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    一種利用序批式厭氧膜生物反應器生物合成四氫嘧啶的方法技術
    
                            
    技術編號：44161092 閱讀：21 留言：0更新日期：2025-01-29 10:32
    
                        
    
                        
    
                            
                            本發明專利技術公開了一種利用序批式厭氧膜生物反應器生物合成四氫嘧啶的方法，包括以下步驟；將酸性微量元素溶液，堿性微量元素溶液、KHCO<subgt;3</subgt;、KH<subgt;2</subgt;PO<subgt;4</subgt;、CaCl<subgt;2</subgt;、MgSO<subgt;4</subgt;·7H<subgt;2</subgt;O加入至去離子水中，配成無機培養基；向所述無機培養基中添加谷氨酸單鈉與氯化鈉，然后從序批式厭氧膜生物反應器頂部的進水口引入；在序批式厭氧膜生物反應器中接種適量鹽單胞菌群；取無機培養基，用NaOH調節pH至7.2?8.0；將調節后的無機培養基引入接種了鹽單胞菌群的序批式厭氧膜生物反應器中；最終合成四氫嘧啶。本發明專利技術顯著增加了鹽單胞菌種富集量，簡化了“細菌擠奶”法的操作流程，有效提升了四氫嘧啶的合成效率。
    
                            
                            
    


    
                            

                            
    【技術實現步驟摘要】
    
                                
    本專利技術涉及微生物應用，具體涉及一種利用序批式厭氧膜生物反應器生物合成四氫嘧啶的方法。

    技術介紹
    1、四氫嘧啶，又稱甲基嘧啶羧酸，最初是在嗜鹽菌和耐鹽微生物體內發現的一種相容性溶質。四氫嘧啶不僅可以調節微生物與外界環境的滲透壓，而且有助于穩定細胞內的酶、dna、細胞質膜乃至整個細胞。四氫嘧啶在微生物適應高鹽環境中起重要作用。除了作為滲透壓保護劑，四氫嘧啶也可作為生物穩定劑、皮膚保護劑；其在生物醫學領域也有廣泛的應用，如阿爾茲海默癥、過敏性鼻炎和結膜炎、肺部感染、消化道炎癥、皮膚創傷等。在新型化妝品研發領域，四氫嘧啶能夠保護和穩定細胞膜免受表面活性劑的傷害，同樣也能作為效果更勝于甘油的保濕劑防止人的皮膚發生脫水，還能夠提高皮膚的再生能力。
    2、目前的四氫嘧啶生產主要采用嗜鹽的halomonas和chromohalobacter屬細菌。四氫嘧啶的生物制備工藝有“細菌擠奶”法、分批發酵法、分批補料發酵法等,“細菌擠奶”法巧妙地利用了嗜鹽菌在高鹽條件合成四氫嘧啶、低鹽條件下釋放四氫嘧啶的特點，成功地應用于四氫嘧啶的生產。
    3、綜上所述，現有技術存在的缺陷是，在“細菌擠奶”生產工藝中，高滲低滲的反復沖擊存在操作繁瑣、四氫嘧啶的合成效率低下等問題。

