[发明专利]气升环流式反应器在生物发酵法生产丙酮酸中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及气升环流式反应器在生物发酵法生产丙酮酸中的应用。

背景技术

丙酮酸及盐在我国已有一定的生产历史，但目前多是采用化学合成的方法生产少量的试剂级、工业原料的丙酮酸及盐、生产工艺落后。如：国内丙酮酸钙由丙酮酸和钙离子结合生成，主要工艺以丙酮酸与石灰乳，经过高温、蒸发、结晶而成。丙酮酸盐的制取一般都要以丙酮酸为原料，因此丙酮酸的制备是非常关键的。国内丙酮酸的生产方法以化学合成法为主，此方法因成本高、污染大等劣势难以符合环境要求。而采用生物发酵法具有原料成本低、来源广、产物纯度高、反应条件温和等许多优点，是目前极具市场竞争力、发展前景良好的工艺路线。

影响丙酮酸生产成本的因素主要包括发酵原料、菌体中的含量、菌体发酵密度等，菌体的高密度培养是工业发酵的关键技术之一。传统的机械搅拌发酵罐需以巨大的电机作为动力，耗电量大，成本高，使用规模过小，且后期均以纯氧培养，在工作过程中高粘度物料在远离搅拌浆的近壁区常出现的滞流边界层，特别是在挡板后面会形成静止区或滞流区，这对剪切力敏感菌体的培养会造成很大的影响。

气升环流式反应器根据其物理结构的不同可分为两类：内环流反应器和外不流反应器。与传统的机械搅拌发酵罐相比，气升环流式反应器是一种气体搅动装置，避免了由于密封、复杂的轴承或磁力驱动导致污染的可能性，还降低了设备的投资成本，容易实现相间传质和反应热量的导入与导出，提高了操作弹性和稳定性。

由于气升环流式反应器具有这样的优点，其在工业上越来越受到人们的重视，由于对其流动与传质行为认识上的不足，目前在设计与放大的过程中仍存在较大的不可预知性。尤其在生物发酵法生产丙酮酸中过程中应用不同容量大小的气升环流式反应器，其温度、压力、时间等控制参数的确定上存在着一定的困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种大大缩短发酵周期、节约成本、可确定各种有效发酵条件中控制参数的气升环流式反应器在生物发酵法生产丙酮酸中的应用。

气升环流式反应器在生物发酵法生产丙酮酸中的应用，其特征在于包括以下主要工艺步骤：（1）发酵培养基配料：

在每1000mL的水中放入葡萄糖90g～120g 、蛋白胨3～15g、碳酸钙或氢氧化钠或碳酸氢钠30g～40g，将上述原料充分混合，混合物的pH值为5.0～ 5.6 ，将上述混合物在108℃～120℃温度下进行10分钟～15分钟灭菌后，放入3m³～15m³气升环流式反应器中备用；

（2）发酵菌种培养：

将假丝球拟酵母或光滑球拟酵母在30～32℃下培养16～24小时后转入0.2m³～1.5m³气升环流式反应器进行种子扩大培养，培养时间为20～24小时，菌种浓度重量比达到0.8%～1.2%；

（3）发酵：

将上述3m³～15m³气升环流式反应器中备用的发酵培养基与0.2m³～1.5m³气升环流式反应器中培养的菌种放入50m³～150m³气升环流式反应器中发酵，发酵过程中温度控制在28℃～32℃，压力为0.03Mpa～0.05Mpa，时间为48～56小时，当发酵液中葡萄糖残糖降至1%以下时，终止发酵；

（4）将上述含有丙酮酸盐和菌种的发酵液在80℃～95℃温度下持续灭活10分钟～20分钟，使菌种失去活力，再经沉淀、过滤、消毒后，得丙酮酸盐溶液；

（5）将上述所得丙酮酸盐溶液利用阳离子交换设备进行置换反应得丙酮酸溶液，运行时流速控制为8～15m³/h，出料硬度控制为0.01～0.03mg·mol/L。

所述假丝球拟酵母或光滑球拟酵母菌种的活化：在斜面固体种子培养基上取一环菌种置于液体种子培养基中，进行摇瓶培养，在30℃～32℃下培养16～24小时后，进入0.2m³～1.5m³气升环流式反应器进行种子扩大培养。

所述斜面固体种子培养基的组成为：蛋白胨为10～15g、葡萄糖为 20～30g、琼脂为15～20g、蒸馏水1000 mL，上述培养基的 PH值为 5.0～5.6。

所述液体种子培养基的组成为：蛋白胨为10～15g、葡萄糖为 20～30g 、蒸馏水1000 mL，上述培养基的PH值为5.0～5.6。