一種發(fā)酵生產(chǎn)1,3-丙二醇的固定化纖維床反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】一種發(fā)酵生產(chǎn)1,3-丙二醇的固定化纖維床反應(yīng)器，涉及1,3-丙二醇。設(shè)有反應(yīng)器、發(fā)酵罐、pH自動控制裝置；pH自動控制裝置設(shè)有發(fā)酵罐pH探頭、反應(yīng)器pH探頭、發(fā)酵罐pH檢測器、反應(yīng)器pH檢測器、堿液蠕動泵、堿液瓶、空氣過濾器，第1堿液瓶的堿液出口經(jīng)第1堿液蠕動泵接發(fā)酵罐；發(fā)酵罐pH探頭接發(fā)酵罐，其輸出端接發(fā)酵罐pH檢測器，發(fā)酵罐空氣過濾器出口接發(fā)酵罐；發(fā)酵罐出口經(jīng)發(fā)酵液蠕動泵接反應(yīng)器；第2堿液瓶出口經(jīng)蠕動泵接反應(yīng)器，第2堿液瓶上設(shè)有空氣過濾器；反應(yīng)器pH探頭接反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)填充纖維材料，反應(yīng)器pH探頭與反應(yīng)器pH檢測器連接，反應(yīng)器內(nèi)底部設(shè)篩板；反應(yīng)器上設(shè)有尾氣出口，反應(yīng)器接產(chǎn)物收集裝置。
【專利說明】—種發(fā)酵生產(chǎn)1, 3-丙二醇的固定化纖維床反應(yīng)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及1，3-丙二醇的生產(chǎn)設(shè)備，尤其涉及一種發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇的固定化纖維床反應(yīng)器。

【背景技術(shù)】
[0002]1，3-丙二醇(1，3-propaned1l,簡寫:1，3-PD)是一種重要的化工原料。由于它含有雙功能基團，可參與多種化學(xué)合成反應(yīng)，例如，作為單體可生產(chǎn)特殊場合使用的聚酯、聚醚、聚氨酯等縮聚物；作為有機合成中間體的原料，可用于多種藥物及新型抗氧化劑的合成；作為溶劑，能提高黏合劑、樹脂、洗漆劑、化妝品等產(chǎn)品的優(yōu)良性能(Kaur G, SrivastavaA K, Chand S.Advances in b1technological product1n of I, 3-propaned1l[J].B1chemical Engineering Journal, 2012, 64:106-118)。此外，以 I, 3-丙二醇代替 I, 4-丁二醇，還可用于生產(chǎn)熱塑性聚氨酯、共聚聚酯、工程塑料等。1，3-丙二醇脫水和脫氫可以生產(chǎn)與四氫呋喃和Y-丁內(nèi)酯化學(xué)性質(zhì)類似的產(chǎn)品，如氧雜環(huán)丁烷，并通過開環(huán)聚合反應(yīng)生產(chǎn)類似于聚四亞甲基醚二醇(PTMEG)的新型聚合物，或作為涂料中的反應(yīng)溶劑。1，3_丙二醇和對苯二甲酸能夠合成聚對苯二甲酸丙二酯(PTT)，使得1，3-丙二醇倍受世人關(guān)注(Deckwer W D.Microbial convers1n of glycerol to I, 3-propaned1l[J].FEMSMicrob1logy Reviews, 1995，16:143-149)。這是由于PTT既有聚酯的耐化學(xué)性又有聚酰胺纖維的良好回彈性、抗污性、抗褶皺性，且易于染色、手感柔軟、富有彈性、易干、低靜電性、生物降解性等特性，可用于地毯、工程塑料、膜及服裝材料等行業(yè)，被視為繼聚對苯二甲酸乙二酯(PET)和聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)之后的又一新型聚酯纖維，具有廣闊的市場前旦
-5^ O
