[發明專利]適用于需氧發酵的纖維床反應器及其生產L?鳥氨酸方法

有效

• 申請號: 201510024099.3
• 申請日: 2015-01-16
• 公開（公告）號: CN104531506B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 萬紅貴;龔寅聰;譚海濤
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C12M1/02
• 分類號: C12M1/02;C12M1/00;C12P13/10;C12R1/15
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司32218
• 代理人: 徐冬濤

技術領域

本發明屬于發酵工程與過程工程技術領域，具體涉及一種發酵生產L-鳥氨酸的纖維床反應器及其方法。

背景技術

纖維床生物反應器(FBB)是由美國俄亥俄州立大學的楊尚天教授等人在改進傳統的填充床反應器(packed?bed?reactor，PBR)性能的基礎上設計出的一種簡單、高效的生物反應器。主要實施方式是將一種改性后的纖維繞成軸狀固定于固定化細胞裝置中作為固定細胞的載體，通過恒流泵實現固定化細胞裝置與罐中的物質交換，同時利用固定化細胞裝置中的細胞能多次使用的特性，可以進行多批次半連續發酵，該反應器成功用于丙酸的多批次生產。

與傳統固定化細胞相比，FBB細胞固定化過程溫和，制備方法簡單，而且FBB固定化細胞可以不斷更新，死細胞會隨著培養基的流動而自動脫落，附著空間被新生細胞替代，固定化載體上可以一直保持較高的活細胞比例；同時，由于采用了高孔隙率和高比表面積的纖維材料作為固定化載體，FBB具有更高的傳質效率。

徐虹等利用這種纖維床反應器實現了多種有機酸的生產；同時對此裝置進行改進，使用萃取分離裝置進行耦合，實現了丙酸多批次生產和在線分離，極大的提高了發酵法生產丙酸的的產率。此外，固定化細胞的可重復利用的特點使得固定化纖維床反應器可以在單批次發酵的基礎上，循環操作，實現多批次發酵生產。但是，在應對工業生產中的實際問題比如染菌等，這種裝置的在實際生產中應變性較差，很難實現真正的連續發酵，同時現有的纖維床生物反應器主要用于有機酸的發酵，屬于厭氧發酵，對需氧發酵過程應用很少。

發明內容

本發明的目的是針對上述技術問題提供一種適用于需氧發酵的纖維床反應器及其生產L-鳥氨酸方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

一種適用于需氧發酵的纖維床反應器，該反應器包括第一攪拌反應器、第二攪拌反應器、固定化裝置、第一補料罐和第二補料罐；

所述固定化裝置的上部分別與第一攪拌反應器上部和第二攪拌反應器上部相連，所述固定化裝置的下部分別通過恒流泵與第一攪拌反應器下部和第二攪拌反應器下部相連，從而固定化裝置分別與第一攪拌反應器和第二攪拌反應器形成各自的循環回路；

所述的第一補料罐通過恒流泵分別與第一攪拌反應器和第二攪拌反應器相連，所述的第二補料罐通過恒流泵也分別與第一攪拌反應器和第二攪拌反應器相連；

所述的第一攪拌裝置的下部、第二攪拌裝置的下部和固定化裝置的下部均設有與其匹配的通氣裝置。

所述的適用于需氧發酵的纖維床反應器中固定化裝置為含有固定化材料的固定化柱，所述的固定化材料由支撐擋板分割成多層固定于固定化柱中；所述的固定化材料為植物纖維、動物纖維、金屬纖維和合成纖維中的任意一種。

上述第一補料罐用于補充發酵培養基；第二補料罐用于補充葡萄糖。

一種利用上述裝置進行細菌需氧發酵生產的方法，該方法包括以下步驟：

(1)將生產所用菌接入裝有種子培養基的第一攪拌反應器中，開啟恒流泵和/或通過通氣裝置進氣口產生的負壓使得第一攪拌反應器與固定化裝置進行物料循環交換，物料循環交換的時間為10～15h，從而使得菌體固定于固定化裝置中，菌體固定后放出第一攪拌裝置中的種子培養基；

(2)將第一補料罐中的發酵培養基補充到第一攪拌反應器中，開啟恒流泵和/或通過通氣裝置進氣口產生的負壓使得第一攪拌反應器的發酵培養基與固定化裝置進行物料循環交換，通過固定化裝置中的菌體進行發酵30～50h，發酵完畢后關閉第一攪拌反應器與固定化裝置循環回路，放出第一攪拌反應器中的發酵液；

(3)將第一補料罐中的發酵培養基裝入第二攪拌反應器中，開啟恒流泵和/或通過通氣裝置進氣口產生的負壓使得第二攪拌反應器的發酵培養基與固定化裝置進行物料循環交換，通過固定化裝置中的菌體進行發酵30～50h，發酵完畢后關閉第二攪拌反應器與固定化裝置循環回路，放出第二攪拌反應器中的發酵液；

(4)依次重復步驟(2)和步驟(3)的操作步驟，即為生成L-鳥氨酸的方法。