染杂菌，将其与酿酒酵母S288c共培养，以建立生物乙醇发酵的人工模拟染菌体系，然后采用悬浮聚合法合成pH响应性的聚4-乙烯吡啶微球，用其包裹氯霉素，从而对酿酒酵母发酵过程中植物乳杆菌ATCC 8014的污染进行防控。

本发明提供的一种防控酿酒酵母发酵过程中染菌的方法，包括如下步骤：

本实验中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

本实验中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

本实验所用的酿酒酵母S288c(ATCC 204508)和植物乳杆菌ATCC 8014，均购买自中国微生物菌种保藏中心。