專利名稱：通過連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)化學(xué)品的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用分離膜通過連續(xù)發(fā)酵而生產(chǎn)化學(xué)品的方法。
背景技術(shù)：
分離膜已用于各領(lǐng)域，包括水處理如飲用水生產(chǎn)、水凈化和廢水處理領(lǐng)域，藥物生產(chǎn)和食品工業(yè)領(lǐng)域，并且也已應(yīng)用于發(fā)酵領(lǐng)域。在水處理如飲用水生產(chǎn)、水凈化和廢水處理領(lǐng)域中，分離膜作為常規(guī)砂濾和凝固沉降的替代方式而用于去除水雜質(zhì)。廢水處理和食品工業(yè)廣泛地使用分離膜技術(shù)，其中大量高濃度廢水或原料被裝入加工容器中并在保持高濃度的微生物的同時進(jìn)行處理,因?yàn)樵摷夹g(shù)提供高的去除率并產(chǎn)生高純度的液體。在使用分離膜的包括水處理和食品工業(yè)的該類領(lǐng)域中，對成本降低而言，對于改進(jìn)滲透性能存在需求。為此，例如已進(jìn)行嘗試以在使用滲透性能優(yōu)異的分離膜的情況下降低膜面積并縮減裝置，從而減少設(shè)備費(fèi)用、膜更換費(fèi)用和安裝面積。從成本方面考慮，單位安裝面積的過濾面積大的中空纖維膜已受到關(guān)注。近年來，包括培養(yǎng)微生物和培養(yǎng)細(xì)胞的連續(xù)生產(chǎn)方法已被積極地提出。在該技術(shù)中，微生物或培養(yǎng)細(xì)胞通過分離膜過濾，并且在從濾液中采集產(chǎn)物的同時，使經(jīng)分離的微生物或培養(yǎng)細(xì)胞保留或回流于培養(yǎng)介體中。該技術(shù)由此可維持培養(yǎng)介體中高的微生物或細(xì)胞濃度。例如，專利文獻(xiàn)I提出通過提高培養(yǎng)介體中微生物或細(xì)胞濃度并在用分離膜進(jìn)行的連續(xù)發(fā)酵中維持高濃度而提高生產(chǎn)率。盡管對于用于微生物培養(yǎng)和微生物分離的分離膜技術(shù)進(jìn)行了積極的研究，但通過膜分離來處理待處理的生物液體如培養(yǎng)介體包括以下問題:膜被待處理液體中包含的微生物、糖、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等嚴(yán)重污染。這是成問題的，因?yàn)槠淇焖俚厥鼓B透通量受損。對微生物培養(yǎng)和微 生物分離而言的膜分離技術(shù)的另一問題為控制微生物增殖。使用膜過濾的膜分離可維持高的微生物或細(xì)胞濃度并可由此用大量微生物在高生產(chǎn)率下得到產(chǎn)物。然而，增加發(fā)酵時間以利用連續(xù)發(fā)酵允許微生物連續(xù)增殖并過度地提高微生物濃度，從而提高可透性膜壓。一個可能方案在于在操作期間抽取出一部分微生物并控制微生物濃度。然而，這可能導(dǎo)致抽取出的微生物處理中的問題或可能在微生物抽取期間或之后增加在發(fā)酵罐中被其他微生物污染的可能性。在常規(guī)的膜分離工藝中，定期或非定期地清洗膜表面以去除附著或吸附至膜表面的材料(例如附著至膜表面的SS (懸浮固體))并保持過濾性能。例如，專利文獻(xiàn)2提出通過使?jié)B透物自滲透物側(cè)進(jìn)行預(yù)定的反滲透來清洗膜以維持過濾性能。專利文獻(xiàn)3提出在用自過濾單元下方供應(yīng)的空氣清洗膜表面的同時進(jìn)行過濾。專利文獻(xiàn)4提出一種化學(xué)清潔過濾單元的方法以能夠清洗不能通過專利文獻(xiàn)2和3中公開的方法清洗的膜表面。然而，這些處理方法用于清洗膜表面，并不能控制微生物濃度?；瘜W(xué)清潔特別成問題，因?yàn)槠鋵Πl(fā)酵產(chǎn)物具有不利影響，使膜受損，縮短膜壽命并且需要處理通過化學(xué)清潔而產(chǎn)生的廢液。也可考慮的其他技術(shù)包括:當(dāng)使用滲透物進(jìn)行回洗時，通過使用高溫水作為回洗水而提高清洗效果的技術(shù)(專利文獻(xiàn)5);包括濃縮步驟、膜分離步驟和溫水清洗步驟的分離膜清洗操作技術(shù)(專利文獻(xiàn)6);和使用熱水和水解酶的分離膜清洗方法(專利文獻(xiàn)7)。然而，這些方法難以控制微生物增殖，水解酶昂貴并直接增加成本。
