CN101275154B - 一种微生物多糖威兰胶的生产方法 - Google Patents

Abstract

一种微生物多糖威兰胶的生产方法，属于生物工程技术领域。本发明以一株粪产碱杆菌为发酵菌种，使用食品工业中常用的蔗糖或葡萄糖作为微生物培养的碳源，以农业生产中常用的化肥作为氮源和无机盐，辅以酵母粉配制微生物生长的培养基，在30℃以1.0vvm、500r/min通风搅拌条件下好氧发酵，发酵过程中流加特殊配制的补料液以达到以下目的：(1)控制发酵液的渗透压处于低渗条件；(2)控制发酵液的pH处于4.0～7.0之间；(3)为微生物生长提供丰富的碳源和氮源等营养物质，经72小时得到威兰胶发酵液，在95℃～115℃下常压干燥得到威兰胶产品。威兰胶产品生产过程不使用有机溶剂，发酵液只经一步干燥即得到符合石油开采工业规格的威兰胶产品。

Description

一种微生物多糖威兰胶的生产方法 

技术领域

一种微生物多糖威兰胶的生产方法，属于生物工程技术领域。 

威兰胶(welan gum)通常由一种革兰氏阴性棒状的产碱杆菌经发酵生产得到，可用作优良的稳定剂、增稠剂、悬浮剂、凝胶剂等，主要应用于地质矿产和建筑等行业。其分子结构如下所示，主链由葡萄糖、葡萄糖醛酸和鼠李糖单元组成，比例为2∶1∶1，大约每隔4个单元有一个鼠李糖或甘露糖以α-(1，3)糖苷键分支连接在葡萄糖酸单元上，有85％的重复单元在β-(1，3)葡萄糖的2位碳上连有乙酰基。 

威兰胶的分子结构 

威兰胶作为一种优良的调剖剂，具有良好的增稠性、假塑性、热稳定性以及具有耐酸碱、抗盐水的能力。威兰胶在石油油藏中作为调剖剂可获得比较理想的渗透率降低系数，最显著的特征是在高温下(120～150℃)仍能保持高粘度和理想的剪切稀释效应，这一特征使威兰胶能有效地定位于油藏的高渗透区域，选择性形成高粘度凝胶而封堵高渗透率的低油区域，起到智能调节油藏渗透率剖面的作用，从而有利于驱油流体进入高含油率的低渗透区，有效提高三次采油的采出率。 

 威兰胶的生产方法一般为发酵法生产，经常规发酵方法得到的威兰胶需经过有机溶剂沉淀、离心或板框过滤和压榨后，再经干燥工艺得到威兰胶产品。所用的有机溶剂需经过精馏回收利用，但能耗很大，生产车间使用有机溶剂，在设计和生产过程中有防爆要求，增加了其投资成本和生产成本。本发明采用低渗发酵的思路，在生产过程中采用特殊配制的发酵培养基和补料培养基，精确控制微生物生长和生产威兰胶营养需求比例和需求量，控制好发酵的渗透压和最佳的pH条件，使微生物发酵结束时不残留多余的营养成分，物尽所用，因此所得发酵液经一步直接干燥即得符合石油开采工业规格的威兰胶产品。 

发明内容

本发明的目的是提供一种微生物多糖威兰胶的生产方法，生产过程中不采用有机溶剂，使生产过程简单，节约投资成本和生产成本，增加市场竞争优势。 

本发明的技术方案：一种微生物多糖威兰胶的生产方法，通过好氧培养一株产威兰胶的菌株产碱杆菌ATCC 31555，在通风发酵过程中流加特殊配制的补料培养基，使得(1)控制发酵液的渗透压处于低渗条件；(2)控制发酵液的pH处于4.0～7.0之间，并保持恒定；(3)为微生物生长提供丰富的碳源和氮源营养物质，经72小时得到威兰胶发酵液： 

菌株：产碱杆菌ATCC 31555(【食品科学】2007.Vol.28.No.09“新型微生物多糖-韦兰胶的流变特性影响因素研究”已公开，本申请人保证20年内向公众提供。) 

所用的种子培养基组分包括葡萄糖，硝酸铵，酵母粉，蛋白胨，KH₂PO₄，MgSO₄，种子培养基的pH为4～7，使用前经121℃灭菌20min； 

所用的发酵培养基组分包括葡萄糖、蔗糖、酵母粉、尿素、磷酸氢二钾、硫酸镁，发酵培养基的初始pH为4～7，使用前经121℃灭菌20min； 

所用的补料培养基组分包括葡萄糖、酵母粉、尿素和/或硝酸铵、氨水； 

种子制备：从固体斜面挑取一环新鲜培养的微生物菌种，接入种子培养基中，30℃培养过夜，得种子液； 

威兰胶发酵：将培养好的种子液按5％(v/v)的接种量接入发酵培养基中，在30℃，保持罐压0.01MPa，以1.0vvm、500r/min通风搅拌条件下好氧发酵，发酵过程中流加补料培养基，利用补料培养基控制发酵液的pH值，发酵过程中pH控制在4～7范围内；经72小时得威兰胶发酵液； 

