[发明专利]一种直接通氧加压的木糖全细胞催化生产木糖酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物工程和化学工程领域，特别涉及一种直接通氧加压的木糖全细胞催化生产木糖酸的方法。

背景技术

木糖酸作为一种新兴的生物基平台化学品，可广泛就用于生产水泥减水剂、分散剂和缓释剂、混凝土黏接剂、增塑剂、玻璃清洗剂、冶金除锈剂、金属离子螯合剂、杀虫剂、纺织助漂剂、冰爽粘胶纤维混纺等产，是木糖高效生物转化与利用的一条新出路。

目前，利用氧化葡萄糖酸杆菌等微生物的全细胞催化转化木糖制取木糖酸的产品质量浓度可达到30%，糖利用率和转化率均超过98%，单位体积生产率达到3.6 g/(L.h)，属木糖生物转化领域很高的生产水平（CN201210191920.7）。微生物全细胞催化的本质就是利用定位于细胞膜上的木糖脱氢酶和δ-木糖内酯水解酶的催化作用将木糖脱氢、水化生成木糖酸，它需要细胞质膜上的电子传递链所驱动的辅酶NADH或NADPH的氧化再生系统来支撑，最终由分子氧来驱动，因此需要高强度的供氧和耗氧。一般大多数的微生物好氧反应过程，包括全细胞催化制取木糖酸的都采用在高强度的搅拌条件下向反应体系中连续通入大量无菌空气和同时排出废气来实现有效地供氧。但是，当反应体系的木糖或木糖酸的浓度高达30%以上时，受细胞、糖及糖酸的粘度及大通风量的影响就会导致严重的泡沫问题，即使使用较大用量的消泡剂也存在着溢罐的风险。这种现象在含有更多复杂组份，如胶质、木质素、脂类提取物的木质纤维素水解液的木糖催化过程中会进一步恶化，给生产操作和产品品质带来严重的影响。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种直接通氧加压的木糖全细胞催化生产木糖酸的方法，可完全消除反应过程中的泡沫生成并且显著提高产品的浓度和产率。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种直接氧加压的木糖全细胞催化生产木糖酸的方法，包括以下步骤：

（1）先向木糖液体深层反应体系中直接通入氧气置换空气，再接入生物催化剂，密封反应体系，通氧加压，搅拌全细胞催化木糖生产木糖酸； 

（2）采用半连续或连续分批添料向反应体系中添加木糖或木糖溶液，控制反应体系中的木糖质量浓度不高于25%，以中和剂同步调控pH值不低于2.8；

（3）反应体系中的木糖酸浓度达到590~600g/L和木糖浓度低于1g/L时，停止通氧和搅拌，开启反应体系，获得木糖酸产品。

其中，氧气的纯度不低于90%，反应体系的压力为0.01~0.10 MPa，反应中不需加入消泡剂。

所述的反应体系采用碳酸盐为中和剂，在反应过程中实时监测反应体系废气中的二氧化碳浓度；当二氧化碳的浓度超过5%时，降低搅拌强度，开启反应体系排空阀卸至常压，通过氧气置换反应体系内的废气，然后重新密封反应体系和恢复搅拌强度继续反应。

所述反应体系中的底物为含有木糖或任意组合型反应底物，其中，初始单糖质量浓度为5~15%。

所述反应体系初始pH 5.0~7.5。

所述的生物催化剂为氧化葡萄糖酸杆菌的细胞、或含有该细胞的反应体系、或以该细胞为宿主菌的基因重组菌株、或以它为出发菌株的基因改良菌株；细胞浓度为OD_600nm = 1.0

所述的木糖酸产品为含有木糖酸或木糖酸盐及任意组合的产品。

所述CO₂占反应体系废气中的浓度含量达到5%时，降低搅拌转速至50~100r/min，开启反应罐废气排放阀门，通过氧气置换反应体系CO₂。