[发明专利]一种固定化黑曲霉产柠檬酸的发酵反应器及其方法

说明书

本发明公开了一种固定化黑曲霉产柠檬酸的发酵反应器及其方法，包括发酵罐，发酵罐中部设有载体框，载体框内填充有固定化载体；载体框中部纵向贯穿有一圆筒，圆筒上端内部设有推进式桨叶，圆筒下方依次设有涡轮桨叶和平式桨叶，涡轮桨叶和平式桨叶位于载体框的下方；推进式桨叶、涡轮桨叶和平式桨叶自上而下分布在同一转轴上，转轴顶部与发酵罐上方的电机连接，由电机驱动推进式桨叶、涡轮桨叶和平式桨叶同时转动；发酵罐底部设有气体分布器，气体分布器位于平式桨叶的下方。本发明发酵稳定性好，可以重复多批次发酵而产量保持稳定产酸水平没有降低，最终柠檬酸产量可达180g/L以上，发酵速率达3.1g/L/h以上，糖酸转化率97％以上。

技术领域

本发明属于工业生物技术领域，具体涉及一种固定化黑曲霉产柠檬酸的发酵反应器及其方法。

背景技术

柠檬酸作为全世界需求量最大的有机酸之一，被广泛用于食品、化工、医药等行业。目前，我国柠檬酸年产量200多万吨，占世界总量80％以上，是世界第一的柠檬酸生产和出口国。传统柠檬酸行业存在种子制备耗时、生产效率低下等问题，严重制约行业发展。

黑曲霉表面固定化连续发酵体系可以解决副产物多、耐受性差、转化率低等问题，但是黑曲霉与介质之间的界面作用机制，以及调控过程仍不明了，严重制约了表面固定化发酵体系的建立与应用推广。在固定化细胞发酵模式下，选择适宜的固定化载体是能否实现工业化的关键。另外，现有固定化工艺中，载体制备工艺较复杂、载体回收损失较大、载体重复使用次数有限、一些载体的使用不利于发酵后期产物的分离纯化，因而难以在工业规模上生产扩大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种固定化黑曲霉产柠檬酸的发酵反应器，以提高发酵过程的稳定性和发酵柠檬酸产量。

为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：

一种固定化黑曲霉产柠檬酸的发酵反应器，包括发酵罐，所述发酵罐中部设有载体框，所述载体框内填充有固定化载体；载体框中部纵向贯穿有一圆筒，所述圆筒上端内部设有推进式桨叶，圆筒下方依次设有涡轮桨叶和平式桨叶，所述涡轮桨叶和平式桨叶位于载体框的下方；推进式桨叶、涡轮桨叶和平式桨叶自上而下分布在同一转轴上，所述转轴顶部与发酵罐上方的电机连接，由电机驱动推进式桨叶、涡轮桨叶和平式桨叶同时转动；所述发酵罐底部设有气体分布器，所述气体分布器位于平式桨叶的下方。

优选地，所述载体框的上下为中空的多孔圆盘，其外径与发酵罐内经相等；所述圆筒直径为发酵罐内经1/4～1/2。

优选地，所述推进式桨叶直径为圆筒内径的0.6～0.9倍；所述涡轮桨叶为具有上下圆盘的后弯叶涡轮式桨叶，其上圆盘为圆锥式，下圆盘为平面式，直径为发酵罐内经的0.4～0.7倍；所述平式桨叶为平直涡轮桨叶，直径为发酵罐内经的0.1～0.4倍。

优选地，所述气体分布器为盘管式或者立柱式，位于平式桨叶的下方，其外周直径为平式桨叶直径的0.8～1.1倍。

具体地，所述固定化载体为边长1～5cm的正方体，或边长1～6cm、厚度为1-3cm的长方体；其材质为多孔聚氨酯、多孔活性炭、活性炭过滤棉、聚醚多元醇泡沫、冻干处理的多孔细菌纤维素、蜂孔纤维棉中的任意一种。

本发明进一步提供上述发酵反应器固定化黑曲霉产柠檬酸的方法，具体包括如下步骤：

(1)孢子制备：接种环在平板或斜面上刮5-6环黑曲霉至麸曲瓶中，温度36度、湿度60％光照培养5-8天；

(2)黑曲霉固定培养，采用以下任意一种方法：