山梨糖發酵培養基的微濾膜除菌方法

2023-10-20 00:51:32 2

專利名稱：山梨糖發酵培養基的微濾膜除菌方法
技術領域：
本發明屬於生物化工領域，特別涉及一種使用陶瓷微濾膜進行山梨糖 發酵培養基的膜除菌方法。
背景技術：
培養基是微生物生長和產物合成所必需的一組營養物質，通常由葡萄 糖、酵母粉、蛋白腖、無機鹽等組成。按其用途培養基可分種子培養基和發 酵培養基。種子培養基是指用於搖瓶種子培養或工業生產用的種子罐種子培 養的營養組成。發酵培養基是含有供微生物細胞或菌絲體迅速生長繁殖和合 成產物之需要的營養組分。在本發明中，用於山梨糖發酵種子罐種子培養的
培養基稱為山梨糖發酵種子培養基；用於山梨糖發酵罐的發酵培養基稱為山 梨糖發酵培養基，山梨糖發酵培養基也包括山梨糖發酵種子培養基。
在工業及實驗室發酵過程中，通常採用溼熱滅菌，即將培養基各組分加 水溶解，加熱到121。C,然後保溫6 10分鐘，通過高溫將培養基中微生物
殺死，從而達到無菌的要求。培養基滅菌後，採用冷卻水將其溫度降至28。C ~ 30°C，即可接種發酵。
維生素C (抗壞血酸)是一種人體所必需的維生素，其生產機理如下
黑醋菌 氧化葡萄糖酸桿菌、芽孢桿菌 酸轉化 山梨s享-^山梨糖-^古龍酸-^維生素C
微濾是以靜壓差為動力，利用微孔膜的'篩分，作用進行膜分離的過 程。微孔濾膜具有比較整齊、均勻的多孔結構，在靜壓差的作用下，小於膜 孔的粒子通過濾膜，粒徑大於膜孔徑的粒子則被阻攔在濾膜表面，使大小不 同的組分得以分離。
申請號為02121075.6的的中國專利公開了微生物發酵培養基的製備工藝，這個專利方法首先將培養基的固體成分用所需總用水量的40%~65%
的水進行溶解、混勻，得到的培養基混懸物用蒸汽進行溼熱滅菌；然後將剩 餘水經過石英砂柱進行預濾，再通過除菌濾器製備為無菌水；最後再將二者 混合。申請號為91108818.0的中國專利公開了一種液體培養基除菌的方法， 通過把機械過濾除顆粒雜質，紫外線殺菌和高分子有機濾膜除菌的三種手段 相結合來製備無菌液體培養基。
以上專利技術方法存在的不足之處為
1、 部分培養基仍釆用傳統的高溫蒸汽溼熱滅菌，仍需消耗較多的熱能， 培養基中營養成分會受到一定程度的破壞。
2、 使用有機膜，機械強度低，易破損、壽命短，而且在除菌前不能使 用高溫對膜系統進行殺菌，只能採用化學殺菌劑殺菌，殺菌效果難於保證。
3、 由於使用有機膜，當進行膜清洗時，對清洗方式及清洗劑有限制。
4、 紫外線穿透力低，殺菌效果差
5、 培養基的過濾方式為頂端過濾，膜汙染嚴重，培養基液體透過膜的 速率很低。
6、 難於保障100%除菌，除菌效果穩定性差。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種山梨糖發酵培養基的微濾膜除菌 方法，以膜除菌技術代替傳統的高溫蒸汽滅菌進行培養基的除菌，從而最大 限度地減少蒸汽和冷卻水的消耗，節約能源，降低生產成本。
本發明目的在於利用微濾膜把存在於山梨糖發酵培養基中的細菌及孢 子過濾分離出來，從而實現培養基的無菌。
本發明的原理採用孔徑為0.1微米的陶瓷微濾膜對山梨糖發酵培養基 進行過濾。培養基中水溶性小分子如山梨醇、胺基酸可自由通過微濾膜，而 細菌(0.4~0.5微米)等微生物則不能通過，從而實現培養基的無菌。由於在微濾膜不能做到膜孔徑的絕對均一化，為了得到100%的除菌效果，膜除
菌後的培養基再輔以臭氧殺菌。山梨醇發酵生成山梨糖是好氧發酵，臭氧殺 菌後剩餘臭氧會自行分解為氧氣，增加培養基的溶氧，因而還可提高發酵速 度。
由於膜過濾過程中，物質不發生相變，分離係數較大，室溫下操作，不 會造成培養基成分的破壞，因此可完全代替傳統的高溫蒸汽殺菌。
為解決上述技術問題，本發明採用以下技術方案予以實現 本發明山梨糖發酵培養基的微濾膜除菌方法，它包括以下步驟
a、 山梨糖發酵培養基的製備