所得的威兰胶发酵液在105℃条件下常压干燥，再经粉碎和筛分得到粉末状的威兰胶产品； 

菌体生长阶段的补料控制方法：微生物多糖发酵过程中，微生物生长对碳源和氮源的需求呈一定的比例关系，在利用生理性酸性的碳源时，发酵液的pH将会呈上长趋势，利用电脑控制的蠕动泵自动流加生理性碱性的氮源：尿素和/或硝酸盐，或本身就呈碱性的氮源氨水，控制发酵液的pH在4～7的范围，有利于微生物的生长； 

产威兰胶阶段的补料控制方法：产碱杆菌ATCC 31555在合成威兰胶的过程 中pH基本维持不变或呈略微上升趋势，根据菌体浓度及菌体消耗碳源的能力，按一定速率缓慢补入碳源，使发酵液中的残糖维持在1～5g/L范围内。 

所述的微生物多糖威兰胶的生产方法，优选的培养基组成为： 

所用的种子培养基为(g/L)：葡萄糖10，硝酸铵0.6，酵母粉2.5，蛋白胨5，KH₂PO₄ 0.5，MgSO₄ 0.1，pH4～7，121℃灭菌20min； 

所用发酵培养基(g/L)：葡萄糖10，蔗糖1，酵母粉1.0，尿素1，磷酸氢二钾0.5，MgSO₄ 0.1，pH4～7，121℃灭菌20min； 

所用的补料培养基(g/L)：葡萄糖400，酵母粉10，尿素40，及氨水12.5％(v/v)。 

威兰胶分析方法：发酵液80℃水浴20分钟，待冷却后加入2倍体积的95％乙醇，磁力搅拌器搅拌至有沉淀出现，4℃静止过夜后，8000r/min离心30分钟，弃掉上清液，得到威兰胶粗品，用无水乙醇冲洗两次沉淀物，95℃烘干至恒重，电子天平称重。 

本发明的有益效果：威兰胶生产菌株在低渗培养基中生长，发酵过程中流加恰好满足菌株生长和生产需要的补料培养基，整个发酵过程控制最佳的渗透压和pH条件，补入的营养物基本被微生物利用完全，仅残留的极少量营养物，发酵过程结束后的发酵液主要成分为威兰胶，仅含有少量菌体细胞和残留营养物，但杂质含量在石油开采工业用微生物多糖产品规格的范围之内。发酵液经105℃常压干燥后，即得威兰胶产品，经测定，威兰胶产品的纯度大于80％(w/w)，烘干损失小于10％(w/w)。生产过程中不采用常规的有机溶剂沉淀法，一方面减少了投资成本和生产成本，另一方面也促进了微生物多糖的绿色生产，减少了有机溶剂对环境的污染，将有助于提高微生物多糖产品的市场竞争力。 

具体实施方式

实施例1.微生物多糖威兰胶的生产 

菌株产碱杆菌ATCC 31555。 

所用的种子培养基为(g/L)：葡萄糖10，硝酸铵0.6，酵母粉2.5，蛋白胨5，KH₂PO₄ 0.5，MgSO₄ 0.1，pH6.8，121℃灭菌20min。 

所用发酵培养基(g/L)：葡萄糖10，蔗糖1，酵母粉1.0，尿素1，磷酸氢二钾0.5，MgSO₄ 0.1，pH6.0，121℃灭菌20min。 

所用的补料培养基(g/L)：葡萄糖400，酵母粉10，尿素40，及氨水12.5％(v/v)。 

在15L Biostat C10-3机械搅拌罐上进行发酵，接种量5％(v/v)，装液量为9L，发酵罐搅拌转速500r/min，通风强度为1.0vvm，保持罐压0.0 1MPa，发酵温度30℃，利用补料培养基控制发酵液的pH值，发酵过程中pH控制在4～7范围内。发酵72小时得威兰胶发酵液，测定威兰胶含量15g/L。 

所得的威兰胶发酵液在105℃条件下常压干燥，再经粉碎和筛分得到粉末状的威兰胶产品。 

Claims (1)

1.一种微生物多糖威兰胶的生产方法，其特征在于，

菌株：产碱杆菌ATCC 31555；

种子制备：从固体斜面挑取一环新鲜培养的微生物菌种，接入种子培养基中，30℃培养过夜，得种子液；

威兰胶发酵：将培养好的种子液按5％(v/v)的接种量接入发酵培养基中，在30℃，保持罐压0.01MPa，以1.0vvm、500r/min通风搅拌条件下好氧发酵，发酵过程中流加补料培养基，利用补料培养基控制发酵液的pH值，发酵过程中pH控制在4～7范围内；经72小时得威兰胶发酵液；

所得的威兰胶发酵液在105℃条件下常压干燥，再经粉碎和筛分得到粉末状的威兰胶产品；

所用的种子培养基为(g/L)：葡萄糖10，硝酸铵0.6，酵母粉2.5，蛋白胨5，KH₂PO₄ 0.5，MgSO₄ 0.1，pH 4～7，121℃灭菌20min；

所用发酵培养基(g/L)：葡萄糖10，蔗糖1，酵母粉1.0，尿素1，磷酸氢二钾0.5，MgSO₄ 0.1，pH 4～7，121℃灭菌20min；

所用的补料培养基(g/L)：葡萄糖400，酵母粉10，尿素40，及氨水12.5％(v/v)。