[其他]含糖类培养基的微生物发酵方法

说明书

本发明涉及借助能产生丁醇、丙酮、乙醇和/或异丙醇的微生物进行含糖类培养基发酵的方法，该方法至少分两步进行，第一步主要是连续培养微生物，第二步主要是通过连续或分批加料产生产物。

公众已知这类培养有两个传统培养步骤，即通过物料通过量或限制磷酸盐控制发酵过程，使在第一步（培养）保持恒定的高浓度微生物，即产生稳定的平衡状态，并使一部分底物转化为丁醇、丙酮和/或乙醇。在第二步则以尽可能短的时间使所需产物达到最高产量。如果第一步中物料通过量过高，则会造成冲掉的细胞多于新生长的细胞。相反，需要时可以低物料通过量来控制细胞生长。

该方法的缺点一则产量仍然不能令人满意，二则不能保持连续培养的长期稳定性，即不能保持几百小时或更长时间的稳定产量。其原因在于所形成的产物即丁醇、丙酮和/或乙醇或异丙醇对发酵微生物具有毒害作用，因此，在生成产物达到一定浓度时，会终止产物的形成或严重损害微生物培养。该已知方法还值得注意的另一个缺点在于几乎只有用己糖才能得到令人满意的结果。

本发明的目的在于提供一种在很长时间内能稳定地提高产量的上述方法。此外，采用本方法，原料可以不只是己糖。

根据本发明，在第二步将微生物固定在载体材料上即可达到该目的。

微生物的固定早已为公众所知，但仅仅用于一步法，在该已知方法中细胞固定在藻酸钙上，加葡萄糖作为底物，产量虽确有提高，但是在长时间发酵例如几周时间只能保持很低产量。

根据本发明方法，物料通过量非常灵活，由于活细菌在第二步时粘附在载体材料上相当牢固，所以第一步的物料通过量可与第一步几乎仅仅产生微生物的发酵过程相协调。在第二步，由于活细菌粘附在载体材料上，所以保持较高的细菌群体量，而已经死去的细菌随着富集产物的培养基一起被冲掉。因此，第一步可使用高物料通过量，以控制所生成的产物的浓度不超过毒性限度，从而不会伤害微生物培养的主要部分。采用开孔烧结玻璃或浮石或含有大量SiO₂并具有开孔结构的等同物较为有利，其孔径为20-200μm，优先采用50-100μm，吸水性等于或大于0.35ml/cm³，载体材料的体积与总操作体积之比为1∶10-1∶1。1，优先采用1∶5-1∶6，后者特别有利于发酵，尤其是在第一步混合反应物时。保持物料通过量为0.08-0.45/小时，以0.1-0.38/小时为佳，pH4。0-5.5，以4.3-5.1，尤以4。5-5为佳，和/或温度为30°-40℃，以33°-38℃为佳;在第二步，物料通过量为0。14-0.4/小时，以0.25-0.35/小时为佳，pH3.0-5.0，以4.0-4.8，尤以4.2-4.5为佳，和/或温度为27°-40℃，以30°-37℃，尤以32°-35℃为佳。

此外，通过本发明的进一步改进，可以利用产物形成阶段中的培养基，通过提取或优先采取已知方法，用高级醇或高级脂肪酸分离生成的产物，再将形成的贫产物相返回到产物形成阶段和/或第一步。其结果是在第二步保持低浓度产物，从而对微生物的伤害降低到最小程度，实际上在很长的时间内使产物生成的速率保持在很高水平上。此外，可在进行分离时对实际发酵阶段不产生有害影响。而且在第二发酵阶段，还通过蒸发，优先采用连续蒸发方法，将产物与培养基分离。为了进行蒸除产物，可以采用蒸发膜，尤其在采用由硅橡胶制成的蒸发膜时，应保持30°-90℃，优先采用40°-80℃;蒸发时可使用载体气体降低蒸发压，如使用N₂，H₂，CO₂或这些气体的混合物，也可使用发酵气体或采用真空减压。但是，第二步的产物提取也可采用汽提方法，优先采用连续汽提方法。例如，采用汽提法时可以用N₂，H₂，CO₂或这些气体的混合物或发酵气体作为连续提取产物的汽提气，液体与气体的体积流量比为0.05∶1-1.6∶1，温度为30°-90℃，尤以40°-80℃为佳。

上述关于产物分离的所有方法，除了使用非常规的糖可以得到较高产量外，还可使用较高浓度的糖溶液并获得较长时间的稳定性。

为了更准确地控制发酵过程，根据第二步产物含量，可以通过营养液和/或糖溶液的加入量进行控制，这可与营养液或糖溶液的浓度协调得相当好，从而提供了最佳发酵过程。