[发明专利]一种槐糖脂生物表面活性剂的多级连续流加双相发酵工艺

说明书

本发明公开了一种槐糖脂生物表面活性剂的多级连续流加双相发酵工艺，其步骤包括：将多个体积相同的发酵罐依次连通，前一个发酵罐部分发酵液打入其紧连的发酵罐中，该发酵液中不仅其中含有高密度的菌细胞，可以作为接种液快速利用水溶性底物导致菌体细胞快速增殖，而且含有一定量槐糖脂，可以有效乳化增溶新补加的油溶性底物，缩短发酵周期；多个发酵罐相互连通，依次接种，连续补料，形成多级连续流加发酵工艺。本发明的优点在于可以大大缩短槐糖脂的发酵周期，提高发酵效率。同时，各主体发酵罐相互独立操作，单独补料和排放反应物料，可以大大避免相互感染杂菌的机会。

技术领域

本发明属于微生物发酵领域，具体涉及一种槐糖脂生物表面活性剂的多级连续流加双相发酵工艺。

背景技术

作为重要的化工产品，表面活性剂素有“工业味精”的美称，在化工、石油、日化等各行业具有广泛用途。槐糖脂是目前被研究最为深入和应用最为广泛的一类生物表面活性剂。已发现多株假丝酵母菌（Candida sp.）可以利用水溶性和油溶性的双相碳源高产槐糖脂。和传统的化学合成表面活性剂相比，槐糖脂类生物表面活性剂具有以下显著特征和优点：（1）高表/界面活性；（2）低毒或无毒，对环境友好；（3）易于生物降解；（4）良好的耐温性、耐盐性和耐酸碱性。基于上述特点，槐糖脂类生物表面活性剂可以部分取代化学合成的表面活性剂而在日用化工、石油开采、纺织印染、食品发酵等行业获得广泛应用。微生物发酵是生产槐糖脂生物表面活性剂的重要途径和方法。目前，限制槐糖脂生物表面活性剂在各工业行业广泛应用的瓶颈是生产成本过高。亟需通过优化槐糖脂发酵工艺，提高槐糖脂生产效能，降低生产成本。

槐糖脂生物表面活性剂发酵动力学研究表明，在假丝酵母菌（Candida sp.）以利用水溶性和油溶性的双相碳源为底物合成槐糖脂生物表面活性剂的过程中，首先利用葡萄糖等水溶性碳源，使得菌体细胞的大量生长繁殖，达到生长稳定期时，菌细胞开始利用油溶性碳源并分泌代谢槐糖脂，菌株由延滞期进入稳定期往往长达4h以上，而整个发酵周期都大都在196h以上。这主要是由于油溶性底物与亲水性的菌细胞表面亲合性较差，往往需要较长时间的诱导产生槐糖脂并将油滴乳化分散后，菌细胞才能大量利用油溶性底物。因此，为缩短发酵周期，应改进发酵工艺流程，减少菌株诱导产生槐糖脂增溶油溶性底物的时间。

目前，在槐糖脂发酵工艺方面，已经开发出小试和中试规模上单罐分批式发酵（美国专利：3205150；美国专利：3321648）、单罐分批补料发酵（中国专利：CN101845469A）和单罐连续补料发酵（中国专利：CN 102492605A）三种发酵方式。但仍然存在发酵周期长、发酵效率低等突出问题。目前常用的单罐分批式发酵操作方式都是一次性加入基质并在反应完成后将全部反应物料取出，不仅高浓度油溶性基质会阻碍氧传质速率，而且产物浓度或其他代谢产物会抑制菌株的生长，导致发酵周期较长、底物利用率低，槐糖脂产率低。单罐分批补料发酵通过分批补加油溶性底物，可以提高底物利用率，保持发酵体系较高的溶氧水平；但仍是在发酵完成后一次取出反应物料，不仅会由于高浓度产物限制菌株生长，而且在下次培养周期中，菌株在油溶性底物诱导作用下生成槐糖脂所需时间较长，发酵周期增长，发酵效率降低。而单罐连续补料发酵易于染菌，且过程控制要求较高，难以满足工业化大规模生产的需求。

发明内容

针对假丝酵母菌摄取利用油溶性底物时需要诱导产生槐糖脂生物表面活性剂而导致发酵周期长的突出问题，本发明的目的是，根据槐糖脂发酵菌种生长和产物生成特性和动力学特征，提供一种发酵周期短、发酵效率高的槐糖脂生物表面活性剂多级连续流加双相发酵工艺。