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用于高效生产生物的便携式设备和方法

阅读:1041发布:2020-05-31

专利汇可以提供用于高效生产生物的便携式设备和方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且提供了用于生产可用于石油和 天然气 工业、环境清理以及其他应用的基于 微 生物 的组合物的设备和方法。该设备和方法可以生产可扩展浸没式 酵母 培养物,用于接种更大规模的现场 发酵 系统。该设备可以包括安装在 支撑 框架 上的可旋转鼓轮和连接到鼓轮并使鼓轮旋转的 马 达。,下面是用于高效生产生物的便携式设备和方法专利的具体信息内容。

1.一种培养生物的方法,所述方法包括:
提供发酵设备,所述发酵设备包括:
支撑框架
安装在所述支撑框架上的可旋转鼓轮;和
连接到所述鼓轮的达,其中所述马达使得所述鼓轮旋转;
将微生物添加到所述发酵设备的鼓轮;以及
允许所述发酵设备运行,从而培养所述微生物。
2.根据权利要求1所述的方法,还包括将用于所述微生物的营养物添加到所述鼓轮。
3.根据权利要求2所述的方法,其中所述营养物包括源和氮源。
4.根据权利要求2-3中任一项所述的方法,其中所述营养物还包括蛋白质、脂肪和生长因子。
5.根据权利要求4所述的方法,其中所述生长因子包括维生素、pH调节剂、或两者。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法,其中所述发酵设备还包括在所述鼓轮的内表面上的多个隔板。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法,其中所述马达是电动马达达或气动马达。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法,其中所述发酵设备还包括与所述马达连接的电池
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法,其中所述马达在运行期间连接到外部电源。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法,其中所述发酵设备还包括位于所述框架的下部的多个轮。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法,其中所述发酵设备还包括用于调整所述鼓轮度的装置。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法,其中允许所述发酵设备运行的步骤包括允许所述发酵设备在所述鼓轮定位为使得鼓轮的旋转轴与地面之间的角度在5°到75°的范围内的情况下运行。
13.根据权利要求1-11中任一项所述的方法,其中允许所述发酵设备运行的步骤包括允许所述发酵设备在所述鼓轮定位为使得鼓轮的旋转轴与地面之间的角度在10°到60°的范围内的情况下运行。
14.根据权利要求6-13中任一项所述的方法,其中所述隔板布置成使得其平行于所述鼓轮的旋转轴。
15.根据权利要求6-13中任一项所述的方法,其中所述隔板布置成使得其垂直于所述鼓轮的旋转轴。
16.根据权利要求1-15中任一项所述的方法,其中允许所述发酵设备运行的步骤包括允许所述发酵设备连续运行至少一天的时间段。
17.根据权利要求1-16中任一项所述的方法,其中所述鼓轮的形状是圆柱体或经修改的圆柱体。
18.根据权利要求1-17中任一项所述的方法,其中所述鼓轮的容积在10升至1500升的范围内。
19.根据权利要求1-17中任一项所述的方法,其中所述鼓轮的容积在50升至500升的范围内。
20.根据权利要求1-17中任一项所述的方法,其中所述鼓轮的容积在100升至200升的范围内。
21.根据权利要求1-20中任一项所述的方法,其中所述发酵设备还包括用于测量所述鼓轮内温度的温度传感器和用于测量所述鼓轮内pH的pH传感器。
22.根据权利要求21所述的方法,其中所述发酵设备还包括用于控制所述鼓轮内温度的温度控制器和用于控制所述鼓轮内pH的pH控制器。
23.根据权利要求1-22中任一项所述的方法,其中所述发酵设备还包括:用于测量所述鼓轮内溶解的氧传感器;用于测量所述鼓轮内搅动的搅动传感器;用于测量所述鼓轮内发泡的发泡传感器;用于测量所述鼓轮内的微生物培养物纯度的微生物培养物传感器;用于测量所述鼓轮内期望代谢物产量的代谢物传感器;或它们的组合。
24.根据权利要求23所述的方法,其中所述发酵设备还包括:用于控制所述鼓轮内溶解氧的氧控制器;用于控制所述鼓轮内搅动的搅动控制器;用于控制所述鼓轮内发泡的发泡控制器;用于控制所述鼓轮内的微生物培养物纯度的微生物培养物控制器;用于控制所述鼓轮内期望代谢物产量的代谢物控制器;或它们的组合。
25.根据权利要求1-24中任一项所述的方法,其中所述发酵设备还包括用于就地对所述鼓轮进行灭菌的灭菌单元。
26.根据权利要求25所述的方法,其中所述灭菌单元利用蒸汽对所述鼓轮进行灭菌。
27.根据权利要求1-26中任一项所述的方法,还包括:
在将所述微生物添加到所述鼓轮之前,就地对所述鼓轮进行灭菌。
28.根据权利要求27所述的方法,其中所述鼓轮的灭菌包括使用:蒸汽;过滤空气;加热;灭菌剂;或它们的组合。
29.根据权利要求27所述的方法,其中所述鼓轮的灭菌包括用过氧化氢作为灭菌剂进行清洗。
30.根据权利要求1-29中任一项所述的方法,其中所述微生物生产抗菌代谢物或副产物,使得所述发酵设备自灭菌。
31.根据权利要求1-30中任一项所述的方法,其中允许所述发酵设备运行的步骤包括允许所述发酵设备在25℃至50℃的温度范围内运行。
32.根据权利要求1-31中任一项所述的方法,其中允许所述发酵设备运行的步骤包括允许所述发酵设备在2至10的pH范围内运行。
33.根据权利要求1-31中任一项所述的方法,其中允许所述发酵设备运行的步骤包括允许所述发酵设备在3至5的pH范围内运行。
34.根据权利要求1-33中任一项所述的方法,其中允许所述发酵设备运行的步骤包括首先允许所述发酵设备以在4.0至4.5范围内的第一pH运行,而后允许所述发酵设备以在
3.2至3.5范围内的第二pH运行。
35.根据权利要求1-34中任一项所述的方法,其中允许所述发酵设备运行的步骤包括允许所述发酵设备以高于10%饱和度的鼓轮中的溶解氧浓度运行。
36.根据权利要求1-34中任一项所述的方法,其中允许所述发酵设备运行的步骤包括允许所述发酵设备以高于25%饱和度的鼓轮中的溶解氧浓度运行。
37.根据权利要求1-36中任一项所述的方法,其还包括将抗菌物质添加到所述鼓轮。
38.根据权利要求37所述的方法,其中所述抗菌剂链霉素、土霉素、槐糖脂或鼠李糖脂。
39.根据权利要求1-38中任一项所述的方法,其中所述微生物是细菌或真菌
40.根据权利要求1-39中任一项所述的方法,其中所述微生物为细菌,并且所述细菌为大肠杆菌、根瘤菌、慢生根瘤菌、芽孢杆菌、定氮菌、节杆菌、假单胞菌、固氮螺菌、氮单胞菌、德克斯氏菌、拜叶林克氏菌、奴卡菌、克留氏菌、棍状杆菌、氰细菌、泛菌、鞘醇单胞菌、链霉菌、链轮丝菌、劳尔氏菌、红螺菌、黄单胞菌、欧文菌或芽胞梭菌。
