[发明专利]一种采用超滤膜分离技术浓缩破胶酶复合菌发酵液的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于复合菌发酵生产生物破胶酶过程发酵液的浓缩方法，特别涉及一种采用超滤膜分离技术浓缩发酵所得的复合生物破胶酶液的方法。

背景技术

是迄今为止发现的最好的天然高分子化合物之一。胍胶呈奶白色或淡黄色、自由流动粉末状，几乎无味，能溶于冷水或热水中形成溶胶，天然溶液pH在6-8之间。由于其具有较大的水作用力和特有的分子间的相互缠绕作用，胍胶在水基溶液中能产生极高的粘度，在低浓度下，可形成高粘稠溶液；表现出非牛顿流变特性，与硼砂形成酸可逆凝胶，是重要的增稠剂、乳化剂、稳定剂、絮凝剂，在食品、采油、日化、医药等领域有着广泛的应用。

胍胶(Guar gum)提取自瓜尔豆种子的内胚乳，属于天然半乳甘露聚糖，由半乳糖和甘露糖聚合而成，是中性多糖，一般分子量约20-30万Da，由于产地不同，瓜儿胶的分子量可达到100-200万Da。胍胶的应用非常广泛。在石油天然气开采领域，采用压裂的方式对油井尤其是低渗-特低渗油井进行改造，是提高油田采收率的重要措施之一，其压裂效果的好坏会直接影响增产的效果。目前以胍胶为稠化剂的水基压裂液体系为主要应用的体系，具有价廉、安全、操作弹性大，综合性能好以及应用范围广等优点，占据了整个压裂份额的95％以上。破胶剂是压裂施工中非常重要的物质之一，其主要作用是将地层裂缝形成以后将高粘度压裂液冻胶彻底水化，以便使压裂液返排和支撑剂留在裂缝里，形成一定的裂缝和孔隙渗透率，达到压裂增产的目的，因此，压裂液破胶程度的好坏直接影响到压裂效果的好坏。

胍胶降解的方法主要有物理法和生物酶法，后者由于其具有的环保、高效等特点，成为了目前国内外研究的热点。在石油天然气开采领域的应用研究表明，胍胶的酶法处理应用的酶主要有β-甘露聚糖酶和α-半乳糖苷酶或半乳糖醛酸酶，并根据目的产物不同而进行不同方式的酶解；并且，采用现成的生物酶产品配制压裂液，势必造成压裂的成本大幅升高，从而影响现场应用。

超滤是膜分离技术中的一种，作为绿色分离技术的突出代表，其主要的分离范围为分子量1000～500000的物质，已广泛应用在了食品、生物、医药、化工、环保等领域。膜分离技术因具有过程无相变、条件温和、成本较低、操作方便、能连续操作、选择性高、易于放大和回收率高等优点，特别适合发酵液的澄清与浓缩处理，在生物技术产业中已展现出极其广泛的应用前景。时至今日，用于发酵液澄清的传统固液分离技术已经越来越多地被膜分离技术所取代。例如，膜分离技术已经被越来越广泛地应用在氨基酸的发酵生产中，例如，用超滤膜处理谷氨酸发酵液(邵文荛等，膜分离技术在谷氨酸分离与浓缩中的应用，陕西科技大学学报，2009，27(6)：50-54)，从而达到去除蛋白及菌体的效果。CN 200610036390.3则公开了一种膜分离浓缩黄原胶发酵液生产黄原胶的方法，主要涉及将黄原胶发酵液从贮罐中泵入微滤膜组件中过滤脱盐的膜分离过程。

本发明提出一种了用超滤的方法浓缩复合菌发酵生产破胶生物酶的发酵液，从而在操作简单、节省成本的条件下，实现了复合酶液的初步浓缩提纯。与发酵法生产有机酸、维生素等大宗生物基产品显著不同的是，复合菌发酵法生产生物破胶酶的发酵产物中常常存在多种酶产品，这些酶产品在物性(例如分子量与分子量分布、表面电荷、产物活性等)上存有差异，只有在这些酶产品浓度与活性的配伍性适当时，才能通过协同作用达到高效破胶之目的。为了避免在膜法浓缩发酵液过程中不同的生物酶被膜表面形成的次级膜所截留，从而破坏复合生物破胶酶产品的协同作用能力，显著降低产品质量与回收率的问题，选择滤膜的匹配性(如膜材料、膜结构与膜分离尺寸等)及合适的膜分离条件是最主要要解决的问题。只有在选择了合适滤膜的基础上，膜分离法澄清与浓缩复合生物酶破胶剂发酵液的过程效率与技术优势才能得以凸显，生物破胶酶的产品质量与回收率才能得到进一步提升，生物酶破胶技术的经济性才能有望实现。

总之，虽然发酵法生产生物破胶酶以及发酵液膜法澄清与浓缩已引起广泛关注，但迄今为止针对生物酶破胶发酵液的膜法澄清与浓缩，尤其是针对复合菌发酵液的浓缩提纯，从而提高生物破胶酶产品的协同作用、稳定性及收率的研究，国内外尚无相关报道。

发明内容