[發(fā)明專利]一種固定化黑曲霉產(chǎn)檸檬酸的發(fā)酵反應(yīng)器及其方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910536368.2
• 申請(qǐng)日: 2019-06-20
• 公開（公告）號(hào): CN110157603A
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 應(yīng)漢杰;陳勇;劉慶國(guó);余斌;趙南;鄒亞男
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京高新工大生物技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號(hào): C12M1/16
• 分類號(hào): C12M1/16;C12M1/04;C12M1/02;C12M1/00;C12P7/48;C12R1/685
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 黃振華

本發(fā)明公開了一種固定化黑曲霉產(chǎn)檸檬酸的發(fā)酵反應(yīng)器及其方法，包括發(fā)酵罐，發(fā)酵罐中部設(shè)有載體框，載體框內(nèi)填充有固定化載體；載體框中部縱向貫穿有一圓筒，圓筒上端內(nèi)部設(shè)有推進(jìn)式槳葉，圓筒下方依次設(shè)有渦輪槳葉和平式槳葉，渦輪槳葉和平式槳葉位于載體框的下方；推進(jìn)式槳葉、渦輪槳葉和平式槳葉自上而下分布在同一轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸頂部與發(fā)酵罐上方的電機(jī)連接，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)推進(jìn)式槳葉、渦輪槳葉和平式槳葉同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)；發(fā)酵罐底部設(shè)有氣體分布器，氣體分布器位于平式槳葉的下方。本發(fā)明發(fā)酵穩(wěn)定性好，可以重復(fù)多批次發(fā)酵而產(chǎn)量保持穩(wěn)定產(chǎn)酸水平?jīng)]有降低，最終檸檬酸產(chǎn)量可達(dá)180g/L以上，發(fā)酵速率達(dá)3.1g/L/h以上，糖酸轉(zhuǎn)化率97％以上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種固定化黑曲霉產(chǎn)檸檬酸的發(fā)酵反應(yīng)器及其方法。

背景技術(shù)

檸檬酸作為全世界需求量最大的有機(jī)酸之一，被廣泛用于食品、化工、醫(yī)藥等行業(yè)。目前，我國(guó)檸檬酸年產(chǎn)量200多萬噸，占世界總量80％以上，是世界第一的檸檬酸生產(chǎn)和出口國(guó)。傳統(tǒng)檸檬酸行業(yè)存在種子制備耗時(shí)、生產(chǎn)效率低下等問題，嚴(yán)重制約行業(yè)發(fā)展。

黑曲霉表面固定化連續(xù)發(fā)酵體系可以解決副產(chǎn)物多、耐受性差、轉(zhuǎn)化率低等問題，但是黑曲霉與介質(zhì)之間的界面作用機(jī)制，以及調(diào)控過程仍不明了，嚴(yán)重制約了表面固定化發(fā)酵體系的建立與應(yīng)用推廣。在固定化細(xì)胞發(fā)酵模式下，選擇適宜的固定化載體是能否實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的關(guān)鍵。另外，現(xiàn)有固定化工藝中，載體制備工藝較復(fù)雜、載體回收損失較大、載體重復(fù)使用次數(shù)有限、一些載體的使用不利于發(fā)酵后期產(chǎn)物的分離純化，因而難以在工業(yè)規(guī)模上生產(chǎn)擴(kuò)大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種固定化黑曲霉產(chǎn)檸檬酸的發(fā)酵反應(yīng)器，以提高發(fā)酵過程的穩(wěn)定性和發(fā)酵檸檬酸產(chǎn)量。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種固定化黑曲霉產(chǎn)檸檬酸的發(fā)酵反應(yīng)器，包括發(fā)酵罐，所述發(fā)酵罐中部設(shè)有載體框，所述載體框內(nèi)填充有固定化載體；載體框中部縱向貫穿有一圓筒，所述圓筒上端內(nèi)部設(shè)有推進(jìn)式槳葉，圓筒下方依次設(shè)有渦輪槳葉和平式槳葉，所述渦輪槳葉和平式槳葉位于載體框的下方；推進(jìn)式槳葉、渦輪槳葉和平式槳葉自上而下分布在同一轉(zhuǎn)軸上，所述轉(zhuǎn)軸頂部與發(fā)酵罐上方的電機(jī)連接，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)推進(jìn)式槳葉、渦輪槳葉和平式槳葉同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述發(fā)酵罐底部設(shè)有氣體分布器，所述氣體分布器位于平式槳葉的下方。

優(yōu)選地，所述載體框的上下為中空的多孔圓盤，其外徑與發(fā)酵罐內(nèi)經(jīng)相等；所述圓筒直徑為發(fā)酵罐內(nèi)經(jīng)1/4～1/2。

優(yōu)選地，所述推進(jìn)式槳葉直徑為圓筒內(nèi)徑的0.6～0.9倍；所述渦輪槳葉為具有上下圓盤的后彎葉渦輪式槳葉，其上圓盤為圓錐式，下圓盤為平面式，直徑為發(fā)酵罐內(nèi)經(jīng)的0.4～0.7倍；所述平式槳葉為平直渦輪槳葉，直徑為發(fā)酵罐內(nèi)經(jīng)的0.1～0.4倍。

優(yōu)選地，所述氣體分布器為盤管式或者立柱式，位于平式槳葉的下方，其外周直徑為平式槳葉直徑的0.8～1.1倍。

具體地，所述固定化載體為邊長(zhǎng)1～5cm的正方體，或邊長(zhǎng)1～6cm、厚度為1-3cm的長(zhǎng)方體；其材質(zhì)為多孔聚氨酯、多孔活性炭、活性炭過濾棉、聚醚多元醇泡沫、凍干處理的多孔細(xì)菌纖維素、蜂孔纖維棉中的任意一種。

本發(fā)明進(jìn)一步提供上述發(fā)酵反應(yīng)器固定化黑曲霉產(chǎn)檸檬酸的方法，具體包括如下步驟：

(1)孢子制備：接種環(huán)在平板或斜面上刮5-6環(huán)黑曲霉至麩曲瓶中，溫度36度、濕度60％光照培養(yǎng)5-8天；

(2)黑曲霉固定培養(yǎng)，采用以下任意一種方法：