41.根据权利要求1-39中任一项所述的方法,其中所述微生物是真菌,并且所述真菌是球拟酵母、菌根、被孢霉、须霉、布拉氏霉、破囊壶菌、青霉菌、腐霉菌、肯虫霉、出芽短梗霉、镰孢菌、黑曲霉菌、木霉菌、酒曲菌属的某些种、内生真菌、酵母菌、德巴利酵母、伊萨酵母、克鲁维酵母菌属或毕赤酵母属的某些种。
42.根据权利要求1-39中任一项所述的方法,其中所述微生物是酵母,并且所述酵母是球拟酵母进化枝菌株。
43.根据权利要求1-39中任一项所述的方法,其中所述微生物是菌根真菌或球拟酵母真菌。
44.根据权利要求1-39中任一项所述的方法,其中将多种微生物添加到所述鼓轮中,并且每种微生物是细菌或真菌。
45.根据权利要求44所述的方法,其中所述微生物包括大肠杆菌、根瘤菌、慢生根瘤菌、芽孢杆菌、定氮菌、节杆菌、假单胞菌、固氮螺菌、氮单胞菌、德克斯氏菌、拜叶林克氏菌、奴卡菌、克留氏菌属、棍状杆菌、氰细菌、泛菌属、鞘氨醇单胞菌属、链霉菌属、链轮丝菌、劳尔氏菌、红螺菌、黄单胞菌属、欧文菌属、芽胞梭菌属或它们的组合。
46.根据权利要求44-45中任一项所述的方法,其中所述微生物包括球拟酵母、菌根、被孢霉、须霉属、布拉氏霉、破囊壶菌、青霉菌、腐霉菌、肯虫霉、出芽短梗霉、镰孢菌、黑曲霉菌、木霉菌、酒曲菌属的某些种、内生真菌、酵母菌、德巴利酵母、伊萨酵母、克鲁维酵母菌属、毕赤酵母属的某些种或它们的组合。
47.根据权利要求44-46中任一项所述的方法,其中所述微生物包括球拟酵母进化枝菌株的酵母。
48.根据权利要求44-45中任一项所述的方法,其中所述微生物包括菌根真菌、球拟酵母真菌或它们的组合。
49.根据权利要求1-48中任一项所述的方法,其中所述培养的微生物是接种剂、生物杀虫剂、营养物源、修复剂、健康产品、生物表面活性剂或它们的组合。
50.根据权利要求1-48中任一项所述的方法,其中所述培养的微生物是适合于现场应用的接种体。
51.根据权利要求50所述的方法,其中所述接种体适合于在没有进一步的稳定化、保存或储存的情况下使用。
52.根据权利要求1-51中任一项所述的方法,其中允许所述发酵设备运行的步骤包括允许所述发酵设备以在40%至60%范围的分含量运行。
53.根据权利要求1-51中任一项所述的方法,其中所述培养的微生物包括微生物在其中生长的液体培养基。
54.一种组合物,其包括通过根据权利要求1-53中任一项所述的方法培养的微生物和/或所述微生物的至少一种微生物生长副产物。
55.一种用于培养微生物的发酵设备,所述发酵设备包括:
支撑框架;
安装在所述支撑框架上的可旋转鼓轮;
所述鼓轮的内表面上的多个隔板;
附着在所述支撑框架的下部的至少一个轮;和
连接到所述鼓轮的马达,其中所述马达使得所述鼓轮旋转。
56.根据权利要求55所述的设备,其中所述马达是电动马达或气动马达。
57.根据权利要求55-56中任一项所述的设备,还包括连接到所述马达的电池。
58.根据权利要求55-57中任一项所述的设备,其中所述马达被配置为在运行期间连接到外部电源。
59.根据权利要求55-58中任一项所述的设备,包括在所述框架的底部的多个轮。
60.根据权利要求55-59中任一项所述的设备,其还包括用于调节所述鼓轮的角度的装置。
61.根据权利要求55-60中任一项所述的设备,其中所述发酵设备配置为在所述鼓轮定位为使得鼓轮的旋转轴与地面之间的角度在5°至75°的范围内的情况下运行。
62.根据权利要求55-61中任一项所述的设备,其中所述隔板设置为使得它们平行于所述鼓轮的旋转轴线。
63.根据权利要求55-61中任一项所述的设备,其中所述隔板设置为使得它们垂直于所述鼓轮的旋转轴线。
64.根据权利要求55-63中任一项所述的设备,其中所述发酵设备配置为连续运行至少一天的时间段。
65.根据权利要求55-64中任一项所述的设备,其中所述鼓轮的形状是圆柱体或经修改的圆柱体。
66.根据权利要求55-65中任一项所述的设备,其中所述鼓轮的容积在10升至1,500升的范围内。
67.根据权利要求55-65中任一项所述的设备,其中所述鼓轮的容积在50升至500升的范围内。
68.根据权利要求55-65中任一项所述的设备,其中所述鼓轮的容积在100升至200升的范围内。
69.根据权利要求55-68中任一项所述的设备,还包括用于测量所述鼓轮内温度的温度传感器和用于测量所述鼓轮内的pH的pH传感器。
70.根据权利要求69所述的设备,还包括用于控制所述鼓轮内温度的温度控制器和用于控制所述鼓轮内的pH的pH控制器。
71.根据权利要求55-70中任一项所述的设备,其中所述发酵设备还包括:用于测量所述鼓轮内的溶解氧的氧传感器;用于测量所述鼓轮内搅动的搅动传感器;用于测量所述鼓轮内发泡的发泡传感器;用于测量所述鼓轮内的微生物培养物纯度的微生物培养物传感器;用于测量所述鼓轮内期望代谢物产品的代谢物传感器;或它们的组合。
72.根据权利要求71所述的设备,其中所述发酵设备还包括:用于控制所述鼓轮内的溶解氧的氧控制器;用于控制所述鼓轮内搅动的搅动控制器;用于控制所述鼓轮内发泡的发泡控制器;用于控制所述鼓轮内的微生物培养物纯度的微生物培养物控制器;用于控制所述鼓轮内期望代谢物产品的代谢物控制器;或它们的组合。
73.根据权利要求55-72中任一项所述的设备,还包括用于对所述鼓轮就地灭菌的灭菌单元。
74.根据权利要求73所述的设备,其中所述灭菌单元利用蒸汽对所述鼓轮灭菌。
75.根据权利要求73所述的设备,其中所述灭菌单元利用:蒸汽;过滤空气;加热;灭菌剂;或它们的组合。
76.根据权利要求55-75中任一项所述的设备,其中所述发酵设备配置为接受生产抗菌代谢物或副产物的微生物,使得所述发酵设备自灭菌。
77.根据权利要求55-76中任一项所述的设备,其中所述发酵设备配置为在25℃至50℃的温度范围内运行。
78.根据权利要求55-77中任一项所述的设备,其中所述发酵设备配置为在2至10的pH范围内运行。
79.根据权利要求55-78中任一项所述的设备,其中所述发酵设备配置为接受一种微生物或多种微生物。
80.根据权利要求79所述的设备,其中所述微生物包括大肠杆菌、根瘤菌、慢生根瘤菌、芽孢杆菌、定氮菌、节杆菌、假单胞菌、固氮螺菌、氮单胞菌、德克斯氏菌、拜叶林克氏菌、奴卡菌、克留氏菌属、棍状杆菌、氰细菌、泛菌属、鞘氨醇单胞菌属、链霉菌属、链轮丝菌、劳尔氏菌、红螺菌、黄单胞菌属、欧文菌属、芽胞梭菌属或它们的组合。
81.根据权利要求79-80中任一项所述的设备,其中所述微生物包括球拟酵母、菌根、被孢霉、须霉属、布拉氏霉、破囊壶菌、青霉菌、腐霉菌、肯虫霉、出芽短梗霉、镰孢菌、黑曲霉菌、木霉菌、酒曲菌属的某些种、内生真菌、酵母菌、德巴利酵母、伊萨酵母、克鲁维酵母菌属、毕赤酵母属某些种或它们的组合。
82.根据权利要求79-81中任一项所述的设备,其中所述微生物包括球拟酵母进化枝菌株的酵母。
83.根据权利要求79-80中任一项所述的设备,其中所述微生物包括菌根真菌、球拟酵母真菌、或它们的组合。
84.根据权利要求55-83中任一项所述的设备,其中所述发酵设备配置为培养适合于现场应用的接种体的微生物。
85.根据权利要求84所述的设备,其中所述接种体适合于在没有进一步稳定化、保存或储存的情况下使用。
86.根据权利要求55-85中任一项所述的设备,其中所述发酵设备配置为以在40%至
60%的范围的水分含量运行。