[0003]用化學(xué)法合成1，3-丙二醇不僅生產(chǎn)成本高而且污染環(huán)境，目前國內(nèi)尚無化學(xué)法工業(yè)化報道。生物柴油作為可再生的清潔能源，在其生產(chǎn)過程中，最高可得到約10 %的副產(chǎn)物甘油；作為重要化工原料的1,3-丙二醇已引起人們的廣泛關(guān)注；所以如以生物柴油副產(chǎn)物甘油為原料生產(chǎn)1，3-丙二醇，不僅解決了生物柴油副產(chǎn)物甘油的出路問題，而且降低了1，3-丙二醇的生產(chǎn)成本。因而采用微生物法生產(chǎn)1，3-丙二醇具有巨大的潛力。
[0004]固定化細胞生物反應(yīng)器具有細胞密度高、催化效率高、耐毒害能力強、產(chǎn)物分離容易、能實現(xiàn)連續(xù)操作、易于放大及控制反應(yīng)過程，下游處理簡便等優(yōu)勢，是目前連續(xù)化大生產(chǎn)中應(yīng)用最多的一種生物反應(yīng)器。建立成本低、安全性高的1，3-丙二醇生產(chǎn)工藝，為綜合利用生物柴油副產(chǎn)物甘油提供有效的參考依據(jù)，以期獲得較高的經(jīng)濟價值和社會價值。
[0005]以弗氏朽1樣酸桿菌(Citrobacter freundii)為例，U.Pf Iugmacher 等人(U.Pflugmacher, G.Gottschalk.Development of an immobilized cell reactor forthe product1n of I,3-propaned1l by Citrobacter freundii[J].Appl.Microb1lB1technol.1994，41:313-316)使用聚氨酯材料作為固定化載體，反應(yīng)器是具有回流系統(tǒng)和pH調(diào)節(jié)系統(tǒng)的厭氧填充床反應(yīng)器。當(dāng)溫度37°C、pH6.9、稀釋率0.5h_\補料液甘油濃度0.4mol/L時，檢測到的1，3-丙二醇最大生產(chǎn)強度是8.2g/L/h。以克雷伯氏肺炎桿菌(Klebsiella pneumoniae)為例，Ya-Nan Zhao 等(Y.N.Zhao, G.Chen, S.J.Ya0.Microbialproduct1n of I, 3-propaned1l from glycerol by encapsulated Klebsiellapneumoniae [J].B1chemical Engineering Journal.2006, 32:93-99)將克雷伯氏肺炎桿菌用NaCS/PDMDAAC微膠囊包埋，利用甘油生產(chǎn)1，3-丙二醇。在微膠囊中菌體濃度可達到6.84g/L，比游離狀態(tài)高2.6倍，有效提高了底物耐受性和細胞穩(wěn)定性。在分批發(fā)酵中，I, 3-丙二醇濃度可達到63.lg/L，轉(zhuǎn)化率為0.65moll, 3-丙二醇/mol甘油。在分批發(fā)酵67h后，微膠囊固定化細胞仍保持一定活性，1，3-丙二醇濃度為51.86g/L。在稀釋率為0.33h-1的連續(xù)發(fā)酵中，1，3-丙二醇濃度為13.6g/L，生產(chǎn)強度為4.49g/L/h。傳統(tǒng)的固定化發(fā)酵存在著周期較短、產(chǎn)物生產(chǎn)強度在發(fā)酵一段時間后急劇下降的缺點，這主要是由于固定化載體上死細胞的積累和高密度發(fā)酵后期傳質(zhì)較差。微膠囊固定法由于成本高，并且受到傳質(zhì)條件限制，細胞難以實現(xiàn)自我更新以長期保證菌體活力，不適合大規(guī)模、長期連續(xù)生產(chǎn)。