    技術實現思路
    1、為了克服以上技術問題，本專利技術的目的在于提供一種利用序批式厭氧膜生物反應器生物合成四氫嘧啶的方法，該方法顯著增加了鹽單胞菌種富集量，簡化了“細菌擠奶”法的操作流程，有效提升了四氫嘧啶的合成效率。
    2、為了實現上述目的，本專利技術采用的技術方案是：
    3、一種利用序批式厭氧膜生物反應器生物合成四氫嘧啶的方法，包括以下步驟；步驟(1)：制備無機培養基
    4、將酸性微量元素溶液，堿性微量元素溶液、khco3、kh2po4、cacl2、mgso4·7h2o加入至去離子水中，配成無機培養基；
    5、(2)初始接種源富集
    6、向所述無機培養基中添加谷氨酸單鈉與氯化鈉，然后從序批式厭氧膜生物反應器頂部的進水口引入；
    7、在序批式厭氧膜生物反應器中接種適量鹽單胞菌群；
    8、(3)反應階段
    9、a、取步驟(1)中制備的無機培養基，用naoh調節ph至7.2-8.0；
    10、b、將步驟a中調節后的無機培養基引入接種了鹽單胞菌群的序批式厭氧膜生物反應器中，內部循環富集鹽單胞菌群：控制反應器連續運行過程中的溫度為中溫，定期監測反應器內溶解氧；
    11、c、反應器內部循環穩定且監測od600值維持在恒定數值后，鹽單胞菌的生長由對數生長期進入穩定期，微生物種群密度穩定保持在較高水平；此時序批式厭氧膜生物反應器中富集了足量鹽單胞菌群；最終合成四氫嘧啶。
    12、所述步驟(1)中，配置0.5ml酸性微量元素溶液，酸性微量元素溶液中，fe2+:cu2+：mn2+比例為22：6：5；
    13、配置0.2ml堿性微量元素溶液、1.0g?khco3、0.05g?kh2po4、0.226gcacl2,0.2gmgso4?7h2o；其中，堿性微量元素溶液為na2moo4·2h2o；
    14、將以上溶液加入至1升去離子水中，配成無機培養基。
    15、所述步驟(2)中，所述谷氨酸單鈉濃度為5～40g/l,所述氯化鈉濃度為50～200g/l。
    16、鹽單胞菌群獲取方式是：活化鹽單胞菌種凍干粉，以胰蛋白胨為其氮源，在5％鹽濃度的搖瓶培養基中采用中溫富集培養，定期監測搖瓶培養基內od600值達到穩定期之后，接種到序批式厭氧膜生物反應器中直至運行穩定，即獲得菌種含量穩定的鹽單胞菌群；
    17、該鹽單胞菌群中含有按屬水平優勢物種相對豐度計算的下述菌種：鹽單胞菌屬在80％以上，余量是非富集對象的雜菌；內部循環7～14天供生物菌群附著在工業膜表面。
    18、所述搖瓶培養基中34℃恒溫富集培養7天，測定搖瓶培養基內od600為1.0-1.2。
    19、所述反應階段(3)的步驟b中，鹽單胞菌群與無機培養基之間的比例關系為體積比1：10。
    20、所述反應階段(3)的步驟c中，在反應裝置中進行高鹽培養液與低鹽水溶液循環處理；每個循環的程序包括：進水、反應、沉淀和出水；一個運行周期為6d，前48h向反應器中通入高鹽(20％)培養液進行高滲沖擊，膜截留生物菌群后排出全部高鹽培養液，通入低鹽(1％)水溶液低滲沖擊30min，膜截留生物菌群后排出全部低鹽水溶液，然后在高鹽(20％)培養液中再進行高滲沖擊24h，重復六次。
    21、所述序批式厭氧膜生物反應器的結構如下：
    22、反應器主體包括容量為2l的有機玻璃矩形反應器、橡膠軟管以及生物膜框，反應器上部進水口連接橡膠軟管，通過循環蠕動泵2與進料槽1相連；反應器中部出水口連接內部工業膜4，通過循環蠕動泵5連接出水槽6；內部循環方向是反應器中部出水口與反應器上部進水口通過橡膠軟管相連；考慮到鹽單胞菌群的好氧特性，反應器上部設置通氣口7一個。
    23、進一步的，考慮到必須在高鹽培養液完全排出后將低鹽水溶液引入反應器中，將反應器工業膜4向下調整至膜室底部，以確保低鹽水溶液能夠完全替換原有的高鹽培養液；
    24、所述反應器內部設置膜室，工業膜4放置在膜室中，工業膜4采用pvdf(聚偏氟乙烯)膜。
    25、本專利技術的有益效果：
    26、本專利技術采用的新型序批式厭氧膜生物反應器顯著增加了鹽單胞菌種富集量，簡化了“細菌擠奶”法的操作流程，有效提升了四氫嘧啶的合成效率。
    27、具體而言，通過聚偏氟乙烯(polyvinylidene?fluoride,pvdf)工業膜將鹽單胞菌與培養基進行有效分離，使鹽單胞菌群附著截留在工業膜表面。這一過程確保了微生物與培養基的物理隔離，且為鹽單胞菌提供了一個穩定的附著基質，有利于鹽單胞菌的生長和代謝活動，進一步地，高滲和低滲沖擊的方法具有能夠重復利用的優勢，從而提高了菌體的利用率。這一專利技術為四氫嘧啶的生物合成提供了一種新的策略，且為微生物在工業應用中的潛力開發提供了新的視角，通過進一步優化傳統厭氧膜生物反應器內部結構，預期能夠實現更高效、更穩定的四氫嘧啶生產過程。
    28、附圖說明
    29、圖1為新型序批式厭氧膜生物反應器應用的裝置結構示意圖。
    30、圖2為高低滲沖擊后鹽單胞菌胞內四氫嘧啶含量示意圖。
    本文檔來自技高網    ...
                            