背景技術(shù)：
文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:W02007/097260專利文獻(xiàn)2 JP-A-8-141375專利文獻(xiàn)3 JP-A-2001-38177專利文獻(xiàn)4 JP-A-2002-126470專利文獻(xiàn)5 JP-A-2008-289959專利文獻(xiàn)6:日本專利號3577992專利文獻(xiàn)7 JP-A-2006-314883發(fā)明概述發(fā)明要解決的問題如上所述，常規(guī)技術(shù)沒有解決以下問題:復(fù)雜的清洗步驟、處理通過清洗所產(chǎn)生的廢液、保持過濾性能和對高濃度培養(yǎng)微生物而言控制過度的微生物濃度。因此，對開發(fā)保持過濾性能的膜過濾操作方法和控制微生物濃度的方法存在需求。本發(fā)明目的在于提供一種回洗方法，其能夠保持對高濃度培養(yǎng)微生物混合物而言的過濾性能并同時使用分離膜控制通過發(fā)酵生產(chǎn)和采集產(chǎn)物中微生物濃度。解決問題的手段本發(fā)明可用以下方案(1)-(5)解決上述問題。(I) 一種通過連續(xù)發(fā)酵而生產(chǎn)化學(xué)品的方法，所述方法包括在連續(xù)發(fā)酵中用從膜單元滲透物側(cè)供應(yīng)的洗液清洗膜，包括:通過分離膜過濾含有發(fā)酵原料、化學(xué)品和微生物或培養(yǎng)細(xì)胞的培養(yǎng)介體；從濾液中采集化學(xué)品；使未過濾殘余物保留或回流于培養(yǎng)介體中；和將發(fā)酵原料添加至培養(yǎng)介體中，其中洗液為溫度高于培養(yǎng)介體溫度且為150°C或低于150°C的高溫水，并且發(fā)酵罐中微生物濃度通過供應(yīng)洗液而控制。(2)根據(jù)(I)的通過連續(xù)發(fā)酵而生產(chǎn)化學(xué)品的方法，其中洗液含有氧化劑。(3)根據(jù)(2)的通過連續(xù)發(fā)酵而生產(chǎn)化學(xué)品的方法，其中氧化劑含有至少一種選自次氯酸鹽、二氧化氯、臭氧和過氧化氫的物質(zhì)。(4)根據(jù)(I)的通過連續(xù)發(fā)酵而生產(chǎn)化學(xué)品的方法，其中洗液含有pH調(diào)節(jié)劑。(5)根據(jù)(I)的通過連續(xù)發(fā)酵而生產(chǎn)化學(xué)品的方法，其中洗液含有發(fā)酵原料。發(fā)明效果本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)在于進(jìn)行連續(xù)發(fā)酵操作以用分離膜過濾發(fā)酵培養(yǎng)介體并取出含化學(xué)品的滲透物，同時連續(xù)地保留未過濾殘余物于發(fā)酵罐中。具體而言，本發(fā)明有效地能夠清洗來自膜過濾的膜污物并能夠控制發(fā)酵罐中微生物濃度。本發(fā)明還可穩(wěn)定和廉價地顯著改進(jìn)發(fā)酵生產(chǎn)效率并可防止產(chǎn)生廢洗液和抽取出的培養(yǎng)介體，使得可通過減少處理費(fèi)用而降低成本。本發(fā)明由此還可在廣泛的發(fā)酵工業(yè)中以低成本穩(wěn)定地生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)物。附圖簡述[

