[发明专利]一种连续发酵的方法及系统

说明书

本发明公开了一种连续发酵系统，可用于进行可循环的热偶联酶解发酵乙醇，包括生物反应装置、热交换装置、闪蒸装置、原料提供装置和分离装置，并通过管路连接。本发明还公开了一种连续发酵方法，该方法用于生产乙醇，包括发酵过程和酶解过程，发酵过程和酶解过程分开进行，并且酶解过程中的一部分热量交换给发酵过程中产生的发酵液。本发明的系统和方法，使得酶解过程与发酵过程都能在最优的条件下进行，降低了能源消耗，而且生产条件温和、操作简便，适宜于大规模工业化应用。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，尤其涉及一种连续发酵的方法及系统，具体涉及一种可循环的热偶联酶解发酵乙醇的方法及系统。

背景技术

能源是现代社会赖以生存和发展的基础。为弥补化石燃料的不足、优化能源结构和保护生态环境，大力开发新能源和可再生能源是当今世界研究开发的热点。乙醇是重要的化工原料和潜在的液体燃料资源，是未来最具前途的汽油代替燃料之一。但是，传统的乙醇生产是以粮食发酵工艺为主，其生产成本和发展受到了很大的限制。

传统的乙醇发酵工艺采用游离细胞发酵，酵母随发酵醪不断流走，造成发酵罐中酵母细胞浓度降低，发酵速度慢、时间长。另外，在分批发酵过程中，微生物处于连续变化的环境中，由于基质的不断消耗，有害代谢产物的不断积累，使微生物不能长久的处于旺盛的发酵期，造成发酵设备的利用率低，单位体积、时间内所产生的产物也少。

木质纤维素以其存在区域广泛、年积累量大、获得方式多为特点，成为了理想的生物燃料原料。近年来，利用木质纤维素作为原料，进行乙醇的同步糖化发酵也得到了越来越广泛的关注和应用。

传统的同步糖化发酵在同一个发酵装置中进行，对发酵体系中的原料进行补充时，存在染菌，补料困难等问题，并且酶解与酵母发酵的最适条件并不一致。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种可循环的、热偶联酶解且反应条件温和、废水排放少、污染少的连续发酵方法和相关的系统。

发明内容

有鉴于现有技术中的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种可循环的、热偶联酶解且反应条件温和、废水排放少、污染少的连续发酵方法和相关的系统。

本发明的一个方面提供了一种连续发酵系统。在一个优选的实施方式中，该系统包括生物反应装置、热交换装置、闪蒸装置、原料提供装置和分离装置，并通过管路连接，其中，

生物反应装置的出口与热交换装置的第一入口相连，热交换装置的第一出口和生物反应装置的入口相连；

热交换装置的第二出口和闪蒸装置相连；

闪蒸装置和设置在原料提供装置中的中空纤维膜管的入口相连，中空纤维膜管的出口和热交换装置的第二入口相连；

分离装置和所述闪蒸装置相连。原料提供装置与生物反应装置在整个系统运行过程中同时进行工作。

进一步地，生物反应装置的出口设置有超滤膜，用以分离发酵液中的菌体，将分离出的菌体返回至生物反应装置中重复使用。

进一步地，中空纤维膜管为超滤膜组件。

优选地，杉树超滤膜组件的截留分子量为8-12kD，使得原料提供装置中产生的糖原料能扩散进入该超滤膜组件内部，而原料提供装置中的酶被截留在原料提供装置中。

本发明的另一个方面提供了一种连续发酵方法。在一个优选的实施方式中，该方法用于生产乙醇，包括发酵过程和酶解过程，发酵过程和酶解过程分开进行，并且酶解过程中的一部分热量交换给发酵过程中产生的发酵液。

进一步地，该方法包括步骤：

1)将发酵过程产生的所述发酵液中的一部分引出，并进行热量交换以升温；

2)将升温后的发酵液进行闪蒸，分离乙醇和剩余发酵液；