说明书全文

用于高效生产生物的便携式设备和方法

[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2017年2月10日提交的美国临时申请序列号62/457,445的权益,该临时申请通过引用以包括任何图、表和附图的全文结合于此。

技术领域

[0003] 本发明涉及生产基于微生物的组合物的设备和方法,所述基于微生物的组合物可用于例如石油工业、农业、产养殖、采矿、废物处理生物修复

背景技术

[0004] 微生物诸如细菌、酵母真菌的培养对于各种有用的生物制剂的生产是重要的。微生物在例如食品工业、制药、农业、采矿、环境修复和废物管理的方面发挥着至关重要的作用。
[0005] 在广泛的行业中使用真菌存在巨大的潜。基于真菌的产品的商业化的限制因素是每个繁殖密度的成本,其中将真菌产品以足够的浓度施用于大规模操作以观察益处是特别昂贵和不可行的。
[0006] 微生物培养的两种主要形式为:浸没式培养和表面培养。使用任何一种方法都可以使细菌、酵母和真菌生长。两种培养方法都需要用于微生物生长的营养介质。营养介质可以是液体或固体形式,通常包括源、氮源、盐和适当的其他营养物和微量元素。使pH和气水平保持在适合给定微生物的值。
[0007] 农业和石油工业是两个行业,在两个行业中如果微生物可以更容易获得,并且优选是以更活性的形式,它们可以发挥非常有益的作用。
[0008] 当原油流经井时,原油中的物质通常聚集在生产线的表面上,导致流量减少甚至停止生产。利用各种不同的化学品和设备来抑制或预防和修复这个问题,但是需要更好的产品和方法,尤其是具有改进的有效性和降低的毒性的更环保的方法。
[0009] 为了提高产量并保护农作物免受病原体、害虫疾病的侵害,农民严重依赖合成化学品和化学肥料的使用;但是,当过度使用或施用不当时,这些物质会流入地表水、渗入地下水,并且蒸发到空气中。即使使用得当,某些化学肥料和杀虫剂的过度依赖和长期使用也会有害地改变土壤生态系统,降低抗逆性,增加害虫抗性,并阻碍植物和动物的生长和活力。
[0010] 虽然目前大规模消除化学品是不可行的,但农民越来越多地将使用生物措施作为综合营养物管理和综合病虫害管理项目的可行组成部分。例如,近年来,对线虫进行生物防治引起极大的关注。该方法利用生物制剂诸如活微生物,衍生自这些微生物的生物产品及其组合作为杀虫剂。这些生物杀虫剂具有优于其他传统杀虫剂的重要优点。例如,与传统的化学杀虫剂相比,它们的危害较小。它们更高效且更具体。它们经常快速生物降解,使得环境污染减少。
[0011] 生物杀虫剂和其他生物制剂的使用受到生产、运输、管理、定价和功效方面的困难的极大限制。例如,许多微生物难以按照充分有用的数量生长且随后部署用于农业和石油生产系统。由于工艺;配制;储存;在分配之前的稳定化;营养细胞的孢子作为稳定化的装置;运输和施用的原因所造成的生存性和/或活性的损失,使这个问题恶化。
[0012] 如果可获得用于大量生产微生物和微生物代谢物的更高效的培养方法,基于微生物的组合物可以帮助满足这些需求。

发明内容

[0013] 本发明提供了用于生产基于微生物的组合物的设备和方法,该基于微生物的组合物可用于石油和天然气工业、农业、生物修复、水产养殖和许多其他应用。具体地,本发明提供用于高效培养微生物和生产微生物生长副产物的方法和材料。本发明还提供用于这种培养和生产的设备。
[0014] 更具体地,本发明提供了可以以低成本使用和运输而无需特殊的训练或技能的发酵设备。在具体的实施方式中,该设备和方法用于培养酵母和真菌接种体,然后其可以用于较大的发酵系统。在某些实施方式中,该设备和方法用于球拟假丝酵母(Starmerella bombicola)的酵母接种体的生产。
[0015] 在一个实施方式中,本发明的设备包括由具有轮的框架支撑的旋转鼓轮。使用连接到电源的达(例如,电动马达)来实现鼓轮的旋转(例如,设备可以具有用于连接到外部电源的电池或电源线)。鼓轮还可以连接到通系统,例如包括空气通风系统。这用于向鼓轮内部的培养物表面提供空气,并且还可以用作调节内部温度的装置。
[0016] 隔板可以附着在鼓轮的内表面上,以帮助培养物的搅动和通风。当鼓轮旋转时,培养物在其中混合并通过环境空气以及通风系统提供的空气供氧。
[0017] 在优选的实施方式中,设备在整个培养过程中连续运行。取决于生产的微生物的特定种类,设备可以在生产足够容积的培养物所需的时间内运行。例如,混合设备可以连续运转1、2、3、4、5或更多天(或其任何部分)。
[0018] 有利地,设备可以有效地自灭菌。例如,混合设备中培养的微生物可以是生产抗菌代谢物或副产物诸如生物表面活性剂的菌株。因此,微生物培养物本身可以提供鼓轮内不需要的微生物的防治,同时提供所需微生物的培养。
[0019] 在优选的实施方式中,本发明提供简化生产并促进有用的基于微生物的组合物和产品的便携性的培养方法。该方法提供适用于接种大规模发酵系统的浸没式培养的微生物组合物。
[0020] 由本发明设备和方法生产的接种体可用于接种现存的发酵系统,用于现场生产大量基于微生物的组合物。在优选的实施方式中,本发明的设备和方法也可以现场使用,使得接种体培养物可以直接从设备转移到现场发酵系统。
[0021] 有利地,本发明降低了生产微生物及其代谢物的资金和劳动力成本。并且,本发明的培养方法减少或消除了在完成培养后浓缩或以其他方式处理微生物的需要。
[0022] 便携性可以显著节省成本,因为基于微生物的组合物的接种体可以在预期接种的地点处或附近生产。有利地,接种体可以根据需要使用当地来源的材料现场生产,从而减少运输和船运的物流障碍和成本。此外,通过缩放接种体而生产的最终产品可以包括在施用时的有生存力的微生物。
[0023] 由本发明生产的组合物可用于接种大规模发酵系统,以用于各种石油工业应用。这些应用包括但不限于提高原油采收率;降低油粘度;从杆、管道、衬管和泵中去除石蜡;石油设备腐蚀抑制或预防;压裂液;提取原油中H2S浓度的降低;以及罐、出油管和管线清洁。