圖1]圖1為說明本發(fā)明中使用的膜分離連續(xù)發(fā)酵裝置的實(shí)例的示意側(cè)視圖。

[圖2]圖2為表示用本發(fā)明中膜組件進(jìn)行的回洗方法和程序的示意圖。
[圖3]圖3為表示在根據(jù)實(shí)施例1-3和對比例1-2的連續(xù)發(fā)酵過濾試驗(yàn)中微生物濃度隨著時間變化的示意圖。[圖4]圖4為表示在根據(jù)實(shí)施例1-3和對比例1-2的連續(xù)發(fā)酵過濾試驗(yàn)中可透性膜壓隨著時間變化的示意圖。[圖5]圖5為表示在根據(jù)實(shí)施例4-5和對比例3的連續(xù)發(fā)酵過濾試驗(yàn)中微生物濃度隨著時間變化的示意圖。[圖6]圖6為表示在根據(jù)實(shí)施例4-5和對比例3的連續(xù)發(fā)酵過濾試驗(yàn)中可透性膜壓隨著時間變化的示意圖。本發(fā)明的實(shí)施方式
本發(fā)明在于一種在連續(xù)發(fā)酵中操作連續(xù)發(fā)酵裝置的方法，其使用膜組件用于過濾，其中在連續(xù)保留未過濾殘余物于發(fā)酵罐中的同時抽取出含化學(xué)品的滲透物。所述方法包括用自膜組件滲透物側(cè)供應(yīng)的高溫水清洗膜并根據(jù)發(fā)酵罐中微生物濃度控制高溫水供應(yīng)條件。用于本發(fā)明膜組件的分離膜可為有機(jī)膜或無機(jī)膜，條件是其具有耐化學(xué)性。其實(shí)例包括聚偏二氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯和陶瓷膜。本發(fā)明中使用的分離膜優(yōu)選為具有0.01 μ m或更大且小于I μ m的平均孔尺寸的多孔膜。分離膜可具有任意形狀并且可例如為平坦膜或中空纖維膜。分離膜的表面平均孔尺寸由通過在用掃描電子顯微鏡以60，000X放大率拍攝的膜表面照片中測量無規(guī)選取的20個孔徑獲得的數(shù)均值而測定。當(dāng)孔不是圓形時，表面平均孔尺寸通過使用其中具有與所述孔相同的面積的圓(當(dāng)量圓)的直徑用作孔徑的方法而測定，所述面積用裝置如圖像處理裝置測定。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，分離膜可用于以0.l-20kPa的可透性膜壓進(jìn)行過濾。本發(fā)明的膜組件不受特別限制，只要其由具有優(yōu)異耐熱性的材料制成并且成型以允許高溫水從組件滲透物側(cè)朝著進(jìn)料側(cè)注入。本發(fā)明中使用的微生物和培養(yǎng)細(xì)胞發(fā)酵用原料不受特別限制，只要其可促進(jìn)待發(fā)酵培養(yǎng)的微生物或待發(fā)酵培養(yǎng)的培養(yǎng)細(xì)胞的生長且可理想地產(chǎn)生作為發(fā)酵目標(biāo)產(chǎn)物的化學(xué)品。發(fā)酵原料的優(yōu)選實(shí)例包括適當(dāng)?shù)睾刑荚?、氮源、無機(jī)鹽和需要的話痕量有機(jī)養(yǎng)分如氨基酸和維生素的普通液體介質(zhì)。例如還可直接或與發(fā)酵原料一起使用廢水或污水，條件是其為部分地含有可促進(jìn)待發(fā)酵培養(yǎng)的微生物或待發(fā)酵培養(yǎng)的培養(yǎng)細(xì)胞的生長且可理想地產(chǎn)生作為發(fā)酵目標(biāo)產(chǎn)物的化學(xué)品的材料的液體。碳源的實(shí)例包括糖，例如葡萄糖、蔗糖、果糖、半乳糖和乳糖；含有該類糖的淀粉和淀粉水解物；蕃薯糖漿；糖用甜菜糖漿；蔗汁；糖用甜菜糖漿或蔗汁的提取物或濃縮物；糖用甜菜糖漿或蔗汁的濾液；由糖漿(高級糖蜜)、糖用甜菜糖漿或蔗汁提純或結(jié)晶的粗糖；由糖用甜菜糖漿或蔗汁提純或結(jié)晶的精制糖；有機(jī)酸如乙酸和富馬酸；醇如乙醇；和甘油。本文使用的糖是指初始的多元醇氧化產(chǎn)物和具有一個醛基或一個酮基的碳水化合物，在醛基的情況下歸類為醛糖，或在酮基的情況下歸類為酮糖。