[0006]纖維床生物反應(yīng)器(fibrous bed b1reactor, FBB)是由美國俄亥俄州立大學(xué)的楊尚天教授等人(Yang S T, White S A, Hsu S T.Extract1n of carboxylic acidswith tertiary and quaternary amines: effect of pH[J].Industrial&engineeringchemistry research, 1991, 30(6):1335-1342)在傳統(tǒng)填充床反應(yīng)器(packed bedreactor, PBR)性能的基礎(chǔ)上設(shè)計出的一種簡單、高效的生物反應(yīng)器，并首先應(yīng)用于丙酸發(fā)酵。棉纖維織物等纖維材料作為固定細胞的載體，具有孔隙率高(>95% )、比表面積(MOm2/m3)大、載體活性高、成本低、機械強度高、化學(xué)惰性等優(yōu)點。FBB中的固定化細胞則可以不斷更新，死細胞會隨著培養(yǎng)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，與傳統(tǒng)的固定化方式相比，F(xiàn)BB的傳質(zhì)效率更高。FBB可以連續(xù)運行6個月至I年，同時也能有效地避免污染和堵塞等固定化發(fā)酵中的常見問題。目前利用纖維床反應(yīng)器生產(chǎn)I, 3-丙二醇未見報道。
[0007]本 申請人:在中國專利CN102965323A中公開一種生產(chǎn)1，3_丙二醇的菌株篩選方法與應(yīng)用，涉及1，3-丙二醇。提供丁酸梭菌(Clostridium butyricum)Genl60以及利用廢甘油生產(chǎn)1，3-丙二醇的菌株篩選方法與應(yīng)用。步驟為取采集樣品加入到白菜汁中，富集培養(yǎng)后置水浴，殺死非芽孢菌，轉(zhuǎn)入梭菌增殖液體培養(yǎng)基，厭氧培養(yǎng)再置水浴，轉(zhuǎn)入發(fā)酵培養(yǎng)基，厭氧選擇性富集培養(yǎng)后進行高效液相色譜分析發(fā)酵產(chǎn)物，選取能生產(chǎn)1，3-丙二醇的陽性菌；采用高層瓊脂柱法分離出單菌落；進行好氧和厭氧培養(yǎng)，除去兼性厭氧菌，得到嚴(yán)格厭氧菌，分析發(fā)酵產(chǎn)物，選取能夠生產(chǎn)1，3-丙二醇和培養(yǎng)特征、菌落形態(tài)均符合丁酸梭菌培養(yǎng)特征的菌株進行16SrDNA序列分析鑒定。所述菌種為丁酸梭菌(Clostridiumbutyricum)Genl60，該菌種已于2012年07月05日保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，保藏編號為CGMCCN0.6317，地址為北京市朝陽區(qū)北辰西路I號院3號，中國科學(xué)院微生物研究所，郵政編碼100101。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種發(fā)酵生產(chǎn)1，3_丙二醇的固定化纖維床反應(yīng)器。
[0009]本發(fā)明設(shè)有反應(yīng)器、發(fā)酵罐、pH自動控制裝置；
[0010]所述pH自動控制裝置設(shè)有發(fā)酵罐pH探頭、反應(yīng)器pH探頭、發(fā)酵罐pH檢測器、反應(yīng)器PH檢測器、第I堿液蠕動泵、第2堿液蠕動泵、第I堿液瓶、第2堿液瓶、第I空氣過濾器、發(fā)酵罐空氣過濾器、第2空氣過濾器和連接管路，空氣經(jīng)第I空氣過濾器接入第I堿液瓶中，第I堿液瓶的堿液出口經(jīng)第I堿液蠕動泵接入發(fā)酵罐內(nèi)；發(fā)酵罐PH探頭接在發(fā)酵罐內(nèi)，發(fā)酵罐pH探頭的輸出端接發(fā)酵罐pH檢測器，發(fā)酵罐空氣過濾器的輸出口接入發(fā)酵罐內(nèi)；發(fā)酵罐上接有發(fā)酵罐氣體入口 ；發(fā)酵罐的發(fā)酵液出口經(jīng)發(fā)酵液蠕動泵接反應(yīng)器；第2堿液瓶的堿液出口經(jīng)第2堿液蠕動泵接入反應(yīng)器內(nèi)，第2堿液瓶上設(shè)有第2空氣過濾器；反應(yīng)器PH探頭接在反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)器內(nèi)填充有纖維材料，反應(yīng)器pH探頭與反應(yīng)器pH檢測器連接，反應(yīng)器內(nèi)底部設(shè)有多孔篩板；反應(yīng)器上設(shè)有反應(yīng)器尾氣出口，反應(yīng)器通過管路與產(chǎn)物收集裝置連接。