附图说明

[0024] 图1显示根据本发明的实施方式的设备。

具体实施方式

[0025] 本发明提供了用于生产基于微生物的组合物的设备和方法,该基于微生物的组合物可用于石油和天然气工业、农业、生物修复、水产养殖和许多其他应用。具体地,本发明提供用于高效培养微生物和生产微生物生长副产物的方法和材料。本发明还提供用于这种培养和生产的设备。
[0026] 更具体地,本发明提供了可以以低成本使用和运输而无需特殊的训练或技能的发酵设备。
[0027] 在具体的实施方式中,该设备和方法用于生产酵母和真菌接种体。在某些实施方式中,该设备和方法用于球拟假丝酵母的酵母接种体的生产。
[0028] 在一个实施方式中,本发明的设备包括由框架支撑的旋转鼓轮。框架可以具有轮以便于移动,但这不是必需的。例如,设备可以在一侧包括两个轮而在另一侧没有轮,使得设备可以倾斜以便使用轮运输和放下以保持在适当的位置(如图1所示)。可选地,设备可包括三个或更多个轮。使用马达来实现鼓轮的旋转。马达可以通过例如电或气来提供动力。优选地,马达是可以连接到电源的电动马达。例如,设备可以包括作为电源的电池,或者设备可以从外部源获得电力(例如,经由电源线或通过无线电源转接)。
[0029] 鼓轮还可以连接到通风系统,该通风系统包括例如空气泵。这用于向鼓轮内部的培养物表面提供空气,并且还可以用作调节内部温度的装置。
[0030] 隔板可以附着在鼓轮的内表面上,以帮助培养物的搅动和通风。当鼓轮旋转时,培养物在其中混合并通过环境空气以及通风系统提供的空气供氧。
[0031] 在优选的实施方式中,设备在整个培养过程中连续运行。取决于生产的微生物的特定种类,设备可以在生产足够容积的培养物所需的时间内运行。例如,混合设备可以连续运转1、2、3、4、5或更多天(或其任何部分)。
[0032] 可以根据预期用途缩放本发明的设备。例如,鼓轮的容积范围可以从几升到几百升或更多。
[0033] 有利地,设备可以有效地自灭菌。例如,混合设备中培养的微生物可以是生产抗菌代谢物或副产物诸如生物表面活性剂的菌株。因此,微生物培养物本身可以提供对鼓轮内不需要的微生物的防治,同时提供所需微生物的培养。可选地或补充地,设备可以使用外部手段例如灭菌剂,诸如过氧化氢灭菌。
[0034] 在优选的实施方式中,本发明提供简化生产并促进有用的基于微生物的组合物和产品的便携性的培养方法。该方法提供适用于接种大规模发酵系统的浸没式培养的微生物组合物。
[0035] 在某些实施方式中,该方法包括向发酵设备的鼓轮中添加至少一种类型的微生物,并且任选地用于微生物的营养物;并且允许混合设备运行直到生产足够量的接种体。营养物可包括例如一种或多种碳源、蛋白质、脂肪、氮源、痕量元素和/或生长因子(例如,维生素、pH调节剂)。
[0036] 由本发明方法生产的接种体可用于接种现场存在的发酵系统,用于生产大量基于微生物的组合物。在优选的实施方式中,本发明的设备和方法也可以现场使用,使得接种体培养物可以直接从设备转移到更大规模的现场发酵系统。
[0037] 在一个实施方式中,本发明还提供了接种体组合物,该接种体组合物包括至少一种类型的微生物和/或至少一种由使用本发明的设备生长的微生物产生的微生物代谢物。组合物中的微生物可以是活性或非活性形式。组合物也可以是干燥形式或液体形式。
[0038] 有利地,本发明降低了生产微生物及其代谢物的资金和劳动力成本。并且,本发明的培养方法减少或消除了在完成培养后浓缩或以其他方式处理微生物的需要。
[0039] 便携性可以显著节省成本,因为基于微生物的组合物的接种体可以在预期接种的地点处或附近生产。有利地,接种体可以根据需要使用当地来源的材料现场生产,从而减少运输和船运的物流障碍和成本。此外,通过缩放接种体而生产的最终产品可以包括在施用时的有生存力的微生物。这可以提高生产效率。
[0040] 因此,在某些实施方式中,本发明利用天然存在的当地微生物及其代谢副产物的功效。使用当地微生物种群在下列环境可能是有利的,包括但不限于包括在偏远地区的环境修复(诸如在溢油的情况下)、畜牧业、水产养殖、林业、牧场管理、草坪管理、园艺观赏生产、废物处置和处理、采矿、采油和人类健康。
[0041] 由本发明生产的组合物可用于接种大规模发酵系统,以用于各种石油工业应用。这些应用包括但不限于提高原油采收率;降低油粘度;从杆、管道、衬管和泵中去除石蜡;石油设备腐蚀抑制或预防;压裂液;提取原油中H2S浓度的降低;以及罐、出油管和管线清洁。
[0042] 选定的定义
[0043] 如本文中使用的,“基于微生物的组合物”意指包括作为微生物或其他细胞培养物生长的结果所产生的组分的组合物。因此,基于微生物的组合物可以包括微生物本身和/或微生物生长的副产物。细胞可以处于营养状态、孢子形态或两者的混合物。细胞可以为浮游生物或生物膜形态,或者两者的混合物。生长的副产物可以是例如代谢物、细胞膜组分、表达的蛋白和/或其他细胞组分。细胞可以是完整的或裂解的。在优选的实施方式中,细胞处于营养状态,并且与它们在其中生长的液体培养基一起存在于基于微生物的组合物中。细胞可以例如以每毫升组合物1×104、1×105、1×106、1×107、1×108、1×109、1×1010或1×1011个或更多的细胞浓度存在。
[0044] 本发明进一步提供“基于微生物的产品”或“培养产品”,其是在实践中要被施用以取得期望结果的产品。基于微生物的产品可以仅仅是从微生物培养过程收获的基于微生物的组合物。可选地,基于微生物的产品可以包括已经添加的其他成分。这些另外的成分可以包括例如缓冲剂、恰当载剂诸如水、为支持进一步的微生物生长而添加的营养物、和/或有利于在已施用微生物和/或组合物的环境中追踪微生物和/或其组合物的试剂。基于微生物的产品还可以包括基于微生物的组合物的混合物。基于微生物的产品还可以包括已经以某种方式诸如但不限于过滤、离心、裂解、干燥、纯化等处理的基于微生物的组合物的一种或多种组分。
[0045] 术语“接种体”包含在术语“基于微生物的产品”中。如本文所用,接种体是指可用作例如种子培养物以接种更大规模的发酵系统或发酵过程的基于微生物的产品。接种体可以在这种发酵系统中按比例缩放以产生期望量的基于微生物的组合物和基于微生物的产品。
[0046] 如本文所用,“现场发酵系统”是指在这些基于微生物的组合物和/或基于微生物的产品的应用地点处或附近,用于生产基于微生物的组合物和/或基于微生物的产品的系统。
[0047] 如本文所用,“收获”是指从生长容器中移出一些或全部基于微生物的组合物。
