[发明专利]适用于需氧发酵的纤维床反应器及其生产L‑鸟氨酸方法

说明书

技术领域

本发明属于发酵工程与过程工程技术领域，具体涉及一种发酵生产L-鸟氨酸的纤维床反应器及其方法。

背景技术

纤维床生物反应器(FBB)是由美国俄亥俄州立大学的杨尚天教授等人在改进传统的填充床反应器(packed bed reactor，PBR)性能的基础上设计出的一种简单、高效的生物反应器。主要实施方式是将一种改性后的纤维绕成轴状固定于固定化细胞装置中作为固定细胞的载体，通过恒流泵实现固定化细胞装置与罐中的物质交换，同时利用固定化细胞装置中的细胞能多次使用的特性，可以进行多批次半连续发酵，该反应器成功用于丙酸的多批次生产。

与传统固定化细胞相比，FBB细胞固定化过程温和，制备方法简单，而且FBB固定化细胞可以不断更新，死细胞会随着培养基的流动而自动脱落，附着空间被新生细胞替代，固定化载体上可以一直保持较高的活细胞比例；同时，由于采用了高孔隙率和高比表面积的纤维材料作为固定化载体，FBB具有更高的传质效率。

徐虹等利用这种纤维床反应器实现了多种有机酸的生产；同时对此装置进行改进，使用萃取分离装置进行耦合，实现了丙酸多批次生产和在线分离，极大的提高了发酵法生产丙酸的的产率。此外，固定化细胞的可重复利用的特点使得固定化纤维床反应器可以在单批次发酵的基础上，循环操作，实现多批次发酵生产。但是，在应对工业生产中的实际问题比如染菌等，这种装置的在实际生产中应变性较差，很难实现真正的连续发酵，同时现有的纤维床生物反应器主要用于有机酸的发酵，属于厌氧发酵，对需氧发酵过程应用很少。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题提供一种适用于需氧发酵的纤维床反应器及其生产L-鸟氨酸方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种适用于需氧发酵的纤维床反应器，该反应器包括第一搅拌反应器、第二搅拌反应器、固定化装置、第一补料罐和第二补料罐；

所述固定化装置的上部分别与第一搅拌反应器上部和第二搅拌反应器上部相连，所述固定化装置的下部分别通过恒流泵与第一搅拌反应器下部和第二搅拌反应器下部相连，从而固定化装置分别与第一搅拌反应器和第二搅拌反应器形成各自的循环回路；

所述的第一补料罐通过恒流泵分别与第一搅拌反应器和第二搅拌反应器相连，所述的第二补料罐通过恒流泵也分别与第一搅拌反应器和第二搅拌反应器相连；

所述的第一搅拌装置的下部、第二搅拌装置的下部和固定化装置的下部均设有与其匹配的通气装置。

所述的适用于需氧发酵的纤维床反应器中固定化装置为含有固定化材料的固定化柱，所述的固定化材料由支撑挡板分割成多层固定于固定化柱中；所述的固定化材料为植物纤维、动物纤维、金属纤维和合成纤维中的任意一种。

上述第一补料罐用于补充发酵培养基；第二补料罐用于补充葡萄糖。

一种利用上述装置进行细菌需氧发酵生产的方法，该方法包括以下步骤：

(1)将生产所用菌接入装有种子培养基的第一搅拌反应器中，开启恒流泵和/或通过通气装置进气口产生的负压使得第一搅拌反应器与固定化装置进行物料循环交换，物料循环交换的时间为10～15h，从而使得菌体固定于固定化装置中，菌体固定后放出第一搅拌装置中的种子培养基；

(2)将第一补料罐中的发酵培养基补充到第一搅拌反应器中，开启恒流泵和/或通过通气装置进气口产生的负压使得第一搅拌反应器的发酵培养基与固定化装置进行物料循环交换，通过固定化装置中的菌体进行发酵30～50h，发酵完毕后关闭第一搅拌反应器与固定化装置循环回路，放出第一搅拌反应器中的发酵液；

(3)将第一补料罐中的发酵培养基装入第二搅拌反应器中，开启恒流泵和/或通过通气装置进气口产生的负压使得第二搅拌反应器的发酵培养基与固定化装置进行物料循环交换，通过固定化装置中的菌体进行发酵30～50h，发酵完毕后关闭第二搅拌反应器与固定化装置循环回路，放出第二搅拌反应器中的发酵液；

(4)依次重复步骤(2)和步骤(3)的操作步骤，即为生成L-鸟氨酸的方法。