專利名稱：一種雙菌固定化厭氧發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物工程領(lǐng)域，涉及丁醇的生產(chǎn)裝置和方法，特別是利用雙菌固定化厭氧發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的裝置和方法。
背景技術(shù)：
丁醇是一種四碳的飽和醇，又稱正丁醇，分子式為C4H9OH,無色、具特殊氣味，能與有機(jī)溶劑完全互溶，能與水部分互溶。正丁醇是生產(chǎn)抗生素、維生素和激素的良好溶劑，也用于制造脂肪族二元酸、鄰苯二甲酸和磷酸的正丁酯類增塑劑，此外，還用于制造醋酸丁 酯、丙烯酸丁酯、乙二醇丁醚、作為有機(jī)合成中間體以及制造表面活性劑等。丁醇也是剎車液配方中的優(yōu)良稀釋劑。作為燃料，丁醇比乙醇具有很多優(yōu)勢，包括更高的能量(比乙醇多30%)、低揮發(fā)性、吸濕性低、腐蝕性低、易燃性低、能與汽油以任意比混溶(Qureshi, N. and T. C. Ezeji (2008). "Butanol, ’ asuperior biofuel'production from agricultural residues(renewablebiomass):recent progress intechnology. "Biofuels Bioproducts&Biorefining-Biofpr2(4) :319-330.)。隨著石油資源的日益枯竭，原油價格的長期高位運(yùn)行，傳統(tǒng)化工合成對環(huán)境造成的污染，以及人們對生物基化學(xué)品的日益偏愛，利用生物發(fā)酵和現(xiàn)代化工分離技術(shù)，將可再生的生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化為工業(yè)資源，逐步取代化學(xué)合成的石油基產(chǎn)品，已經(jīng)成為一個重大的研究方向。利用生物技術(shù)生產(chǎn)丁醇重新得到人們的重視。很多公司開始研發(fā)生物丁醇生產(chǎn)工藝，如英國石油公司(BP)和杜邦公司(DuPont)在2007年宣布聯(lián)合研發(fā)生物丁醇生產(chǎn)工藝，目標(biāo)是在短時間內(nèi)使生物丁醇變得有市場吸引力。典型梭菌的丁醇發(fā)酵是一個兩階段發(fā)酵。目前丁醇的生產(chǎn)工藝是采用單菌游離發(fā)酵，第一階段稱為產(chǎn)酸階段，此時產(chǎn)酸途徑被激活，主要產(chǎn)物為乙酸、丁酸、H2和C02，這個階段主要是在菌體的對數(shù)生長期。第二個階段被稱為產(chǎn)溶劑階段，此階段菌體將酸吸收掉，主要產(chǎn)物為丙酮(Acetone)、丁醇(Butanol)和乙醇(Ethanol),也稱為ABE發(fā)酵。該方法丁醇得率、產(chǎn)率以及ABE得率、產(chǎn)率都相對較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的之一在于提供一種雙菌固定化厭氧發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的裝置。本發(fā)明目的之二在于提供一種雙菌固定化厭氧發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的方法。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種雙菌固定化厭氧發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的裝置，包括依次由管路串聯(lián)的發(fā)酵培養(yǎng)基儲罐、產(chǎn)丁酸固定化反應(yīng)器A、產(chǎn)丁醇固定化反應(yīng)器C和產(chǎn)物收集罐。優(yōu)選地，所述固定化反應(yīng)器A連接一生物反應(yīng)器B，兩者之間形成循環(huán)回路；固定化反應(yīng)器C連接一生物反應(yīng)器D，兩者之間形成循環(huán)回路。優(yōu)選地，所述固定化反應(yīng)器A、C為填充床、流化床或纖維床，其中固定化介質(zhì)包括經(jīng)過處理的農(nóng)業(yè)秸桿、活性炭、棉纖維、玉米芯中的任意一種。固定化介質(zhì)可以采取沸水浴、聚丙烯亞胺、戊二醛處理以提高菌體固定化效率。一種雙菌固定化厭氧發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的方法，包括如下步驟將產(chǎn)丁酸和產(chǎn)丁醇的厭氧菌分別固定于固定化反應(yīng)器A、C中，即雙菌固定化；然后控制發(fā)酵培養(yǎng)基從培養(yǎng)基儲罐流出，依次流經(jīng)固定化反應(yīng)器A、C進(jìn)行連續(xù)厭氧發(fā)酵，最后流入產(chǎn)物收集罐即可。