[0048] 如本文所用,针对于由生物表面活性剂(在其他活性试剂上)或产生生物表面活性剂的微生物产生的活性使用的术语“防治”,其延伸到杀死害虫、使害虫失能、或使害虫静止、或以其他方式使害虫基本上不能造成伤害的行为。
[0049] 混合设备设计与运行
[0050] 图1描绘了根据本发明的实施方式的发酵设备。参考图1,设备10可包括由框架200支撑的旋转鼓轮100。框架200可具有轮300以便于移动,但这不是必需的。例如,设备可以在一侧包括两个轮300而在另一侧400上没有轮,使得设备可以倾斜以便使用轮运输和放下以保持在适当的位置。可选地,设备可包括三个或更多个轮300(或者使得与地面的所有接触点都是轮,或者仍然包括没有轮的部分400)。轮300可具有轮,以在不运输时,特别是在与地面的所有接触点都是轮的情况下,将设备保持在适当位置。使用马达实现鼓轮100的旋转。马达可以通过例如电或气来提供动力。优选地,马达是可以连接到电源的电动马达。例如,设备可以包括作为电源的电池,或者设备可以从外部源获得电力(例如,经由电源线或通过无线电源转接)。设备10可以配备具有用于调节鼓轮100的度的装置。这样的装置可包括例如在框架架200上的杠杆500和/或转枢或其他可旋转支撑件。
[0051] 在一个实施方式中,设备10的鼓轮100是可闭合的旋转鼓轮,用于容纳、混合和生长浸没式培养接种体。鼓轮可以由例如玻璃、一种或多种聚合物、一种或多种金属、一种或多种金属合金和/或其组合制成。
[0052] 鼓轮100可以安装在支撑框架200上。支撑框架200可以具有轮300,便于整个设备的容易运输,而不需要大量的技能、训练、成本或时间。轮300可以由例如适合于在各种景观诸如在农业和油提取环境中发现的那些中移动的一种或多种聚合物、橡胶或任何耐用材料制成。框架200可以由例如玻璃、一种或多种聚合物、一种或多种金属、一种或多种金属合金和/或它们的组合制成。
[0053] 鼓轮可操作地与连接到电源的马达诸如电动马达接合。马达使鼓轮能够以例如10至30rpm,并且更优选地,15-25rpm的速度连续旋转。
[0054] 鼓轮还可以连接到通风系统,该通风系统包括例如空气泵。空气泵向鼓轮内部提供空气,从而使鼓轮内的移动培养物的表面通风。当鼓轮旋转时,培养物在其中混合并通过通风系统供应的空气被供氧。在某些实施方式中,空气可以被加热或冷却,以帮助调节鼓轮的内部和培养环境的温度。
[0055] 鼓轮的轴线相对于地面的角度可以是0°至90°。该角度优选小于90°,以增加鼓轮内培养物的液体培养基的表面积。该角度可以是水平的(即,0°),或接近水平的。该角度可以是例如约5°至约75°,或约10°至约60°。设备可配备有用于调整角度的装置。
[0056] 随着鼓轮轴线的角度的优化,鼓轮的形状也优选地被优化,使得在培养过程期间培养物的最大表面积暴露于空气供应。鼓轮的形状可以是,例如圆柱体或任何类型的经修改的圆柱体,但实施方式不限于此。经修改的圆柱体可以包括锥形圆柱体、罐形圆柱体或在中间比两端具有更宽直径的圆柱体。
[0057] 另外,隔板可以存在于鼓轮的内表面上,以有助于培养物的适当搅动和通风。优选地,3至4个隔板均匀地或大致均匀地围绕鼓轮的内圆周间隔开并且对齐,使得它们平行于鼓轮的旋转轴线。可选地,隔板可以设置为使它们垂直于鼓轮旋转的轴线。
[0058] 在优选的实施方式中,设备在整个培养过程中连续运行。取决于生产的微生物的特定种类,设备可以在生产足够容积的培养物所需的时间内运行。例如,混合设备可以连续运转多天。在具体的实施方式中,混合设备可以连续运转1、2、3、4或高达5天或更多天,或其任何部分。
[0059] 在一个实施方式中,混合设备是移动式或便携式生物反应器,其可以提供用于包括适当量的微生物的所需菌株的接种体的现场生产。生产的液体培养物接种体的量可以是例如2至500升、5至250升、10至100升、15至75升、20至50升或35至40升。由于接种体在施用的现场生成,而不依赖于传统生产的稳定化、保存、储存和运输过程,因此,可以生成更高密度的活微生物,从而需要更小容积的微生物组合物用于现场发酵系统。这允许缩小的生物反应器(例如,较小的发酵罐,较少的起始材料、营养物、pH控制剂和消泡剂等的供应),其促进系统的可移动性和便携性。
[0060] 可以根据预期用途缩放本发明的设备。例如,鼓轮的容积可以为几升到几百升范围,这取决于接种特定的发酵系统需要多少接种体。例如,鼓轮可以是1升到5,000升或者更多。通常,鼓轮可以是10至1,500升,优选50至500升,并且更优选100至200升。
[0061] 在一个实施方式中,设备具有功能控制器/传感器或者可以连接到功能控制器/传感器以测量培养过程中的重要因素,诸如pH、氧气、压力、温度、搅动轴功率、湿度、粘度和/或微生物密度和/或代谢物浓度。
[0062] 在一个实施方式中,设备具有其自己的用于至少温度和pH的控制器和测量系统。除了监测和控制温度和pH之外,鼓轮还可以具有监测和控制例如溶解氧、搅动、发泡、微生物培养物纯度、期望代谢物产品等的能力。
[0063] 在进一步的实施方式中,设备还能够监测容器内微生物的生长(例如,细胞数和生长期的测量)。可选地,可以从容器中取出每日样品,并通过本领域已知的技术诸如稀释电技术进行计数。稀释电镀是一种用于估算样品中细菌数量的简单技术。该技术还可以提供可以比较不同环境或处理的指标。
[0064] 在一种实施方式中,用于该方法和培养过程的培养介质、空气和设备是灭菌的。培养设备诸如反应器/容器可以与灭菌单元例如高压釜分离,但连接至灭菌单元。培养设备还可以具有灭菌单元,其在开始接种之前例如通过使用蒸汽就地灭菌。通过本领域已知的方法可以使空气灭菌。例如,环境空气可以在补充到容器中之前通过至少一个过滤器。在其他实施方式中,培养介质可以进行巴氏灭菌或任选地不添加加热,其中可以运用低水活性和低pH来防治细菌生长。
[0065] 在培养前,可以用灭菌剂诸如过氧化氢溶液(例如从1.0%到3.0%的过氧化氢)洗涤鼓轮;这可以在例如80-90摄氏度的热水冲洗之前或之后进行,以抑制或预防污染。培养介质成分(例如,碳源、水、脂源、微量营养物等)也可以进行温度净化和/或过氧化氢净化(之后可能使用酸诸如HCl、H2SO4等中和过氧化氢)。
[0066] 有利地,设备也可以自灭菌。例如,在混合设备内选择培养的微生物可以是生产抗微生物代谢物或副产品诸如生物表面活性剂的已知的菌株。因此,微生物培养物本身可以提供鼓轮内不需要的微生物的防治,同时培养理想的微生物。
[0067] 根据本发明所利用的培养温度可以为例如约25至40摄氏度,但是该过程可在该范围之外运行。微生物可以在大约2到10的pH范围内培养,更具体地,在大约3到5的pH范围内培养(通过使用、酸和缓冲剂例如HCl、KOH、NaOH、H3PO4人工或自动调整pH)。本发明也可在该pH范围之外实施。