[0011]所述產(chǎn)物收集裝置可采用產(chǎn)物收集瓶，產(chǎn)物收集瓶上可設(shè)有尾氣出口。
[0012]所述纖維材料可采用植物纖維、動物纖維、合成纖維等中的一種，所述植物纖維可選自紗布、棉布等；所述動物纖維可選自羊毛織物等；所述合成纖維可選自滌綸織物等。纖維材料可繞成圓筒狀固定于反應(yīng)器內(nèi)，作為細胞固定化載體。
[0013]當(dāng)容器內(nèi)pH低于所控pH時，通過蠕動泵將堿液瓶中的堿液補入發(fā)酵罐及反應(yīng)器中自動控制pH;補料裝置由蠕動泵將發(fā)酵罐中的培養(yǎng)基通過連接于反應(yīng)器上的管路補入反應(yīng)器，反應(yīng)器上部通過管路設(shè)置一個尾氣出口。
[0014]本發(fā)明可用于1，3-丙二醇的生產(chǎn)，采用本發(fā)明生產(chǎn)1，3-丙二醇的方法如下:
[0015]將1，3-丙二醇發(fā)酵菌體種子液按體積百分比4%~10%的接種量接種于發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵培養(yǎng)基中，從氣體入口通入惰性氣體，培養(yǎng)6~12h，然后將發(fā)酵罐和反應(yīng)器串聯(lián)I~3h，實現(xiàn)菌體的吸附(即菌體固定在纖維材料上)；通過補料裝置將發(fā)酵培養(yǎng)基補入反應(yīng)器中，從氣體入口通入惰性氣體，利用PH自動控制裝置補入堿液，控制反應(yīng)器中的發(fā)酵液pH值，實現(xiàn)1，3-丙二醇生產(chǎn)菌的固定化連續(xù)發(fā)酵。
[0016]所述1，3-丙二醇發(fā)酵菌體為丁酸梭菌(Clostridium butyricum) Genl60,該菌種已由本 申請人:于2012年07月05日保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，保藏編號為CGMCC N0.6317(地址為北京市朝陽區(qū)北辰西路I號院3號，中國科學(xué)院微生物研究所，郵政編碼100101)，參見本 申請人:在中國專利CN102965323A中公開的信息。
[0017]所述惰性氣體可采用氮氣；尾氣為氮氣、氫氣與二氧化碳的混合氣。
[0018]所述種子液為接種了菌株的種子培養(yǎng)基。
[0019]所述發(fā)酵液為接種了菌株的發(fā)酵培養(yǎng)基。
[0020]所述種子培養(yǎng)基為(/L):甘油，10~40g ；K2HPO4.3H20，2 ~5g ；ΚΗ2Ρ04,1 ~3g ;(NH4) 2S04，2 ~5g ；MgS04.7H20，2 ~5g ；CaCl2.2H20，2 ~5g ;酵母粉，I ~1g ;微量元素溶液，I~1mL ；Fe溶液，I~1mL ；自然pH。
[0021]所述發(fā)酵培養(yǎng)基為(/L):甘油(甘油含量由液相色譜分析測定)30~500g/L ;K2HPO4.3Η20，0.I ~2.0g ；KH2PO4,0.1 ~2.0g ; (NH4)2SO4,0.5 ~5.0g ；MgS04.7Η20，0.I ~1.0g ；CaCl2.2Η20，0.01 ~0.2g ;酵母粉，0.5 ~5.0g ;微量元素溶液，I ~1mL ；Fe 溶液I ~1mL0
[0022]所述Fe 溶液為(/L) =FeSO4.7H20，I ~1g ；HC1 (37% )，I ~40mL。
[0023]所述微量元素溶液為(/L):ZnC12，0.01 ~0.2g ；MnCl2.4Η20，0.01 ~0.2g ；H3BO3,0.01 ~0.1g ；CoCl2.6Η20，0.I ~0.5g ；CuCl2.2Η20，0.01 ~0.05g ；NiCl2.6Η20，0.02 ~0.05g ；Na2MoO4.2Η20，0.01 ~0.06g ；HC1 (37% ), I ~ 9mL。
[0024]所述堿液為摩爾濃度I~15mol/L的氫氧化鈉溶液。
[0025]與其它固定化方法相比較，本發(fā)明的優(yōu)勢在于:
