氣泡發(fā)酵工藝制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及使用微生物生產(chǎn)有價(jià)值的化合物的工業(yè)規(guī)模發(fā)酵工藝，其中總能量輸入的≥50％是通過注入含氧氣體來遞送的并且總能量輸入的≤50％是通過機(jī)械手段來遞送的。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及在工業(yè)規(guī)模上發(fā)酵生產(chǎn)有價(jià)值的化合物，其中總能量輸入的>50%是通過注入含氧氣體來遞送的。_2]
技術(shù)介紹
很多有價(jià)值的化合物是通過在大的工業(yè)規(guī)模的發(fā)酵罐中發(fā)酵生產(chǎn)來制造的，·在所述發(fā)酵罐中，可以是絲狀真菌(比如針對(duì)像β -內(nèi)酰胺的化合物是Penicilliumchrysogenum)的微生物在受控條件下生產(chǎn)有價(jià)值的化合物。為了在發(fā)酵液中獲得有價(jià)值的化合物的高生產(chǎn)力，需要高生物質(zhì)濃度。大多數(shù)發(fā)酵工藝以帶有攪拌和通氣的浸沒式發(fā)酵進(jìn)行。為了給微生物提供必要的氧氣，通氣是必要的，并且為了確保發(fā)酵液和氣泡的良好混合以實(shí)現(xiàn)從注入的空氣進(jìn)入發(fā)酵液的有效氧傳遞，攪拌是必要的。氧傳遞的效率由于發(fā)酵液的高粘度而被減小，所述發(fā)酵液的高粘度是由發(fā)酵液中的高生物質(zhì)濃度和/或由使用的微生物的形態(tài)學(xué)引起的。低效的混合導(dǎo)致具有降低的生物質(zhì)形成的降低的氧傳遞，和因此降低的有價(jià)值化合物生產(chǎn)。在大多數(shù)常見工藝中，特別是用于生產(chǎn)β_內(nèi)酰胺(比如青霉素G)的大多數(shù)常見工藝中，約30-40 %的能量輸入源自空氣注入并且大約60-70 %來自機(jī)械攪拌。攪拌和空氣注入都將大量的能量引入了發(fā)酵罐中，所述發(fā)酵罐增加由微生物生長產(chǎn)生的熱量并通常被迫(強(qiáng)迫)冷卻以將發(fā)酵工藝的溫度保持在期望值。在過去50年中，大量研究工作集中在改進(jìn)例如內(nèi)酰胺的發(fā)酵工藝，對(duì)青霉素 G 特別關(guān)注。1950-1984 年這段時(shí)期已被 G. J. M Hersbach, C. P van der Beek andP. ff. M van Dijk(The penicillins !properties, biosynthesis and fermentation.1n E. J Vandamme, Editor, Biotechnology of industrial antibiotics, Marcel Dekker,New York(1984),45 140)綜述過。通過增加攪動(dòng)功率和通氣速率，增加最大氧傳遞。這些措施的缺點(diǎn)是，引入了更多的能量，其還需要改進(jìn)的冷卻能力并因而增加了產(chǎn)物的成本費(fèi)用(Hersbach等人，95頁)。或者，可選擇給予較低粘度發(fā)酵液的菌株和/或發(fā)酵條件(Hersbach 等人,51 頁，第 4 段)。最近，Burlingame和 Verdoes (BioPharm Int. , 2006,19 (I), 1-5)分離了Chrysosporium Iucknowense的低粘度突變體,所述突變體顯示了特征為菌絲碎片的形態(tài)學(xué)和命名為“繁殖體”的分散單元(element)的形成。這些繁殖體的培養(yǎng)物展示了更低的粘度、更好的營養(yǎng)物和氧傳遞以及更高的蛋白生產(chǎn)。當(dāng)兩種菌株在類似條件下生長時(shí)，與親本菌株比較，低粘度突變體產(chǎn)生了約2倍的總蛋白產(chǎn)率。低粘度菌株允許進(jìn)一步改進(jìn)的培養(yǎng)條件，當(dāng)應(yīng)用所述條件時(shí)，其導(dǎo)致蛋白生產(chǎn)額外的3倍增加。還通過改變發(fā)酵罐中的進(jìn)料策略，已獲得了粘度降低。例如，Bhargava等人(Biotechnol. Bioeng.，2003，82，111-117)表明，在使用產(chǎn)生重組葡糖淀粉酶的Aspergillus oryzae菌株的發(fā)酵中，限制碳源的脈沖_進(jìn)料策略降低了粘度和平均菌絲體顆粒大小。伴隨這些改變，由這些菌株的葡糖淀粉酶生產(chǎn)量得以增加。已發(fā)現(xiàn)在發(fā)酵工藝中使用固定化細(xì)胞時(shí)高粘度的另一解決方案。現(xiàn)有技術(shù)中有很多公開，其中已在搖瓶、小規(guī)模實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵罐、鼓泡塔和氣升罐中用固定化細(xì)胞進(jìn)行發(fā)酵，見 B. Konig 等人(Biotechnol. Bioeng.，1982, 24 (2)，259-280)、Gbewonyo 等人(Biotechnol. Bioeng.，1983,25 (12)，2873-2887)、Al-Qodah Zakaria(App1. Biochem.Biotechnol.