[0068] 酵母培养可以从第一pH(例如,4.0到4.5的pH)开始,并且后来在该过程的其余阶段改为第二pH(例如,3.2到3.5的pH),以帮助避免污染,以及产生其他期望的结果(第一pH可以高于或低于第二pH)。在培养期间,通过使溶解氧浓度保持在饱和的10%、15%、20%或25%以上,可获得优选的结果。在一种实施方式中,培养后不需要进一步加工接种体(例如,酵母、代谢物和剩余碳源不需要与槐糖脂分离)。物理性质(例如粘度、密度等)也可以使用本领域已知的各种化学品和材料进行调整。
[0069] 可向培养介质(例如链霉菌、土霉菌、槐糖脂和鼠李糖脂)中可以添加一种或多种抗菌物质,以进一步抑制或预防在发酵前、发酵期间或发酵后的污染。可向培养介质(例如,蛋白质、基酸、酵母提取物、酵母自溶物、氨或铵盐、尿素、玉米蛋白胨、酪蛋白水解物和大豆蛋白)中添加一种或多种有机和无机氮源。
[0070] 微生物
[0071] 根据本发明生长的微生物可以是例如细菌、酵母、真菌或多细胞生物。在优选的实施方式中,微生物是酵母。在特别优选的实施方式中,微生物是球拟酵母进化枝菌株。
[0072] 在一个实施方式中,微生物是细菌,包括革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌。这些细菌可以是,但不限于,例如大肠杆菌、根瘤菌(例如大豆根瘤菌(Rhizobium japonicum)、中华根瘤菌(Sinorhizobium meliloti)、弗雷德氏根瘤菌(Sinorhizobium fredii)、豌豆根瘤菌三叶草生物变种(rhizobium leguminosarum biovar trifolii)和菜豆根瘤菌(rhizobium  etli))、慢生型根瘤菌(Bradyrhizobium)(例如慢生型大豆根瘤菌(Bradyrhizobium japanicum)和慢生型矮根瘤菌(B.parasponia))、芽孢杆菌(例如枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、坚强芽孢杆菌(Bacillus firmus)、侧孢芽孢杆菌(Bacillus laterosporus)、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)、解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquifaciens))、定氮菌(例如棕色定氮菌(azobacter vinelandii)和圆褐定氮菌(azobacter chroococcum))、节杆菌(Arhrobacter)(例如放射形土壤杆菌(Agrobacterium radiobacter))、假单胞菌(Pseudomonas)(例如,绿针假单胞菌致金色假单胞菌亚种(Pseudomonas  chlororaphis subsp.aureofaciens)(Kluyver))、固氮螺菌(Azospirillium)(例如,巴西固氮螺菌(Azospirillum brasiliensis))、氮单胞菌(Azomonas)、德克斯氏菌(Derxia)、拜叶林克氏菌(Beijerinckia)、奴卡菌(Nocardia)、克留氏菌(Klebsiella)、棍状杆菌(Clavibacter)(例如,甘蔗宿根矮化病(C.xyli subsp.xyli)和木质棒形杆菌犬齿亚种(C.xyli subsp.cynodontis))、氰细菌
(cyanobacteria)、泛菌(Pantoea)(例如,成团泛菌(Pantoea agglomerans))、鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas)(例如,少动鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas paucimobilis))、链霉菌(Streptomyces)(例如,灰产色链霉菌(Streptomyces griseochromogenes)、灰色链霉菌(Streptomyces qriseus)、可可链霉菌(Streptomyces cacaoi)、金色链霉菌
(Streptomyces aureus)和卡苏嘉尼链霉菌(Streptomyces kasugaenis))、链轮丝菌(Streptoverticillium)(例如,生裂链轮丝菌(Streptoverticillium rimofaciens))、劳尔氏菌(Ralslonia)(例如,富养劳尔氏菌(Ralslonia  eulropha))、红螺菌
(Rhodospirillum)(例如,深红红螺菌(Rhodospirillum  rubrum))、黄单胞菌
(Xanthomonas)(例如,野油菜黄单胞菌(Xanthomonas campestris))、欧文菌(Erwinia)(例如,胡萝卜软腐欧文氏菌(Erwinia carotovora))、芽胞梭菌(Clostridium)(例如,布氏芽胞梭菌(Clostridium bravidaciens)和马拉库索芽胞梭菌(Clostridium malacusomae))及它们的组合。
[0073] 在一个实施方式中,微生物是真菌(包括酵母),其包括但不限于例如球拟酵母、菌根(Mycorrhiza)(例如,泡囊丛枝状菌根(vesicular-arbuscular mycorrhizae)(VAM)、丛枝状菌根(arbuscular mycorrhizae)(AM))、被孢霉(Mortierella)、须霉(Phycomyces)、布拉氏霉(Blakeslea)、破囊壶菌(Thraustochytrium)、青霉菌(Penicillium)、腐霉菌(Phythium)、肯虫霉(Entomophthora)、出芽短梗霉(Aureobasidium pullulans)、镰孢菌(Fusarium venenalum)、黑曲霉菌(Aspergillus)、木霉菌(Trichoderma)(例如,瑞氏木霉(Trichoderma reesei)、哈茨木霉菌(T.harzianum)、绿色木霉(T.viride)和钩状木霉(T.hamatum))、酒曲菌属的某些种(Rhizopus spp)、内生真菌(endophytic fungi)(例如,Piriformis indica)、酵母菌(Saccharomyces)(例如,酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、布拉第酵母菌后继者(Saccharomyces boulardii sequela)和圆酵母(Saccharomyces torula))、德巴利酵母(Debaromyces)、伊萨酵母(Issalchenkia)、克鲁维酵母菌(Kluyveromyces)(例如,乳酸克鲁维酵母(Kluyveromyces lactis)、脆壁克鲁维酵母(Kluyveromyces fragilis)、毕赤酵母属某些种(Pichia spp)(例如,巴斯德毕赤酵母(Pichia pastoris))及它们的组合。