    
                            
    【技術保護點】
    
                                
    1.一種利用序批式厭氧膜生物反應器生物合成四氫嘧啶的方法，其特征在于，包括以下步驟；
    2.根據權利要求1所述的一種利用序批式厭氧膜生物反應器生物合成四氫嘧啶的方法，其特征在于，所述步驟(1)中，配置0.5mL酸性微量元素溶液，酸性微量元素溶液中，Fe2+:Cu2+：Mn2+比例為22：6：5；
    3.根據權利要求1所述的一種利用序批式厭氧膜生物反應器生物合成四氫嘧啶的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，所述谷氨酸單鈉濃度為5～40g/L,所述氯化鈉濃度為50～200g/L。
    4.根據權利要求3所述的一種利用序批式厭氧膜生物反應器生物合成四氫嘧啶的方法，其特征在于，鹽單胞菌群獲取方式是：活化鹽單胞菌種凍干粉，以胰蛋白胨為其氮源，在5％鹽濃度的搖瓶培養基中采用中溫富集培養，定期監測搖瓶培養基內OD600值達到穩定期之后，接種到序批式厭氧膜生物反應器中直至運行穩定，即獲得菌種含量穩定的鹽單胞菌群；
    5.根據權利要求3所述的一種利用序批式厭氧膜生物反應器生物合成四氫嘧啶的方法，其特征在于，所述搖瓶培養基中34℃恒溫富集培養7天，測定搖瓶培養基內OD600為1.0-1.2。
    6.根據權利要求1所述的一種利用序批式厭氧膜生物反應器生物合成四氫嘧啶的方法，其特征在于，所述反應階段(3)的步驟B中，鹽單胞菌群與無機培養基之間的體積比關系為1：10。
    7.根據權利要求1所述的一種利用序批式厭氧膜生物反應器生物合成四氫嘧啶的方法，其特征在于，所述反應階段(3)的步驟C中，在反應器中進行高鹽培養液與低鹽水溶液循環處理；每個循環的程序包括：進水、反應、沉淀和出水；一個運行周期為6d，前48h向反應器中通入高鹽(20％)培養液進行高滲沖擊，工業膜(4)截留生物菌群后排出全部高鹽培養液，通入低鹽(1％)水溶液低滲沖擊30min，膜截留生物菌群后排出全部低鹽水溶液，然后在高鹽(20％)培養液中再進行高滲沖擊24h，重復六次。
    8.根據權利要求1所述的一種利用序批式厭氧膜生物反應器生物合成四氫嘧啶的方法，其特征在于，所述序批式厭氧膜生物反應器的結構如下：
    9.根據權利要求8所述的一種利用序批式厭氧膜生物反應器生物合成四氫嘧啶的方法，其特征在于，將反應器工業膜(4)向下調整至膜室底部，以確保低鹽水溶液能夠完全替換原有的高鹽培養液。
    10.根據權利要求8所述的一種利用序批式厭氧膜生物反應器生物合成四氫嘧啶的方法，其特征在于，所述反應器內部設置膜室，工業膜(4)放置在膜室中，工業膜(4)采用PVDF(聚偏氟乙烯)膜。
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    【技術特征摘要】
    
                                
    1.一種利用序批式厭氧膜生物反應器生物合成四氫嘧啶的方法，其特征在于，包括以下步驟；
    2.根據權利要求1所述的一種利用序批式厭氧膜生物反應器生物合成四氫嘧啶的方法，其特征在于，所述步驟(1)中，配置0.5ml酸性微量元素溶液，酸性微量元素溶液中，fe2+:cu2+：mn2+比例為22：6：5；
    3.根據權利要求1所述的一種利用序批式厭氧膜生物反應器生物合成四氫嘧啶的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，所述谷氨酸單鈉濃度為5～40g/l,所述氯化鈉濃度為50～200g/l。
    4.根據權利要求3所述的一種利用序批式厭氧膜生物反應器生物合成四氫嘧啶的方法，其特征在于，鹽單胞菌群獲取方式是：活化鹽單胞菌種凍干粉，以胰蛋白胨為其氮源，在5％鹽濃度的搖瓶培養基中采用中溫富集培養，定期監測搖瓶培養基內od600值達到穩定期之后，接種到序批式厭氧膜生物反應器中直至運行穩定，即獲得菌種含量穩定的鹽單胞菌群；
    5.根據權利要求3所述的一種利用序批式厭氧膜生物反應器生物合成四氫嘧啶的方法，其特征在于，所述搖瓶培養基中34℃恒溫富集培養7天，測定搖瓶培養基內od600為1.0-1.2。
    6.根據權利要求1所述的一種利用序批式厭氧膜生物反應器生物合成四氫嘧啶的方...
                            
    
                            
    【專利技術屬性】
    
                                技術研發人員：呂盤龍，胡鈺旸，陳榮，
    
        申請(專利權)人：西安建筑科技大學，
    
        類型：發明
    
        國別省市：
    
                            
    
                            
                        
    
                    
    
                    
                    
                     
                
    
                
                
    
                    
    
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