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【科研进展】膜技术助推长链二元酸产业技术升级

[作者:生化工程与装备研究部   来源: 本站原创   发布时间:2018-06-04   ]

        十二碳二元酸(DC12)是一种用途极为广泛的精细化工原料,可采用化学法和生物法合成,生物法合成DC12由于其反应条件温和且生产成本低,越来越受到科研界及企业的关注,但其也存在生产强度低、产物提取困难及环保压力大的问题。

        目前,生物法合成DC12主要是利用微生物对底物正十二烷双端甲基的氧化能力,将正十二烷转化为DC12,生产效率较低,其中转化能力较高的微生物多为致病菌,如热带假丝酵母及维斯假丝酵母等。另外,生产过程废弃物(如废弃菌体及未反应的正十二烷)的排放不仅涉及原料成本问题,还会危害人体健康。针对此技术难题,中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室万印华研究员团队采用错流超滤膜组件回收维斯假丝酵母细胞及正十二烷,研究结果显示发酵液中的活细胞在适当的条件下有助于降低膜污染。此外,可利用废弃的维斯假丝酵母细胞作为氮源,其酸水解液在同样有机氮浓度下能够替代50%原料酵母膏,且对DC12的合成无影响。在优化条件下,可利用超滤膜原位分离产物DC12,细胞及未反应的正十二烷被超滤膜截留返回发酵体系,DC12 的最大生产强度较分批发酵提高了57.8%。采用该技术,不仅提高了DC12的生产强度,而且降低了DC12的生产成本,更重要的是减轻了DC12产业的环保压力。

        生物合成DC12的分离纯化可采用较为环保的水相结晶法,为了提高其产品纯度,首先需要脱除无细胞发酵液中的色素及杂蛋白,此时需要权衡产品回收率和色素及杂蛋白脱除率的问题。例如,采用传统吸附剂(如活性炭)脱除色素及蛋白时,色素及杂蛋白的脱除率较低,同时还会造成DC12的损失。为解决该技术难题,该团队开发了膜分离-活性炭吸附集成工艺,首先采用紧密型超滤膜去除发酵液中大分子蛋白质及色素,再利用活性炭处理超滤透过液,进一步去除其中的低分子色素及蛋白质。与单独膜分离或活性炭吸附工艺相比,该集成工艺的DC12回收率、色素脱除率和蛋白脱除率都得到大幅提高,并且大幅减少活性炭用量。

         综上所述,将膜技术与长链二元酸的发酵过程相结合,将有助于提高长链二元酸的生产强度,降低生产成本和环保压力,助推长链二元酸产业的技术升级。该研究得到国家863项目(No.2015AA021002)的支持,相关研究结果发表在BioresourceTechnology ( 260,9-15,2018)和Bioprocess and Biosystems Engineering(DOI: 10.1007/s00449-018-1955-7)上。

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