氮源的實(shí)例包括銨鹽、脲、硝酸鹽和用作添加物的其他有機(jī)氮源。其他實(shí)例包括油柏、大豆水解物、分解酪蛋白、其他氨基酸、維生素、玉米漿、酵母或酵母提取物、肉提取物、肽如胨以及各種發(fā)酵微生物及其水解物。材料如磷酸鹽、鎂鹽、鈣鹽、鐵鹽和錳鹽可適當(dāng)?shù)赜米鳠o機(jī)鹽。在本發(fā)明中，根據(jù)微生物物種和產(chǎn)物生產(chǎn)率而使微生物發(fā)酵培養(yǎng)具有合適的pH和溫度。通常將微生物發(fā)酵培養(yǎng)設(shè)定為4-8的pH和15-65°C的溫度。用材料如無機(jī)酸或有機(jī)酸、堿性物質(zhì)、脲、氫氧化鈣、碳酸鈣和氨將發(fā)酵培養(yǎng)介體的PH調(diào)節(jié)至上述范圍的預(yù)定值。需要提高用于培養(yǎng)的氧氣供應(yīng)速率，這可通過使用各種方法實(shí)現(xiàn)，包括例如提高充氣量、通過在空氣中添加氧氣而提高氧氣濃度、向發(fā)酵培養(yǎng)介體施加壓力和提高攪拌速率。另一方面，如果需要降低氧氣供應(yīng)速率，則這可通過降低充氣量或通過供應(yīng)氣體如二氧化碳?xì)怏w和不含氧氣的氣體如氮?dú)夂蜌鍤馀c空氣而實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明中，含有微生物或培養(yǎng)細(xì)胞的發(fā)酵培養(yǎng)介體優(yōu)選以根據(jù)發(fā)酵培養(yǎng)介體的0D600或MLSS (混合液懸浮固體)適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)的量抽取出，使得微生物或培養(yǎng)細(xì)胞的濃度不減少并且不降低發(fā)酵產(chǎn)物的生產(chǎn)率。

包括增殖能夠產(chǎn)生發(fā)酵產(chǎn)物的新鮮微生物的連續(xù)培養(yǎng)程序通常優(yōu)選在單一發(fā)酵罐中進(jìn)行以用于控制培養(yǎng)。然而，發(fā)酵罐數(shù)目不受限制，只要使用通過微生物增殖產(chǎn)生產(chǎn)物的連續(xù)發(fā)酵培養(yǎng)方法。出于諸如小發(fā)酵罐體積的原因而可以使用一個以上發(fā)酵罐。在該情況下，可通過用多個相互平行或串聯(lián)連接的發(fā)酵罐進(jìn)行連續(xù)培養(yǎng)而獲得高的發(fā)酵生產(chǎn)率。真核細(xì)胞或原核細(xì)胞用作本發(fā)明中使用的微生物和培養(yǎng)細(xì)胞。具體地，使用常用于發(fā)酵工業(yè)中的那些，包括例如真菌如酵母和絲狀菌，微生物如大腸桿菌(Escherichiacoli)，乳酸菌，棒狀桿菌和放線菌以及動物細(xì)胞和昆蟲細(xì)胞。細(xì)菌和細(xì)胞可為從自然環(huán)境分離出的那些或性能通過突變或基因重組而部分改變的那些。通過本發(fā)明生產(chǎn)方法獲得的化學(xué)品為在發(fā)酵培養(yǎng)介體中由微生物或培養(yǎng)細(xì)胞產(chǎn)生的物質(zhì)?；瘜W(xué)品的實(shí)例包括在發(fā)酵工業(yè)中產(chǎn)生的物質(zhì)，包括例如醇、有機(jī)酸、氨基酸和核酸。本發(fā)明還適用于生產(chǎn)諸如酶、抗生素和重組蛋白質(zhì)的物質(zhì)。醇的實(shí)例包括乙醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇和甘油。有機(jī)酸的實(shí)例包括乙酸、乳酸、丙酮酸、琥珀酸、蘋果酸、衣康酸和朽1檬酸。核酸的實(shí)例包括肌苷、鳥苷和胞苷。通過本發(fā)明生產(chǎn)方法獲得的化學(xué)品優(yōu)選為含有至少一種選自化學(xué)產(chǎn)品、乳制品、藥品和食品或釀造產(chǎn)品的產(chǎn)品的液體產(chǎn)品。