[发明专利]一种丙酸杆菌的循环发酵方法

说明书

本发明提出了一种丙酸杆菌的循环发酵方法，包括以下步骤：(1)培养好的丙酸杆菌菌体进入含有培养基的发酵罐中进行发酵，获得发酵液；(2)将步骤(1)中的发酵液进行陶瓷膜循环过滤，过滤获得含有丙酸的发酵液清液，将含有丙酸杆菌的菌体浓缩液送至发酵罐中，添加新鲜培养基进行发酵；(3)循环步骤(2)，直至产酸速度明显下降时，停止循环；(4)重复步骤(1)‑(3)，开始新一轮的丙酸杆菌的循环发酵。本发明采用陶瓷膜过滤，实现了丙酸杆菌菌体的循环利用，缩短了丙酸杆菌菌体的培养周期，降低了生产成本，提高了生产效率。

技术领域

本发明涉及菌体发酵技术领域，特别是指一种丙酸杆菌的循环发酵方法。

背景技术

采用丙酸杆菌进行发酵获得丙酸，可用于食品、石料、医药等多个领域。而丙酸杆菌在发酵过程中需要先培养种子才能进入发酵阶段，按照生长情况，种子罐培养需要经过多级扩大，浓度才能达到进入发酵罐的要求。当种子罐长好移种到发酵罐后，发酵罐也需要一段时间的培养，菌体经历适应期、对数生长期之后，菌体浓度才能趋于稳定，大量生长产生所需产物。丙酸杆菌发酵过程中，真正产生产物的时间是在发酵罐培养到稳定期之后的三到五天，而菌体培养都已经超过15天，因此菌体培养大大的延长了丙酸杆菌发酵的周期、增加了成本而且因为多级发酵，染菌率一直居高不下。

如何在菌体活力充足的情况下，尽可能的使菌体生产出所需产品成了现阶段生物发酵研究的主要方向。目前发酵培养的主要方式有单批发酵、补料分批发酵、循环发酵。其中单批发酵使用较少，主要是菌种生长时间短，成本低的产业。循环发酵因为各种限制，目前只在污水处理中得以实现。运用最多的是补料分批发酵，比如抗生素、维生素、氨基酸等均使用补料分批发酵。补料分批发酵(Fed-Batch Culture，FBC)又称“半连续发酵”或者“流加发酵”，是指在微生物分批发酵过程中，以某种方式向发酵系统中补加某种营养物质或者全培养基，但并不连续地向外放出发酵液的发酵技术。但是在放出发酵液的时候依然存在菌体流失的情况。

发明内容

本发明提出一种丙酸杆菌的循环发酵方法，采用陶瓷膜过滤，实现菌体循环利用，减少菌体流失，缩短了菌体培养周期，降低了生产成本，提高了生产效率。

本发明的技术方案是这样实现的：一种丙酸杆菌的循环发酵方法，包括以下步骤：

(1)培养好的丙酸杆菌菌体进入含有培养基的发酵罐中进行发酵，获得发酵液；

(2)将步骤(1)中的发酵液进行陶瓷膜循环过滤，过滤获得含有丙酸的发酵液清液，将含有丙酸杆菌的菌体浓缩液送至发酵罐中，添加新鲜培养基进行发酵；

(3)循环步骤(2)，直至产酸速度明显下降时，停止循环；

(4)重复步骤(1)-(3)，开始新一轮的丙酸杆菌的循环发酵。

进一步地，步骤(2)中，发酵液进行陶瓷膜循环过滤获得初级菌体浓缩液，初级菌体浓缩液的体积为发酵液总体积的24-26％，向初级菌体浓缩液中加入等体积的无菌纯水，然后继续进行陶瓷膜循环过滤获得二级菌体浓缩液，二级菌体浓缩液的体积与初级菌体浓缩液的体积相同，将二级菌体浓缩液送至发酵罐中，补入新鲜培养基，二级菌体浓缩液与新鲜培养基的体积比为1:2.5-3.5。初级菌体浓缩液的体积为发酵液总体积的比例过高时，不能实现产品丙酸的充分过滤，最终导致二级菌体浓缩液中丙酸含量过高，丙酸含量过高时，对丙酸杆菌的生长和产酸都有抑制左右，会影响后续丙酸杆菌循环发酵；初级菌体浓缩液的体积为发酵液总体积的比例过低时，容易导致陶瓷膜组件阻塞，提高了陶瓷膜组件的清洗成本，而且降低了陶瓷膜组件的使用寿命。

进一步地，步骤(3)中，当产酸速度低于5g/L/天时，停止循环。

进一步地，步骤(2)中，陶瓷膜循环过滤包括以下步骤：发酵液先由发酵罐进入暂存罐，然后通过供料泵送至陶瓷膜，最后启动循环泵，使发酵液在暂存罐和陶瓷膜之间循环。