[0026]1.裝置簡化:本發(fā)明構(gòu)建的纖維床反應(yīng)器裝置不需要利用固定化柱實現(xiàn)細胞在纖維材料上的固定，而是將纖維材料固定于反應(yīng)器中，直接實現(xiàn)細胞的固定化，省去了固定化柱，提高了反應(yīng)器的利用率，使裝置得到了簡化。
[0027]2.細胞的高效吸附與不斷更新:纖維床反應(yīng)器中的纖維材料利用自身的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠保證一定數(shù)量菌體的高效吸附。同時，與其他固定化方法不同，只有具有高效活性的細胞才能吸附于纖維床上，處于衰退期的細胞會自動脫落，保證了纖維床上細胞的活力。
[0028]3.傳質(zhì)效率提高:與包埋法不同，構(gòu)建的纖維床反應(yīng)器與發(fā)酵液直接接觸，免去了物質(zhì)傳遞過程，提高了傳質(zhì)效率。
[0029]4.細胞“馴化”:利用固定化纖維床反應(yīng)器可以“馴化”細胞，反應(yīng)器的特定培養(yǎng)環(huán)境將使細胞自身發(fā)生一些變化來適合新的生長環(huán)境，經(jīng)固定化纖維床反應(yīng)器“馴化”，篩選出的菌株將具有更強的適應(yīng)能力和生產(chǎn)能力。
[0030]5.細胞固定化成本較低:與包埋法相比，纖維床反應(yīng)器中所用的纖維材料成本低，經(jīng)久耐用，適合1，3-丙二醇的發(fā)酵生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1是本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中各標(biāo)記為:1-1.第I空氣過濾器；1-2.發(fā)酵罐空氣過濾器；1-3.第2空氣過濾器；1-4.反應(yīng)器尾氣出口 ；1-5.產(chǎn)物瓶尾氣出口 ；2-1.第I堿液瓶；2_2.第2堿液瓶；3_1.第I堿液螺動泵；3_2.發(fā)酵液螺動泵；3_3.第2堿液蠕動泵；4-1.發(fā)酵罐pH檢測器；4-2.反應(yīng)器pH檢測器；5.發(fā)酵罐氣體入口 ；6.發(fā)酵罐；7-1.發(fā)酵罐pH探頭；7-2.反應(yīng)器pH探頭；8.反應(yīng)器；9.纖維材料；10.多孔篩板；11.產(chǎn)物收集瓶。
[0032]圖2是1，3_丙二醇高效液相色譜分析圖。圖中:1，3_丙二醇出峰時間為20.103min。

【具體實施方式】
[0033]以下實施例是對本發(fā)明的進一步說明。
[0034]根據(jù)圖1，本發(fā)明實施例設(shè)有反應(yīng)器8、發(fā)酵罐6、pH自動控制裝置。
[0035]所述pH自動控制裝置設(shè)有發(fā)酵罐pH探頭7-1、反應(yīng)器pH探頭7_2、發(fā)酵罐pH檢測器4-1、反應(yīng)器pH檢測器4-2、第I堿液蠕動泵3-1、第2堿液蠕動泵3_3、第I堿液瓶2_1、第2堿液瓶2-2、第I空氣過濾器1-1、發(fā)酵罐空氣過濾器1-2、第2空氣過濾器1_3和連接管路，空氣經(jīng)第I空氣過濾器1-1接入第I堿液瓶2-1中，第I堿液瓶2-1的堿液出口經(jīng)第I堿液蠕動泵3-1接入發(fā)酵罐6內(nèi)；發(fā)酵罐pH探頭7-1接在發(fā)酵罐6內(nèi)，發(fā)酵罐pH探頭7-1的輸出端接發(fā)酵罐pH檢測器4-1，發(fā)酵罐空氣過濾器1-2的輸出口接入發(fā)酵罐6內(nèi)；發(fā)酵罐6上接有發(fā)酵罐氣體入口 5 ;發(fā)酵罐6的發(fā)酵液出口經(jīng)發(fā)酵液蠕動泵3-2接反應(yīng)器8 ；第2堿液瓶2-2的堿液出口經(jīng)第2堿液蠕動泵3-3接入反應(yīng)器8內(nèi)，第2堿液瓶2_2上設(shè)有第2空氣過濾器1-3 ;反應(yīng)器pH探頭7-2接在反應(yīng)器8內(nèi)，反應(yīng)器8內(nèi)填充有纖維材料9，反應(yīng)器pH探頭7-2與反應(yīng)器pH檢測器4-2連接，反應(yīng)器8內(nèi)底部設(shè)有多孔篩板10 ;反應(yīng)器8上設(shè)有反應(yīng)器尾氣出口 1-4，反應(yīng)器8通過管路與產(chǎn)物收集裝置連接。