，2000，87 (I)，37-55)、M. Gavrilescu 等人(Acta Biotechnologica, 1998,18 (3)，201-229)、ff. Zhou 等人(J. Biotechnol.，1993，28 (2-3)，165-177)、Punita Mishra等人(World J. Microbiol. Biotechnol. , 2005, 21 (4), 525-530) > P. Srivastava 等人(Process Biochem. , 1999, 34 (4), 329)、M. Kawagoe 等人(J. Ferm. Bioeng. , 1997,84 (4)，333-336)和 M. Kawagoe 等人(J. of Bioscience and Bioeng. , 1999,87 (I), 116-118)。例如 Gbewonyo 等人(Biotechnol. Bioeng.，1983, 25 (12)，2873-2887)表明了，通過固定化Penicillium chrysogenum并將菌絲體生長限于微珠粒,較之自由懸浮的菌絲體結(jié)構(gòu)，在3升鼓泡塔中的青霉素生產(chǎn)量被改進(jìn)了許多。作者已建議當(dāng)細(xì)胞以球狀球團(tuán)的形式生長時(shí)，培養(yǎng)發(fā)酵液保留較小的粘性并能保持更好的氣液 質(zhì)量傳遞性質(zhì)。但是，使用固定化細(xì)胞的缺點(diǎn)是細(xì)胞生長減少。結(jié)果，發(fā)酵液中的產(chǎn)物水平也非常低。在Gbewonyo等人的具體的例子中，每升發(fā)酵液僅獲得5. 5g的青霉素G。盡管該值比在鼓泡塔中的用懸浮細(xì)胞的對(duì)照實(shí)驗(yàn)高出10倍，但其比在攪拌且通氣的發(fā)酵罐中的青霉素G的工業(yè)生產(chǎn)期間獲得的水平(> 25g/l)低得多。而且，為技術(shù)人員所熟知的是，在小規(guī)模發(fā)酵罐中獲得的生產(chǎn)力通常不完全代表在較大規(guī)模下獲得的那些生產(chǎn)力，特別是當(dāng)有某一程度的粘度時(shí)。例如，大規(guī)模的混合時(shí)間通常比小規(guī)模的混合時(shí)間長得多，其可導(dǎo)致限制生產(chǎn)力的營養(yǎng)物的濃度中的梯度的存在。當(dāng)應(yīng)用至大規(guī)模的發(fā)酵，比如10m3規(guī)模或更大規(guī)模的發(fā)酵時(shí)，在小規(guī)模上論證的現(xiàn)有技術(shù)中提出的建議因而不是必然成功的。現(xiàn)有技術(shù)從未公開也沒有建議通常在攪拌的通氣的發(fā)酵罐中進(jìn)行的有價(jià)值化合物的工業(yè)規(guī)模粘性發(fā)酵工藝可在鼓泡塔中以高生物質(zhì)濃度有利地進(jìn)行。專利技術(shù)詳述在第一方面中，本專利技術(shù)提供了生產(chǎn)化合物的工藝，所述工藝使用能產(chǎn)生所述化合物的藻類、細(xì)菌或真菌，其中反應(yīng)培養(yǎng)基的體積從IOm3至5000m3并且反應(yīng)培養(yǎng)基的粘度從10厘泊至200厘泊，所述工藝的特征在于總能量輸入的> 50%是通過注入含氧氣體來遞送的并且總能量輸入的< 50%是通過機(jī)械手段來遞送的。優(yōu)選地，總能量輸入的> 75%并且更優(yōu)選地> 95%是通過注入含氧氣體來遞送的并且總能量輸入的< 50%、優(yōu)選地< 25%、更優(yōu)選地< 5%是通過機(jī)械手段來遞送的。在最優(yōu)選的實(shí)施方式中，100%的總能量輸入是通過注入含氧氣體來遞送的并且沒有能量輸入是通過機(jī)械手段來遞送的。該實(shí)施方式包括鼓泡塔，所述鼓泡塔特征在于通過注入含氧氣體來實(shí)現(xiàn)發(fā)酵罐的內(nèi)含物的混合。本專利技術(shù)的優(yōu)勢是，通過注入含氧氣體來減少或替代用于能量輸入的機(jī)械手段，增加了在發(fā)酵工藝中的有價(jià)值的化合物對(duì)能量的產(chǎn)率(例如，被定義為在發(fā)酵工藝中每單位量的消耗的能本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2010.06.22 EP 10166818.41.生產(chǎn)化合物的工藝，所述工藝使用能產(chǎn)生所述化合物的藻類、細(xì)菌或真菌，其中反應(yīng)培養(yǎng)基的體積從IOm3至5000m3并且反應(yīng)培養(yǎng)基的粘度從10厘泊至200厘泊，所述工藝的特征在于總能量輸入的> 50%是通過注入含氧氣體來遞送的并且總能量輸入的< 50%是通過機(jī)械手段來遞送的。2.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其中所述總能量輸入的>75%是通過注入含氧氣體來遞送的并且所述總能量輸入的< 25 %是通過機(jī)械手段來遞送的。3.根據(jù)權(quán)利要...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：約瑟夫·約翰尼斯·瑪利亞·霍米斯特，沃特·阿德里安努斯·溫登·范，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中化帝斯曼制藥有限公司荷蘭公司，
類型：
國別省市：