化學(xué)產(chǎn)品的實(shí)例包括諸如有機(jī)酸、氨基酸和核酸的物質(zhì)，其適用于通過進(jìn)行膜分離過濾的步驟進(jìn)行的化學(xué)品生產(chǎn)。乳制品的實(shí)例包括諸如低脂牛奶的物質(zhì)，其適用于通過進(jìn)行膜分離過濾的步驟進(jìn)行的乳制品生產(chǎn)。藥品的實(shí)例包括諸如酶、抗生素和重組蛋白質(zhì)的物質(zhì)，其適用于通過進(jìn)行膜分離過濾的步驟進(jìn)行的藥品生產(chǎn)。食品的實(shí)例包括諸如乳酸飲料的物質(zhì)，其適用于通過進(jìn)行膜分離過濾的步驟進(jìn)行的食品生產(chǎn)。釀造產(chǎn)品的實(shí)例包括諸如啤酒和燒酒(精餾酒精)，其適用于通過進(jìn)行膜分離過濾的步驟進(jìn)行的含酒精的飲料生產(chǎn)。在本發(fā)明中，用膜組件的分離膜過濾微生物和培養(yǎng)細(xì)胞的發(fā)酵培養(yǎng)介體的可透性膜壓不受限制，只要過濾在膜不易被微生物、培養(yǎng)細(xì)胞和介體組分堵塞的條件下進(jìn)行。然而，重要的是過濾在0.l-20kPa的可透性膜壓下進(jìn)行?？赏感阅簝?yōu)選為0.Ι-lOkPa，更優(yōu)選0.l_5kPa。這些范圍之外的可透性膜壓可在連續(xù)發(fā)酵操作中造成麻煩，因?yàn)槲⑸锖徒轶w組分容易堵塞膜并降低滲透物的量。
過濾的驅(qū)動力可通過液面差(水頭差)或通過用交叉流循環(huán)泵橫過分離膜產(chǎn)生的可透性膜壓而提供?；蛘?，抽氣泵可安裝在分離膜的滲透物側(cè)以提供過濾的驅(qū)動力。當(dāng)使用交叉流循環(huán)泵時，可透性膜壓可用吸氣壓力控制。可透性膜壓還可通過對于發(fā)酵培養(yǎng)介體側(cè)引入壓力的氣體或液體的壓力控制。對于壓力控制，發(fā)酵培養(yǎng)介體側(cè)的壓力和分離膜滲透物側(cè)之間的壓差可用作可透性膜壓以控制可透性膜壓。本發(fā)明使用具有膜清洗效果且可降低微生物濃度的高溫水。將高溫水設(shè)定至高于培養(yǎng)介體溫度且為150°C或低于150°C的溫度。高溫水優(yōu)選具有比培養(yǎng)介體溫度高5°C或更多且為小于100°C的溫度，更優(yōu)選比培養(yǎng)溫度高至少10°C且為小于100°C的溫度。低于培養(yǎng)介體溫度的溫度使得難以控制連續(xù)發(fā)酵中微生物濃度。另一方面，如果溫度高于150°C，則需要施加非常高的壓力以維持高溫水呈液態(tài)。這些范圍內(nèi)的溫度因此不實(shí)用。使用高溫水回洗可使用具有高于上述條件中的溫度的水。然而，因?yàn)槠湟匀Q于微生物特性的方式增加快速滅殺大量微生物的可能性，理想的是預(yù)先測量溫度依賴性的微生物滅殺速率。本文使用的回洗是指一種其中將液體從滲透物側(cè)送至分離膜的進(jìn)料側(cè)從而從膜表面去除污物的方法。

用作回洗液的高溫水不受特別限制，只要其不被微生物污染且不含有具有膜污染風(fēng)險的物質(zhì)。高溫水可使用恒溫單元或使用具有水供應(yīng)管路的加熱器而供應(yīng)。優(yōu)選用溫度計檢查高溫水的溫度并將溫度控制在預(yù)定溫度的± I °c范圍內(nèi)。高溫水的供應(yīng)速率理想地為膜滲透通量的1-3倍，或考慮到諸如微生物濃度和膜清洗效果的因素而可設(shè)定為更合適的速率。本發(fā)明高溫水可含有清洗劑，具體為氧化劑如次氯酸鈉、二氧化氯、臭氧和過氧化氫以及PH調(diào)節(jié)劑如氫氧化鈉、氫氧化鈣、鹽酸和硫酸，條件是該添加不會抑制本發(fā)明效果。此外，可使用含有發(fā)酵原料的高溫水以防止培養(yǎng)介體中發(fā)酵原料濃度降低。在本發(fā)明中，在維持高的回洗液溫度的同時，將液體由滲透物側(cè)送至膜組件的進(jìn)料側(cè)，從而清洗膜并控制微生物濃度。