[0036]所述產(chǎn)物收集裝置可采用產(chǎn)物收集瓶11，產(chǎn)物收集瓶11上設(shè)有尾氣出口 1-5。
[0037]所述纖維材料可采用植物纖維、動物纖維、合成纖維等中的一種，所述植物纖維可選自紗布、棉布等；所述動物纖維可選自羊毛織物等；所述合成纖維可選自滌綸織物等。纖維材料可繞成圓筒狀固定于反應(yīng)器內(nèi)，作為細胞固定化載體。
[0038]當(dāng)容器內(nèi)pH低于所控pH時，通過蠕動泵將堿液瓶中的堿液補入發(fā)酵罐及反應(yīng)器中自動控制pH;補料裝置由蠕動泵將發(fā)酵罐中的培養(yǎng)基通過連接于反應(yīng)器上的管路補入反應(yīng)器，反應(yīng)器上部通過管路設(shè)置一個尾氣出口。
[0039]本發(fā)明可用于1，3-丙二醇的生產(chǎn)，采用本發(fā)明生產(chǎn)1，3-丙二醇的方法如下:
[0040]將1，3-丙二醇發(fā)酵菌體種子液按體積百分比4%~10%的接種量接種于發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵培養(yǎng)基中，從氣體入口通入惰性氣體，培養(yǎng)6~12h，然后將發(fā)酵罐和反應(yīng)器串聯(lián)I~3h，實現(xiàn)菌體的吸附(即菌體固定在纖維材料上)；通過補料裝置將發(fā)酵培養(yǎng)基補入反應(yīng)器中，從氣體入口通入惰性氣體，利用PH自動控制裝置補入堿液，控制反應(yīng)器中的發(fā)酵液pH值，實現(xiàn)1，3-丙二醇生產(chǎn)菌的固定化連續(xù)發(fā)酵。
[0041]所述1，3-丙二醇發(fā)酵菌體為丁酸梭菌(Clostridium butyricum) Genl60,該菌種已由本 申請人:于2012年07月05日保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，保藏編號為CGMCC N0.6317(地址為北京市朝陽區(qū)北辰西路I號院3號，中國科學(xué)院微生物研究所，郵政編碼100 101)，參見本 申請人:在中國專利CN102965323A中公開的信息。
[0042]所述惰性氣體可采用氮氣；尾氣為氮氣、氫氣與二氧化碳的混合氣。
[0043]所述種子液為接種了菌株的種子培養(yǎng)基。
[0044]所述發(fā)酵液為接種了菌株的發(fā)酵培養(yǎng)基。
[0045]所述種子培養(yǎng)基為(/L):甘油，10~40g ；K2HPO4.3H20，2 ~5g ；KH2PO4,1 ~3g ;(NH4) 2S04，2 ~5g ；MgS04.7H20，2 ~5g ；CaCl2.2H20，2 ~5g ;酵母粉，I ~1g ;微量元素溶液，I~1mL ；Fe溶液，I~1mL ；自然pH。
[0046]所述發(fā)酵培養(yǎng)基為(/L):甘油(甘油含量由液相色譜分析測定)30~500g/L ;K2HPO4.3Η20，0.I ~2.0g ；KH2PO4,0.1 ~2.0g ; (NH4)2SO4,0.5 ~5.0g ；MgS04.7Η20，0.I ~
1.0g ；CaCl2.2Η20，0.01 ~0.2g ;酵母粉，0.5 ~5.0g ;微量元素溶液，I ~1mL ；Fe 溶液I ~1mL0
[0047]所述Fe 溶液為(/L) =FeSO4.7H20，I ~1g ；HC1 (37% )，I ~40mL。
[0048]所述微量元素溶液為(/L)=ZnCl2,0.01 ~0.2g ；MnCl2.4Η20，0.01 ~0.2g ；H3BO3,0.01 ~0.1g ；CoCl2.6Η20，0.I ~0.5g ；CuCl2.2Η20，0.01 ~0.05g ；NiCl2.6Η20，0.02 ~
0.05g ；Na2MoO4.2Η20，0.01 ~0.06g ；HC1 (37% ), I ~ 9mL。