[0074] 在一个实施方式中,在混合设备中生长单一类型的微生物。在可选的实施方式中,可以一起生长而对生长或所得产品没有有害影响的多种微生物可以在混合设备中一起生长。例如,可以在设备中同时生长2至3种或更多种不同的微生物。
[0075] 培养和生长介质
[0076] 本发明提供用于可扩展浸没式微生物培养物的高效生产方法。该方法可以包括提供用于浸没式培养过程所需的所有材料,但是预期淡水将从本地来源供应。
[0077] 在一个实施方式中,该方法包括在混合设备的鼓轮内提供活酵母或其他微生物。可以包括多种菌株,其能够积累大量的糖脂-生物表面活性剂。更具体地,该方法可以包括添加一种或多种能够防治害虫、生物修复、提高油采收率和其他有用的目的活真菌菌株,例如,球拟酵母(水解假丝酵母(Candida bombicola)、细尖假丝酵母(Candida apicola)、水解假丝酵母(Candida batistae)、花假丝酵母(Candida floricola)、里奥多斯假丝酵母(Candida riodocensis)、星状假丝酵母(Candida stellate)、郭假丝酵母(Candida kuoi)、假丝酵母的某种(Candida sp.NRRL Y-27208)、红酵母的某种(Rhodotorula bogoriensis sp.)、拟威克酵母(Wickerhamiella domericqiae)),以及任何其他槐糖脂-生产菌株的球拟酵母进化枝。
[0078] 在一个实施方式中,根据本发明使用的培养介质可以含有用于微生物的补充营养物。通常,这些包括碳源、蛋白质和/或脂肪、氮源、痕量元素和/或生长因子(例如,维生素、pH调节剂)。对于本领域技术人员显而易见的是,可以调节营养物浓度、含水量、pH等以优化特定微生物的生长。
[0079] 在单独的包装中可以提供碳源、脂源、氮源和/或微营养物源中的每一种,该单独的包装可以在培养过程期间的适当时间添加到混合设备的鼓轮中。每个包装可以包括几个子包装,其可以在培养过程期间的特定点(例如,当酵母、pH和/或营养物水平高于或低于特定浓度时)或时间(例如,10小时后、20小时后、30小时后、40小时后等)添加。
[0080] 脂源可以包括例如植物或动物来源的油或脂肪,其含有游离脂肪酸或其盐或其酯,包括甘油三酯。脂肪酸的实例包括但不限于含有16-18个碳原子的游离和酯化脂肪酸、疏水性碳源、棕榈油、动物脂肪、椰子油、油酸、豆油、向日葵油、菜籽油硬脂酸和棕榈酸。其他碳源可以包括一种或多种糖,诸如葡萄糖、木糖、甘露糖、蔗糖、半乳糖、甘露醇、山梨糖、核糖、熊果苷、子糖、甘油、赤藓糖醇、木糖醇、葡萄糖酸盐、柠檬酸盐、糖蜜、水解淀粉、玉米糖浆和包括葡萄糖的水解纤维素材料。
[0081] 该方法可以包括添加一种或多种微营养物源,诸如,、镁、、锌和锰,优选为盐;磷,诸如磷酸盐;和其他生长促进成分。可以包括一种或多种有机和无机氮源,诸如蛋白质、氨基酸、酵母提取物、酵母自溶物、氨或铵盐、尿素、玉米蛋白胨、酪蛋白水解物和大豆蛋白。
[0082] 该方法可以包括在培养期间添加一种或多种抗菌物质(例如,链霉素、土霉素、槐糖脂和鼠李糖脂)以抑制或预防污染。并且,该方法可以包括预培养净化材料,诸如漂白剂和过氧化氢。漂白剂和过氧化氢可以以浓缩的形式存在,而后在使用前在发酵地点稀释。例如,过氧化氢可以以浓缩的形式提供并稀释以配制1.0%至3.0%过氧化氢(按重量计或按容积计)用于预漂洗净化。
[0083] 该方法还可包括添加一种或多种pH调节物质,诸如碱、酸和缓冲剂(例如,HCl、KOH、NaOH和/或H3PO4、H2SO4等)。pH调节可以通过自动装置完成,或者可以手动完成。自动pH调节可以包括pH探针和电子设备,根据pH测量值适当地分配pH调节物质。在整个培养过程中,用户可以将pH设定为特定数,或者可以预编程以相应地改变pH。如果要手动完成pH调节,则本领域已知的pH测量工具可用于手动测试。
[0084] 温度传感器,诸如温度计热电偶,可用于监测温度,并且温度计可以是手动或自动的。自动温度计可以适当地管理加热和冷却源,以控制整个培养过程的温度。
[0085] 在一个实施方式中,该方法包括用氮源补充培养。氮源可以是例如无机形式,诸如硝酸钾、硝酸铵、硫酸铵、磷酸铵、氨、尿素和氯化铵,或有机形式诸如蛋白质和氨基酸。这些氮源可以单独使用,也可以两种或以上组合使用。
[0086] 该方法可以还包括用碳源补充培养。碳源通常是碳水化合物,诸如葡萄糖、蔗糖、乳糖、果糖、海藻糖、甘露糖、山梨糖和麦芽糖;有机酸,诸如乙酸、富马酸、柠檬酸、丙酸、苹果酸、丙二酸和丙酸;醇,诸如乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、异丁醇和甘油;油脂,诸如豆油、米糠油、橄榄油、玉米油、芝麻油和亚麻籽油等;这些碳源可以单独使用或可以两种或以上组合使用。
[0087] 在一个实施方式中,用于微生物的生长因子和痕量营养物包括在培养介质中。包括痕量元素诸如、锌、、锰、钼和钴的无机营养物,也可包括在培养介质中。
[0088] 在一个实施方式中,还可包括无机盐。无机盐可以是例如磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸氢二钠、硫酸镁、氯化镁、硫酸铁、氯化铁、硫酸锰、氯化锰、硫酸锌、氯化铅、硫酸铜、氯化钙、碳酸钙、碳酸钠。这些无机盐可以单独使用或可以两种或以上组合使用。
[0089] 有利地,该方法提供了通过例如空气的缓慢运动以除去低氧含量的空气且引入有氧空气来给生长的培养物简单供氧。有氧空气可以是周期性诸如每天补充的环境空气。
[0090] 在一些实施方式中,用于培养的方法可以还包括在培养过程之前和/或在培养过程期间,在液体培养介质中添加另外的酸和/或抗菌剂。抗菌剂或抗生素用于抑制或预防培养物免受污染。另外,当在培养和发酵期间产生气体时,还可加入消泡剂以抑制或预防泡沫的形成和/或积聚。