當(dāng)高溫回洗液為水時，高溫水使得附著材料與分離膜脫離更容易并且微生物增殖通過與高溫水接觸而停止。認(rèn)為高溫水有助于附著物質(zhì)與分離膜脫離，并且當(dāng)附著于膜的物質(zhì)為碳水化合物衍生的物質(zhì)時，高溫水產(chǎn)生其中附著物質(zhì)可容易地溶解的環(huán)境。附著于膜的物質(zhì)可由此溶解于高溫水中。另一方面，當(dāng)附著于膜的物質(zhì)為蛋白質(zhì)衍生的物質(zhì)時，高溫水使蛋白質(zhì)變性并改變膜附著的特性，使得物質(zhì)與膜分離更容易。當(dāng)高溫水為含有清洗劑的高溫水時，可通過衍生自附著于膜的物質(zhì)的組分而促進(jìn)與膜脫離。例如，作為清洗劑實(shí)例的次氯酸鈉為強(qiáng)氧化劑，并且當(dāng)其作為高溫氧化劑用于回洗時，促進(jìn)了附著于膜的碳水化合物衍生的物質(zhì)的氧化效果，從而獲得高于通過高溫水單獨(dú)提供的膜清洗效果。另一方面，作為清洗劑實(shí)例的氫氧化鈉和氫氧化鈣為強(qiáng)堿性劑，并且當(dāng)它們作為高溫堿用于回洗時，促進(jìn)了附著于膜的蛋白質(zhì)衍生的物質(zhì)的變性作用，從而獲得高于通過高溫水單獨(dú)提供的膜清洗效果。應(yīng)注意，雖然在高溫下使用的這些強(qiáng)氧化劑和強(qiáng)堿性劑允許控制微生物增殖，但當(dāng)濃度超過一定范圍時，添加高溫水可導(dǎo)致微生物失活或快速提高微生物滅殺速率的風(fēng)險。因此，重要的是清洗劑以允許膜清洗和控制微生物濃度的濃度范圍使用。
在本發(fā)明中，在不會抑制本發(fā)明效果的范圍內(nèi)使用清洗劑意味著使用優(yōu)選例如在次氯酸鈉情況下具有1-5，OOOppm有效氯含量的洗液和優(yōu)選例如在氫氧化鈉和氫氧化鈣情況下具有10-13的pH的洗液。高于該范圍的濃度可能損害分離膜或可能不利地影響微生物。低于該范圍的濃度使得對膜清洗效果降低的擔(dān)憂增加。用作回洗液的高溫水的回洗循環(huán)可由可透性膜壓和可透性膜壓變化測定。回洗循環(huán)為0.1-12循環(huán)/小時，更優(yōu)選3-6循環(huán)/小時。高于這些范圍的回洗循環(huán)具有在添加高溫水時使微生物失活或快速提高微生物滅殺速率的可能風(fēng)險。低于這些范圍，可能不會充分地獲得清洗效果和微生物控制效果。用作回洗液的高溫水的回洗時間可由回洗循環(huán)、可透性膜壓和可透性膜壓變化測定?；叵磿r間為5-300秒/循環(huán)，更優(yōu)選30-180秒/循環(huán)。高于這些范圍的回洗時間具有在添加高溫水時使微生物失活或快速提高微生物滅殺速率的可能風(fēng)險。低于這些范圍，可能不會充分地獲得清洗效果和微生物控制效果。用于恒溫槽、高溫水回洗泵和恒溫槽與組件之間的管路和閥可選自具有優(yōu)異耐熱性的那些?？蓪⒏邷厮謩幼⑷?，或更理想地自動注入，通過控制過濾泵和過濾閥，和高溫水回洗泵和高溫水回洗閥，通過使用過濾和回洗控制單元，使用計時器等。 本發(fā)明需要監(jiān)測微生物濃度以控制發(fā)酵罐中微生物濃度。微生物濃度可通過采集樣品而測量。然而，更理想的是通過使用微生物濃度傳感器如安裝在發(fā)酵罐中的MLSS測量裝置而連續(xù)監(jiān)測微生物濃度變化。本發(fā)明使用的連續(xù)發(fā)酵裝置參考附圖在下文描述。圖1為說明本發(fā)明供應(yīng)高溫水的方法中使用的連續(xù)發(fā)酵裝置的實(shí)例的示意側(cè)視圖。示于圖1中的連續(xù)發(fā)酵裝置為其中分離膜組件安裝于發(fā)酵罐之外的代表性實(shí)例。在圖1中，連續(xù)發(fā)酵裝置基本上由發(fā)酵罐1、分離膜組件2和高溫水供應(yīng)單元而構(gòu)造。大量中空纖維膜并入分離膜組件2中。常溫水供應(yīng)單元由常溫水回洗泵13和常溫水回洗閥16構(gòu)造。高溫水供應(yīng)單元由高溫水回洗泵12和高溫水回洗閥15構(gòu)造。