[0049]所述堿液為摩爾濃度I~15mol/L的氫氧化鈉溶液。
[0050]纖維材料(40X40cm)作為細胞固定化載體繞成圓筒狀固定于反應(yīng)器(內(nèi)徑4cm,有效反應(yīng)高度40cm)內(nèi)，pH自動控制裝置和補料裝置與反應(yīng)器相連。發(fā)酵罐上接有氣體入口、PH自動控制系統(tǒng)、氣體出口及內(nèi)置攪拌裝置和發(fā)酵液出口泵。補料裝置由發(fā)酵液蠕動泵3-2將發(fā)酵罐6內(nèi)的培養(yǎng)基通過連接于反應(yīng)器8上的管路補入反應(yīng)器8。反應(yīng)器8上部通過管路設(shè)置一個反應(yīng)器尾氣出口 1-4。
[0051]以下具體說明實施流程。
[0052]實施例1:
[0053]利用丁酸梭菌Gen 160在固定化纖維床反應(yīng)器中生產(chǎn)1，3_丙二醇。
[0054]種子培養(yǎng)基(g.l-1):甘油，20 ；K2HPO4.3Η20，4.45 ；KH2PO4,1.3 ； (NH4)2SO4, 2 ；MgSO4.7Η20，0.2 ；CaCl2.2Η20，0.02 ;酵母粉，I。微量元素溶液 ImL, Fe 溶液 ImL0
[0055]發(fā)酵培養(yǎng)基(g.l-1):甘油，50 ；K2HPO4.3H20，I ；KH2PO4,0.5 ； (NH4)2SO4, 2 ；MgSO4.7Η20，0.2 ；CaCl2.2Η20，0.02 ;酵母粉，I。微量元素溶液 ImL ；Fe 溶液 ImL ；pH6.5。
[0056]Fe 溶液=FeSO4.7H20, 5g.L-1 ；HC1 (37% ), 4ml.L-1。
[0057]微量元素溶液(g.L-1) =ZnCl2,0.07 ；MnCl2.4Η20，0.I ;Η3Β03，0.06 ；CoCl2.6Η20,0.2 ；CuCl2.2Η20，0.02 ；NiCl2.6Η20，0.025 ；Na2MoO4.2Η20，0.035 ；HC1(37% )，0.9mL.L—1。
[0058]按10% (v/v)的接種量將丁酸梭菌Gen 160種子液接入裝有2L發(fā)酵培養(yǎng)基的發(fā)酵罐中，恒溫37°C、轉(zhuǎn)速150rpm，控制ρΗ7.0，從氣體入口通入0.lL/min N2，發(fā)酵8h至對數(shù)生長期。反應(yīng)器預(yù)先通入N2除氧，8h后用蠕動泵將發(fā)酵罐中的發(fā)酵液以20mL/min的流速補入反應(yīng)器中，將菌體固定在棉質(zhì)纖維材料上。在發(fā)酵罐中新加2L發(fā)酵培養(yǎng)基，用蠕動泵以稀釋率0.33H-1向反應(yīng)器補入發(fā)酵培養(yǎng)基，用蠕動泵補入4mol/L NaOH溶液控制反應(yīng)器中PH7.0，通過調(diào)節(jié)夾套恒溫水控制反應(yīng)器溫度為37°C。35h后1，3-丙二醇濃度可達到15g/L，生產(chǎn)強度5.91g/L/h。
[0059]實施例2:
[0060]利用丁酸梭菌Gen 160在固定化纖維床反應(yīng)器中生產(chǎn)1，3_丙二醇。
[0061]培養(yǎng)基同實施例1。
[0062]按10% (v/v)的接種量將丁酸梭菌Gen 160種子液接入裝有2L發(fā)酵培養(yǎng)基的發(fā)酵罐中，恒溫37°C、轉(zhuǎn)速150rpm，控制ρΗ7.0，從氣體入口通入0.lL/min N2，發(fā)酵8h至對數(shù)生長期。堿液瓶中裝有4mol/L NaOH溶液。反應(yīng)器預(yù)先通入N2除氧，8h后用蠕動泵將發(fā)酵te中的發(fā)酵液以40mL/min的流速補入反應(yīng)器中，將囷體固定在合成纖維材料上。在發(fā)酵iil中新加2L含甘油量為SOOg的發(fā)酵培養(yǎng)基，用蠕動泵以稀釋率0.1r1向反應(yīng)器補入發(fā)酵培養(yǎng)基，用蠕動泵補入4mol/L NaOH溶液控制反應(yīng)器中pH7.0，通過調(diào)節(jié)夾套恒溫水控制反應(yīng)器溫度為35°C。3d后1，3-丙二醇濃度可達到65g/L，生產(chǎn)強度1.01g/L/h。