在100Kg水中，加入16~20Kg山梨醇，0.1 ~0.3Kg玉米漿、0.05 ~0.2Kg 酵母膏，按照上述配比，培養基各種成分稱重後加入配料罐中，室溫下加水
攪拌溶解，製得山梨糖發酵培養基；
b、 預過濾
在1.08Kw離心泵的作用下，採用0.5微米的管式陶瓷膜以錯流的方式 過濾山梨糖發酵培養基，除去其中不容性顆粒物質，以便減少膜汙染。穩定 過濾膜通量1100~ 1286L/hm2,過濾後的山梨糖發酵培養基用泵將料液輸送 至料罐。
c、 膜除菌
在進行山梨糖發酵培養基膜除菌前，使用高溫蒸汽(100°C )對陶t;膜 組件、不鏽鋼管路、閥門及發酵罐進行35分鐘殺菌，冷卻至室溫後，啟動 離心泵進行山梨糖發酵培養基料液的微濾，微濾操作條件0.1微米管式陶 瓷膜，控制料液溫度30。C，壓力0.16 ~ 0.18 Mpa，穩定膜通量120 ~ 160 L/hm2。 過濾後的山梨糖發酵培養基被輸送至發酵罐。
d、 臭氧殺菌
使用200w的臭氧發生機對500毫升去離子水進行曝氣30分鐘，獲得
5濃度為16.8 ppm的臭氧水，通過輸液管將臭氧水加入到^f效濾後的山梨糖發 酵培養基中，使臭氧的濃度達到1.8-2.0ppm，殺菌10分鐘。
本發明與現有技術相比具有的有益效果為
① 培養基的所有組分均採用膜過濾除菌，節約熱能效果更好。
② 由於培養基的所有組分沒有經受高溫處理，因而培養基中的營養成 分沒有受到破壞，也沒有不利於發酵的物質生成，有利於黑醋菌的生長和山 梨醇氧化生成山梨糖。
③ 採用0.5微米的陶瓷膜進行山梨糖培養基的預處理，可比普通的機 械過濾如板框過濾，具有更好的澄清作用，更有利於減少膜汙染。
採用錯流過濾方式，膜汙染小，膜通量高，可達120L/hm2以上。
採用管式陶瓷膜，當進行膜清洗時，對清洗方式及清洗劑無限制。
本發明所設計的膜除菌設備使用壽命長。
⑦臭氧殺菌殺菌能力強，可迅速殺滅細菌繁殖體和芽孢、病毒、真菌 等微生物。膜除菌後的培養基再輔以臭氧殺菌，可保證得到100%的除菌效 果，生產穩定性高。
具體實施例方式
下面對本發明作進一步的詳細說明。
山梨糖發酵過程中，山梨糖發酵培養基也包括山梨糖發酵種子培養基。 實施例一
山梨糖發酵過程中種子培養基的膜除菌
a、 種子培養基的製備
於100Kg水中，加入16Kg山梨醇，0.1Kg玉米漿、0.2Kg酵母膏、0.15Kg 磷酸氫二鉀、0.2Kg硫酸鎂。各成分按照配比稱重後加入配料罐中，室溫下 加水攪拌溶解，即得種子培養基。
b、 預過濾在1.08Kw離心泵的作用下，採用0.5微米的管式陶瓷膜以錯流的方式 過濾種子培養基的料液，除去其中不容性顆粒物質，以便減少膜汙染。穩定 過濾膜通量1286L/hii^以上，過濾後的種子培養基料液用泵將輸送至料罐。
c、 膜除菌
在進行種子培養基膜除菌前，使用高溫蒸汽(100°C )對陶瓷膜組件、 不鏽鋼管路、閥門及發酵罐進行35分鐘殺菌，冷卻至室溫後，啟動離心泵 進行培養基料液的微濾。微濾操作條件0.1微米管式陶瓷膜，控制料液溫 度30。C,壓力0.16Mpa,穩定膜通量160 L/hm2。過濾後的種子培養基(無 菌透過液)被輸送至發酵罐中。
d、 臭氧殺菌
使用200w的臭氧發生機對500毫升去離子水進行曝氣30分鐘，獲得 濃度為16.8 ppm的臭氧水。通過輸液管將臭氧水加入到微濾後的山梨糖發 酵培養基中，使臭氧的濃度達到1.8ppm，殺菌10分鐘。
採用上述方法製備的山梨糖發酵種子培養基，經微生物學檢測，無微生 物菌落產生即100%無菌；種子培養基的營養成分如生物素、胺基酸基本保 存不變。
實施例二
山梨糖發酵培養基的膜除菌
a、 發酵培養基的製備
於100Kg水中，加入20Kg山梨醇，0,3Kg玉米漿、0.05Kg酵母膏、O.lKg 尿素。各成分按照配比稱重後加入配料罐中，室溫下加水攪拌溶解，即得發 酵培養基。
b、 預過濾