過濾單元由過濾泵11和過濾閥14構(gòu)造。分離膜組件和高溫水供應(yīng)單元在下文詳細(xì)地描述。分離膜組件2與發(fā)酵罐I經(jīng)由循環(huán)泵8連接。在圖1中，水平傳感器-控制單元6和介體供應(yīng)泵9可將介體裝入發(fā)酵罐I中以控制發(fā)酵罐中液面，并且需要的話攪拌器4可攪拌發(fā)酵罐I中培養(yǎng)介體。需要的話，氣體供應(yīng)單元17可供應(yīng)需要的氣體。這里，在采集和再循環(huán)之后可將供應(yīng)的氣體通過氣體供應(yīng)單元17再供應(yīng)。此外，需要的話，pH傳感器-控制單元5和pH調(diào)節(jié)劑供應(yīng)泵10可調(diào)節(jié)發(fā)酵培養(yǎng)介體的PH以在高生產(chǎn)率下生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)物。在所述裝置中，循環(huán)泵8使發(fā)酵培養(yǎng)介體在發(fā)酵罐I和分離膜組件2之間循環(huán)。含有發(fā)酵產(chǎn)物的發(fā)酵培養(yǎng)介體可在用分離膜組件2過濾和分離成微生物和發(fā)酵產(chǎn)物之后從所述裝置中抽取出。分離出的微生物保留在所述裝置中并可由此在其中維持在高濃度下，使得可以在高生產(chǎn)率下生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)物。通過分離膜組件2過濾和分離可通過使用循環(huán)泵8的壓力在無需特殊力下進(jìn)行 。然而，可任選提供過濾泵11，并且差壓傳感器-控制單元7可用于適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)濾液量。需要的話，溫度控制單元3可用于維持發(fā)酵罐I中溫度恒定并維持高的微生物濃度。在本發(fā)明供應(yīng)高溫水的方法中使用的高溫水供應(yīng)單元由高溫水回洗泵12和高溫水回洗閥15構(gòu)造。可在監(jiān)測微生物濃度的同時引入高溫水。本發(fā)明操作方法中的控制根據(jù)圖2表示的程序進(jìn)行。所述程序以培養(yǎng)介體的膜過濾開始并監(jiān)測微生物濃度和可透性膜壓變化。當(dāng)可透性膜壓由于在膜過濾中存在膜污物而提高時，檢查微生物濃度，并且當(dāng)濃度超過預(yù)期微生物濃度時，用高溫水進(jìn)行回洗。當(dāng)可透性膜壓提高時，檢查微生物濃度，并且當(dāng)濃度低于預(yù)期微生物濃度時，用具有不高于培養(yǎng)溫度的溫度的常溫水進(jìn)行回洗。在用高溫水或溫度不高于培養(yǎng)溫度的常溫水進(jìn)行膜清洗之后，檢查可透性膜壓并確認(rèn)清洗效果。當(dāng)可透性膜壓超過預(yù)期參考可透性膜壓時，再檢查微生物濃度。當(dāng)可透性膜壓低于預(yù)期參考可透性膜壓時，可停止回洗。預(yù)期參考可透性膜壓可通過分離膜性能和分離膜組件性能確定。用高溫水以上述方式進(jìn)行的回洗使得可以清洗分離膜上的污物而不產(chǎn)生廢液和可以控制過度增殖的微生物濃度?？蛇M(jìn)行能夠保持過濾性能和控制微生物濃度的高溫水供應(yīng)方法以改進(jìn)膜組件的過濾性能和能夠在延長時間內(nèi)在微生物培養(yǎng)介體過濾中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定過濾操作。