[0063] 本發(fā)明可設(shè)有溫度控制裝置，溫度控制裝置由恒溫水通入反應(yīng)器外圍的夾套層控制反應(yīng)器內(nèi)恒定溫度及發(fā)酵罐中溫度控制系統(tǒng)控制發(fā)酵罐內(nèi)恒定溫度。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇的固定化纖維床反應(yīng)器，其特征在于設(shè)有反應(yīng)器、發(fā)酵罐、PH自動控制裝置； 所述PH自動控制裝置設(shè)有發(fā)酵罐pH探頭、反應(yīng)器pH探頭、發(fā)酵罐pH檢測器、反應(yīng)器PH檢測器、第I堿液蠕動泵、第2堿液蠕動泵、第I堿液瓶、第2堿液瓶、第I空氣過濾器、發(fā)酵罐空氣過濾器、第2空氣過濾器和連接管路，空氣經(jīng)第I空氣過濾器接入第I堿液瓶中，第I堿液瓶的堿液出口經(jīng)第I堿液蠕動泵接入發(fā)酵罐內(nèi)；發(fā)酵罐pH探頭接在發(fā)酵罐內(nèi)，發(fā)酵罐pH探頭的輸出端接發(fā)酵罐pH檢測器，發(fā)酵罐空氣過濾器的輸出口接入發(fā)酵罐內(nèi)；發(fā)酵罐上接有發(fā)酵罐氣體入口 ；發(fā)酵罐的發(fā)酵液出口經(jīng)發(fā)酵液蠕動泵接反應(yīng)器;第2堿液瓶的堿液出口經(jīng)第2堿液蠕動泵接入反應(yīng)器內(nèi)，第2堿液瓶上設(shè)有第2空氣過濾器；反應(yīng)器pH探頭接在反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)器內(nèi)填充有纖維材料，反應(yīng)器PH探頭與反應(yīng)器pH檢測器連接，反應(yīng)器內(nèi)底部設(shè)有多孔篩板；反應(yīng)器上設(shè)有反應(yīng)器尾氣出口，反應(yīng)器通過管路與產(chǎn)物收集裝置連接。
2.如權(quán)利要求1所述一種發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇的固定化纖維床反應(yīng)器，其特征在于所述產(chǎn)物收集裝置采用產(chǎn)物收集瓶，產(chǎn)物收集瓶上設(shè)有尾氣出口。
3.如權(quán)利要求1所述一種發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇的固定化纖維床反應(yīng)器，其特征在于所述纖維材料采用植物纖維、動物纖維、合成纖維中的一種。
4.如權(quán)利要求3所述一種發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇的固定化纖維床反應(yīng)器，其特征在于所述植物纖維選自紗布、棉布。
5.如權(quán)利要求3所述一種發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇的固定化纖維床反應(yīng)器，其特征在于所述動物纖維選自羊毛織物。
6.如權(quán)利要求3所述一種發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇的固定化纖維床反應(yīng)器，其特征在于所述合成纖維選自滌綸織物。
7.如權(quán)利要求1所述一種發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇的固定化纖維床反應(yīng)器，其特征在于纖維材料繞成圓筒狀固定于反應(yīng)器內(nèi)，作為細胞固定化載體。
【文檔編號】C12M1/36GK104130934SQ201410392120
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月11日
【發(fā)明者】方柏山, 邱隆輝, 張藍藍, 王世珍 申請人:廈門大學(xué)