[发明专利]用于通过连续发酵生产化学制品的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于通过连续发酵生产化学制品的方法。

背景技术

伴随细菌、微生物或培养细胞的培养的发酵方法主要分类成（1）分批发酵和补料分批或半分批发酵；和（2）连续发酵。分批发酵和补料分批或半分批发酵具有的优点在于，它们仅需要简单设备，培养可以在短时间内完成，并且在通过纯微生物培养的化学产物发酵的情况下，不太可能发生除培养所需的培养微生物外的微生物污染。然而，在发酵液中的产物污染随着时间增加，并且这引起产物的抑制，渗透压中的增加等，导致生产力和收率中的降低。因此，难以长时间稳定维持高收率和高生产力。

在连续发酵中，与分批发酵和补料分批或半分批发酵的上述情况相比较，高收率和高生产力可以维持更长时间，因为可以避免在发酵罐中目的物质的累积。常规连续培养是其中新鲜培养基以恒定速率供应给发酵罐的培养方法，而相同量的发酵液排放至发酵罐的外部，通过其发酵罐中的液体量保持恒定。在分批发酵中，培养在最初以特定浓度的底物消耗后终止。然而，理论上，在连续发酵中，培养可以无限继续。即，理论上，发酵可以无限继续。

然而，因为在常规连续培养中，微生物连同发酵液一起排放至发酵罐的外部，所以难以维持发酵罐中的微生物浓度。因此，当执行发酵生产时，如果发酵由其执行的微生物的浓度可以保持为高的，那么可以增加发酵生产效率/发酵容积。为了达到这点，微生物需要在发酵罐中保留或返流。

用于在发酵罐中保留或返流微生物的方法的例子包括其中将排放的发酵液离心用于固液分离，并且将作为沉淀物的微生物返回到发酵罐内的方法，和其中作为固体的微生物通过过滤分离且仅发酵液上清液排放至发酵罐的外部的方法。然而，通过离心的方法是不现实的，因为需要高动力费用。通过过滤的方法的应用已主要局限于实验室研究，因为这种方法需要高压用于上述过滤。作为这种方法的例子，已公开了用于L-谷氨酸和L-赖氨酸的连续发酵方法（非专利文献1）。然而，在这些例子中，尽管连续发酵通过发酵原料连续加入发酵罐执行，但取出含有细菌、微生物或培养细胞的发酵液，从而使得发酵液中的细菌、微生物或培养细胞被同时取出且稀释，导致发酵罐中微生物浓度中的降低，且因此导致生产效率的仅有限改善。

因此，在连续发酵中，已提出了一种方法，其中细菌、微生物或培养细胞由分离膜分离/过滤以从滤液中回收化学制品，而分离的细菌、微生物或培养细胞在发酵液中保留或返流，通过其发酵液中微生物或细胞的浓度保持为高的。例如，对于使用陶瓷膜的连续发酵装置，与膜分离连续发酵有关的技术已得到公开（专利文献1、专利文献2和专利文献3）。在这些技术中，显示了膜分离连续发酵超过现有连续发酵的优越性，因为微生物或培养细胞的浓度可以通过膜分离而高保持。然而，在公开的技术中存在问题，例如由于陶瓷膜的堵塞在过滤流速和过滤效率中的降低，从而使得执行反压洗涤等用于预防堵塞。

另一方面，近年来，使用分离膜用于生产琥珀酸的方法也已得到公开（专利文献4）。这种技术不仅使用如上所述的陶瓷膜，还使用有机膜，扩展可应用于连续发酵技术的膜的范围和类型。然而，在公开的技术中，在膜分离中采用高过滤压（约200 kPa）和高膜表面线性速度（2 m/s）。高过滤压和高膜表面线性速度的采用在其中细菌、微生物或培养细胞连续返回到发酵罐内的连续发酵中是不合适的，不仅因为高成本，还因为下述事实：细菌、微生物或培养细胞可以在过滤过程中被高压/高速物理损害，并且可能发生压力损失，使得操作条件的维持变得困难。

另一方面，除了上述发酵领域外，分离膜已越来越多地应用于其中将河水等净化以产生饮用水和工业用水的自来水领域，和其中将污水（污水二次处理流出物）净化且纯化的污水领域。对于膜在此类领域中的广泛使用，尽可能多地预防由有机物质等污染（堵塞）的处理是必需的。作为用于膜的材料，使用多种材料例如纤维素材料、聚丙烯腈材料和聚烯烃材料。在这些中，聚偏氟乙烯作为用于水性过滤膜的材料是合适和有希望的，因为它具有高强度和高耐热性，并且由于其疏水骨架具有高耐水性。