[发明专利]一种降低微生物发酵-膜分离耦合过程中膜污染的方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种降低微生物发酵-膜分离耦合过程中膜污染的方法，尤其涉及应用膜分离技术与微生物发酵耦合生产生物化学品的方法。

背景技术

在很多发酵产品的生产过程中，特别是有机酸和有机醇的发酵过程中，发酵微生物都受到高浓度发酵产物的抑制作用，即所谓的末端产物反馈抑制作用，从而严重降低了微生物发酵的产率和底物的转化率。如果在发酵过程中，间歇或连续不断地移除发酵产物，就会减轻发酵产物对发酵微生物的抑制作用，从而提高发酵效率，这就是发酵-分离耦合的优势所在。

根据分离方法的不同，发酵-分离耦合可以分为真空发酵、离子交换发酵、气提发酵和膜分离过程发酵等。由于膜分离是在常温、低压的温和条件下进行操作，不会对发酵微生物造成损害，所以微生物发酵-膜分离耦合与其它一些发酵-分离耦合方法相比具有一定的优势。微生物发酵-膜分离耦合技术在制备有机酸（如乳酸、丙酸等）和有机醇（如乙醇、丁醇等）等发酵产物的过程中备受关注。但是在微生物发酵-膜分离耦合的过程中，微生物细胞和发酵培养基组分可能会造成膜污染，造成耦合过程中膜通量急剧下降，严重影响微生物的发酵效率。目前，在微生物发酵-膜分离耦合过程中，未见有效降低膜污染的文献报道。

发明内容

本发明目的在于提供一种降低微生物发酵-膜分离耦合过程中膜污染的方法，该方法简单有效，能显著降低耦合过程中的膜污染，提高耦合过程中的膜通量，最终实现微生物发酵效率的提高。

一种降低微生物发酵-膜分离耦合过程中膜污染的方法，其特征是：在微生物发酵-膜分离耦合过程中，每隔一段时间用补料溶液对膜分离单元进行反洗；反洗时被截留的料液返回补料溶液。

本发明所述的膜分离单元是外置式的或内置式的。

本发明所述反洗的频率是每隔10-60min反洗一次，反洗时间是1-5min。

本发明所述的补料溶液是发酵培养基或发酵培养基中碳源或发酵培养基中碳源和氮源的组合。

本发明提供的降低微生物发酵-膜分离耦合过程中膜污染的方法，其优势在于操作简单，可行性强。只要对现行的工艺进行少许改动，即可实现，投资成本低，效果好。该方法不影响微生物发酵-膜分离耦合过程的连续运行。采用补料溶液对膜进行反洗，既降低了膜污染，提高了膜通量，又对发酵罐中的培养基进行了补充，同时没有引入外来的清洗介质。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，本发明所涉及的主题保护范围并非仅限于这些实施例。

实施例1：霉菌乳酸发酵：

（1）发酵培养基：葡萄糖80g/L；硫酸铵3g/L；磷酸二氢钾0.3g/L；硫酸镁0.3g/L。补料溶液：葡萄糖200g/L，硫酸铵3g/L。发酵菌种：米根霉AS3.819。内置式的孔径为0.1μm的微滤膜组件。

（2）在乳酸发酵50h，乳酸产量达到45g/L时，开启膜分离单元，同时向发酵罐中不断流加补料溶液，以保持发酵罐中液位的恒定。此后，每隔20min，停止发酵-分离耦合操作，开启反洗，用补料溶液反洗膜分离单元1min后，继续进行耦合过程。反洗时，被膜截留的料液返回补料溶液。如此反复直至发酵120h后停止操作。

（3）与未进行反洗的乳酸发酵-膜分离过程相比，耦合过程中的膜通量提高24%，乳酸发酵效率提高19%。

实施例2：乙醇发酵：

（1）发酵培养基：葡萄糖200g/L；酵母膏5g/L；硫酸铵2g/L；磷酸二氢钾5g/L；硫酸镁0.4g/L；氯化钙0.2g/L。补料溶液：葡萄糖300g/L；硫酸铵5g/L。发酵菌种：安琪耐高温高活性酿酒酵母。外置式截留分子量为50kDa的超滤膜组件。

（2）在乙醇发酵20h，乙醇产量达到50g/L时，开启膜分离单元，同时向发酵罐中不断流加补料溶液，以保持发酵罐中液位的恒定。此后，每隔60min，停止发酵-分离耦合操作，开启反洗，用补料溶液反洗膜分离单元5min后，继续进行耦合过程。反洗时，被膜截留的料液返回补料溶液。如此重复直至发酵120h后停止操作。

（3）与未进行反洗的乙醇发酵-膜分离过程相比，耦合过程中的膜通量提高13%，乙醇发酵效率提高16%。。

实施例3：细菌乳酸发酵：

（1）发酵培养基：葡萄糖80g/L；乙酸钠5g/L；柠檬酸铵2g/L；吐温801mL/L；硫酸镁0.2g/L；磷酸氢二钾2g/L；硫酸锰0.05g/L，玉米浆干粉30g/L。补料溶液：葡萄糖220g/L。发酵菌种：鼠李糖乳杆菌719。外置式截留分子量为100kDa的超滤组件。