[0091] 在一个实施方式中,用于培养微生物的方法在约5℃至约100℃,优选地15℃至60℃,更优选地25℃至50℃的情况下进行。在进一步的实施方式中,培养可以在恒定温度下连续进行。在另一个实施方式中,培养可能经受变化的温度。
[0092] 在一个实施方式中,混合物的水分含量应该适合于目标微生物。例如,水分含量可以为20%至90%,优选地30至80%,更优选地40至60%。
[0093] 在一个实施方式中,混合物的pH应该适合于目标微生物。缓冲盐和pH调节剂诸如碳酸盐和磷酸盐,可用于稳定接近最佳值的pH。当金属离子以高浓度存在时,可能需要在液体培养介质中使用螯合剂。
[0094] 微生物可以以浮游生物形态或生物膜生长。在生物膜的情况下,容器内可以具有底物,微生物可以在底物上以生物膜状态生长。该系统还可具有例如施用促进和/或改善生物膜生长特征的促进因素(例如剪切应力)的能力。
[0095] 基于微生物的产品的制备
[0096] 本发明的基于微生物的产品包括包含微生物和/或微生物生长副产物和任选的生长介质和/或另外的成分,诸如水、载体、佐剂、营养物、粘度调节物和其他活性剂的产品。
[0097] 本发明的基于微生物的产品可以是,例如,微生物接种体、生物杀虫剂、营养物源、修复剂、健康产品和/或生物表面活性剂。
[0098] 本发明的一种基于微生物的产品是接种体,其包含含有微生物和/或由微生物和/或任何残留营养物生产的微生物生长副产物的培养介质。培养方法的产品可以直接使用而无需提取或纯化。可以根据需要使用本领域技术人员已知的标准提取方法或技术容易地实现提取和纯化。
[0099] 接种体中的微生物可以是活性或非活性形态。接种体可以在没有进一步稳定化、保存和储存的情况下使用。有利地,直接使用这些接种体可以保持微生物的高生存性,降低外来剂和不期望的微生物污染的可能性,并保持微生物生长的副产物的活性。
[0100] 接种体可以从鼓轮移出并经由例如管道转移用于立即使用。
[0101] 有利地,根据本发明,接种体可包括其中生长微生物的液体培养基(broth)。产品可以是,例如,至少按重量计的1%、5%、10%、25%、50%、75%或100%的液体培养基。产品中生物质的量按重量计可以是,例如,0%至100%,包括其间的所有百分比。
[0102] 本发明还提供用于生产生物质(例如,活细胞物质)、细胞外代谢物(例如,小分子和大分子二者)和/或细胞内组分(例如,酶和其他蛋白质)的材料和方法。本发明的微生物和微生物生长副产物也可用于转化底物,诸如矿物,其中转化的底物是产品。
[0103] 本发明进一步提供基于微生物的产品,以及这些产品在许多环境中实现有益结果的用途,该用途包括例如改善的生物修复和采矿;废物处置和处理;加强牲畜和其他动物健康;通过施用一种或多种基于微生物的产品来促进植物健康和生产。
[0104] 在一个实施方式中,本发明提供了通过例如在现场发酵系统,按比例缩放本文公开的基于微生物的产品来改善植物健康和/或增加作物产量的方法,并且将按比例缩放的产品施用于土壤、种子或植物部分。在另一个实施方式中,本发明提供了增加作物或植物产量的方法,该方法包括多次施用按比例缩放的产品。
[0105] 在另一个实施方式中,用于生产微生物生长副产物的方法可以还包括浓缩和纯化目标副产物的步骤。
[0106] 在一个实施方式中,该组合物适用于农业。例如,该组合物可以按比例缩放并用于处理土壤、植物和种子。该组合物也可用作杀虫剂。
[0107] 在一个实施方式中,本发明进一步根据本地需要提供对材料和方法的定制。例如,用于培养微生物的方法可用于生长位于本地土壤中或特定油井或污染地点的那些微生物。在具体的实施方式中,本地土壤可以用作培养方法中的固体底物,以提供天然生长环境。有利地,这些微生物可以是有益的并且更适应本地需要。
[0108] 实施例
[0109] 从以下通过说明的方式给出的实施例可以更好地理解本发明及其许多优点。以下实施例说明了本发明的一些方法、应用、实施方式和变体。它们不应被视为限制本发明。可以对本发明进行许多改变和改进。
[0110] 实施例1:混合和培养设备和运行模式
[0111] 如图1所示构造便携式和可分配的混合设备。该设备具有由具有橡胶轮的框架支撑的塑料旋转鼓轮。围绕鼓轮的内圆周附着三到四个隔板。
[0112] 鼓轮的旋转由连接到电源的电动马达提供动力,允许鼓轮以15-25rpm的速度旋转。鼓轮具有100升(L)的工作容积,为细胞和代谢物生产生长球拟酵母(然而,尺寸和规模可根据所需应用而变化)。该设备特别适用于浸没式球拟酵母进化枝酵母接种体的培养物,该球拟酵母进化枝酵母接种体适用于接种更大规模的现场发酵系统。
[0113] 为了进一步降低培养物生产成本并确保技术的可扩展性,该系统不需要使用传统方法进行灭菌。反而,可以使用空容器清洁的方法,其包括施用高压蒸汽流10分钟到鼓轮的内表面,然后用1-3%的过氧化氢,优选地3%的过氧化氢过夜处理鼓轮内表面,同时旋转鼓轮。另外,为了减少污染的可能性,可以通过0.1微米过滤器过滤用于制备培养物的水。
[0114] 营养物媒介组合物和酵母培养物的培养
[0115] 用于生产酵母接种体的培养介质包含表1中所示的组分。
[0116] 表1.用于培养介质的组分
[0117]试剂 重量(g/L)
酵母提取物 5
葡萄糖 20
磷酸二氢钾 2
磷酸氢二钾 2
硫酸镁 0.5
[0118] 培养介质组分在1L 10%过氧化氢中灭菌过夜。然后将无菌组合物与过滤水在搅动器的鼓轮中混合。
[0119] 培养温度通常约为室温,为18至25摄氏度。培养介质的初始pH值为约5.5-6.0。
[0120] 在这些培养条件下,在培养约1至约5天后,优选在约48小时的培养时间后,获得了生物质、槐糖脂和其他代谢物的工业上有用的产品。
[0121] 完成培养后,获得的酵母的最终浓度大约为200至400CFU。然后可以将培养物用于接种发酵系统,其中该培养物可以按比例缩放用于各种工业目的。
[0122] 应当理解,本文所描述的实施例和实施方式仅用于说明目的,并且对本领域技术人员而言,可以根据该实施例和实施方式对本发明进行各种修改或改变,都包括在本申请的精神和范围内。
[0123] 本文提及或引用的所有专利、专利申请、临时申请和出版物均以引用的方式整体并入本文,包括所有附图和表,只要它们与本说明书的明确教导不矛盾。
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