實(shí)施例實(shí)施例1首先制備膜組件。通過將Toray壓力聚偏二氟乙烯中空纖維膜組件HFS1020拆解并僅割去未附著和固定于組件的聚偏二氟乙烯中空纖維膜部分而制備用于制備膜組件的中空纖維膜。聚碳酸酯樹 脂的模制品用作分離膜組件單元。膜組件具有0.06L的體積和200cm2的有效過濾面積。如此制備的多孔中空纖維膜和膜組件用于進(jìn)行連續(xù)發(fā)酵。除非另有說明，實(shí)施例1中使用的操作條件如下所述。操作條件:-發(fā)酵罐體積:2.0L-發(fā)酵罐有效體積:1.5L-所用分離膜:聚偏二氟乙烯中空纖維膜(60纖維)-調(diào)節(jié)溫度:37°C-經(jīng)過發(fā)酵罐的充氣量:0.2L/min-發(fā)酵罐攪拌速率:600rpm-調(diào)節(jié)pH:pH6，用 3N NaOH-乳酸發(fā)酵介體供應(yīng)速率:不定地控制在15_300mL/hr范圍內(nèi)-用培養(yǎng)介體循環(huán)器的液體循環(huán)量:3.5L/min-控制膜過濾流量:流量用抽氣泵控制-滅菌:發(fā)酵罐和介體，包括膜組件，全部用高壓滅菌器在121°C下在高溫蒸汽下滅菌20分鐘。Sprolactobacillus laevolacticus JCM2513 (SL菌株)用作微生物并且表 I 中所列組成的乳酸發(fā)酵介體用作介體。產(chǎn)物乳酸的濃度在如下條件下使用如下HPLC評價。表I
乳酸發(fā)酵介體
權(quán)利要求
1.一種通過連續(xù)發(fā)酵而生產(chǎn)化學(xué)品的方法，所述方法包括在連續(xù)發(fā)酵中用從膜單元滲透物側(cè)供應(yīng)的洗液清洗膜，包括:通過分離膜過濾含有發(fā)酵原料、化學(xué)品和微生物或培養(yǎng)細(xì)胞的培養(yǎng)介體；從濾液中采集化學(xué)品；使未過濾殘余物保留或回流于培養(yǎng)介體中；和將發(fā)酵原料添加至培養(yǎng)介體中， 其中洗液為溫度高于培養(yǎng)介體溫度且為150°c或低于150°C的高溫水，并且發(fā)酵罐中微生物濃度通過供應(yīng)洗液而控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的通過連續(xù)發(fā)酵而生產(chǎn)化學(xué)品的方法，其中洗液含有氧化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的通過連續(xù)發(fā)酵而生產(chǎn)化學(xué)品的方法，其中氧化劑含有至少一種選自次氯酸鹽、二氧化氯、臭氧和過氧化氫的物質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的通過連續(xù)發(fā)酵而生產(chǎn)化學(xué)品的方法，其中洗液含有pH調(diào)節(jié)劑。
5.根據(jù)權(quán)利 要求1的通過連續(xù)發(fā)酵而生產(chǎn)化學(xué)品的方法，其中洗液含有發(fā)酵原料。
全文摘要
一種通過連續(xù)發(fā)酵而生產(chǎn)化學(xué)品的方法，包括通過分離膜過濾含有發(fā)酵原料、化學(xué)品、微生物或培養(yǎng)細(xì)胞的培養(yǎng)介體；從濾液中采集化學(xué)品；使未過濾殘余物保留或回流于培養(yǎng)介體中；和在連續(xù)發(fā)酵中從膜單元滲透物側(cè)供應(yīng)洗液以清洗膜，其中將發(fā)酵原料添加至培養(yǎng)介體中，其特征在于洗液具有高于培養(yǎng)介體的溫度且為150℃或低于150℃的高溫水，并且發(fā)酵罐中微生物濃度通過供應(yīng)洗液而控制。通過使用所述生產(chǎn)方法，在使用分離膜采集發(fā)酵產(chǎn)物中，保持對高的細(xì)胞密度培養(yǎng)微生物混合物而言的過濾性能和控制微生物濃度可同時進(jìn)行。
文檔編號C12P1/00GK103168102SQ201180044138
公開日2013年6月19日 申請日期2011年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月14日
發(fā)明者小林敦, 千智勛, 武內(nèi)紀(jì)浩, 西田誠, 田中祐之, 峰岸進(jìn)一 申請人:東麗株式會社