在1.08Kw離心泵的作用下，採用0.5微米的管式陶瓷膜以錯流的方式 過濾山梨糖發酵培養基，除去其中不容性顆粒物質，以便減少膜汙染。穩定過濾膜通量1100L/hn^以上，過濾後的山梨糖發酵培養基用泵輸送至料罐。
c、 膜除菌
在進行發酵培養基膜除菌前，使用高溫蒸汽(IO(TC )對陶瓷膜組件、 不鏽鋼管路、閥門及發酵罐進行50分鐘殺菌，冷卻至室溫後，啟動離心泵 進行發酵培養基料液的微濾。微濾操作條件0.1微米管式陶瓷膜，控制料 液溫度30。C，壓力0.18Mpa，穩定膜通量120 L/hm2以上。過濾後的發酵培 養基(無菌透過液)被輸送至發酵罐中。
d、 臭氧殺菌
使用200w的臭氧發生機對500毫升去離子水進行曝氣30分鐘，獲得 濃度為16.8 ppm的臭氧水。通過輸液管將臭氧水加入到微濾後的山梨糖發 酵培養基中，使臭氧的濃度達到2.0ppm，殺菌10分鐘。
具體實施過程
本發明採用管式陶瓷膜，其膜孔徑為0.1微米，膜面積為O.lm2。搡作 壓力0.1-0.28Mpa,流速1200 ~ 5000L/h。在進行培養基膜除菌前，使用由 蒸汽發生器產生的高溫蒸汽(IOO'C)對陶瓷膜組件、不鏽鋼管路、閥門及 發酵罐進行35分鐘殺菌，冷卻至室溫後啟動膜設備進行培養基料液的微濾。 預過濾後的山梨糖發酵培養基輸送到料罐中，在離心泵的作用下，流經熱交 換器進入陶瓷膜組件。溶於水的小分子培養基成分透過膜，而其中的細菌等 微生物不能穿過膜而被截留下來。透過陶瓷膜的培養基以無菌狀態進入發酵 罐，截留液經管道返回到料罐中。由於培養基的料液在長時間循環運轉過程 會產生熱量而使料液溫度升高至60。C以上，根據料罐溫度計指示，開啟冷 卻水閥門使培養基料液的溫度保持在30。C左右。根據進口壓力計和出口壓 力計和流量計的指示，通過隔膜閥可調節膜組件的壓力和料液通過膜組件的 流速。
採用上述方法製備的山梨糖發酵培養基，經微生物學檢測，無微生物菌
8落產生即100%無菌；培養基的營養成分如生物素、胺基酸基本保持不變。
權利要求
1、山梨糖發酵培養基的微濾膜除菌方法，其特徵是，它包括以下步驟a、山梨糖發酵培養基的製備在100Kg水中，加入16～20Kg山梨醇，0.1～0.3Kg玉米漿、0.05～0.2Kg酵母膏，按照上述配比，培養基各種成分稱重後加入配料罐中，室溫下加水攪拌溶解，製得山梨糖發酵培養基；b、預過濾在1.08Kw離心泵的作用下，採用0.5微米的管式陶瓷膜以錯流的方式過濾山梨糖發酵培養基，除去其中不容性顆粒物質，穩定過濾膜通量1100～1286L/hm2，過濾後的山梨糖發酵培養基用泵將料液輸送至料罐；c、膜除菌在進行山梨糖發酵培養基膜除菌前，使用高溫蒸汽(100℃)對陶瓷膜組件、不鏽鋼管路、閥門及發酵罐進行35分鐘殺菌，冷卻至室溫後，啟動離心泵進行山梨糖發酵培養基料液的微濾，微濾操作條件0.1微米管式陶瓷膜，控制料液溫度30℃，壓力0.16～0.18Mpa，穩定膜通量120～160L/hm2。過濾後的山梨糖發酵培養基被輸送至發酵罐；d、臭氧殺菌使用200w的臭氧發生機對500毫升去離子水進行曝氣30分鐘，獲得濃度為16.8ppm的臭氧水，通過輸液管將臭氧水加入到微濾後的山梨糖發酵培養基中，使臭氧的濃度達到1.8～2.0ppm，殺菌10分鐘。
全文摘要
本發明屬於生物化工領域，特別涉及使用陶瓷微濾膜進行山梨糖發酵培養基的膜除菌方法。它包括培養基的製備、預過濾、膜除菌、臭氧殺菌幾個步驟。採用陶瓷微濾膜對山梨糖發酵培養基進行過濾，培養基中水溶性小分子如山梨醇、胺基酸可自由通過微濾膜，而細菌等微生物則不能通過，從而實現培養基的無菌。本發明以膜除菌完全代替傳統的高溫蒸汽殺菌，不僅能節約大量的熱能和冷卻水，同時最大限度地保持培養基的營養成分，提高發酵產品的產率，大大降低維生素C的生產成本。
文檔編號C12P19/02GK101525645SQ20091007411
公開日2009年9月9日 申請日期2009年4月10日 優先權日2009年4月10日
發明者桂 張, 趙國群 申請人:河北科技大學