優(yōu)選地，所述固定化反應(yīng)器A、C中發(fā)酵液體系pH控制在5. O 5. 5，發(fā)酵溫度控制在35 38 °C，總糖濃度范圍為20 80g/L，稀釋率范圍為O. I O. 81Γ1。優(yōu)選地，所述的產(chǎn)丁醇厭氧菌可利用丁酸為底物，發(fā)酵后主要產(chǎn)物為丁醇，發(fā)酵pH維持在5. O 5. 5左右；所述的產(chǎn)丁酸厭氧菌可利用多種可發(fā)酵糖類，主要發(fā)酵產(chǎn)物為丁酸。所述的發(fā)酵培養(yǎng)基含有碳源、氮源、無機(jī)鹽和生長因子的液體培養(yǎng)基，培養(yǎng)基初始PH為
6.O 6. 5。該培養(yǎng)基碳源可為葡萄糖、木糖、糖蜜或糖蜜水解液、木薯淀粉水解液、木薯渣水解液、菊芋水解液及木質(zhì)纖維素水解液的任意一種或幾種。優(yōu)選地，所述的產(chǎn)丁醇的厭氧菌為丙酮丁醇梭菌(Clostridiumacetobutylicum)、拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii)、糖乙酸多丁醇梭菌(Clostridium saccharoperbutylacetonicum)和糖丁酸梭菌(Clostridiumsaccharobutylicum)中任意一種。產(chǎn)丁醇的厭氧菌具有在發(fā)酵初期產(chǎn)生大量丁酸但產(chǎn)丁醇較少，在發(fā)酵后期將前期產(chǎn)的大量丁酸轉(zhuǎn)化為丁醇的特性，優(yōu)選的產(chǎn)丁酸的厭氧菌為酪丁酸梭菌(Clostridiumtyrobutyricum)> 丁酸梭菌(Clostridium butyricum)和拜氏梭菌(Clostridiumbei jerinckii )任意一種。優(yōu)選地，所述雙菌固定化方法之一具體步驟如下(I)分別向固定化反應(yīng)器A、C中泵入發(fā)酵培養(yǎng)基，將培養(yǎng)至對數(shù)中期的產(chǎn)丁酸和產(chǎn)丁醇的厭氧菌分別接種于固定化反應(yīng)器A、C中，并繼續(xù)泵入發(fā)酵培養(yǎng)基直至充滿整個反應(yīng)器，固定化過程中，分別向固定化反應(yīng)器A、C中通入無菌高純氮?dú)猓?2)待固定化反應(yīng)器A、C中菌液OD升高并開始產(chǎn)氣，此時停止通氮?dú)?，然后以低流速分別從固定化反應(yīng)器A、C底部泵入發(fā)酵培養(yǎng)基，讓菌體在載體材料中進(jìn)一步富集，待反應(yīng)器A、C中菌體大量產(chǎn)氣且發(fā)酵液中可分別檢測到丁酸、丁醇時固定化結(jié)束。優(yōu)選地，所述雙菌固定化方法之二具體步驟如下(I)分別向生物反應(yīng)器B、D中通入發(fā)酵培養(yǎng)基；(2)向固定化反應(yīng)器A和/或生物反應(yīng)器B以及固定化反應(yīng)器C和/或生物反應(yīng)器D中通入無菌高純氮?dú)猓?3)將培養(yǎng)至對數(shù)中期的產(chǎn)丁酸和產(chǎn)丁醇的厭氧菌分別接種于生物反應(yīng)器B、D中，待厭氧菌生長至對數(shù)中期時，將生物反應(yīng)器B、D中的發(fā)酵液分別泵入固定化反應(yīng)器A、C中進(jìn)行循環(huán)，將生物反應(yīng)器B、D中的游離菌體分別固定于固定化反應(yīng)器A、C中；當(dāng)生物反應(yīng)器B、D中游離菌體OD不再下降時，視為菌體固定化過程結(jié)束。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)(I)本發(fā)明是利用雙菌固定化發(fā)酵生產(chǎn)丁醇，前一個固定化生物反應(yīng)器固定產(chǎn)丁酸的厭氧菌，其利用可發(fā)酵糖類產(chǎn)丁酸，丁酸為后一個固定化生物反應(yīng)器所固定的產(chǎn)丁醇厭氧菌所利用，轉(zhuǎn)化為丁醇。通過該工藝能大大縮短發(fā)酵周期，提高丁醇得率及產(chǎn)率。
(2)減少了單菌游離發(fā)酵中設(shè)備清洗空消的環(huán)節(jié)，大大提高設(shè)備的利用率和單位
時間產(chǎn)量。(3)可以有效的解除底物、產(chǎn)物對菌體的抑制作用。(4)采用生物反應(yīng)器B、D間接接種的方式，便于及時補(bǔ)充菌種，有利于連續(xù)發(fā)酵的進(jìn)行。



圖I為本發(fā)明發(fā)酵生產(chǎn)丁醇裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式通過以下實(shí)施例可以更好的理解本發(fā)明，以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不能理解為限制本發(fā)明。實(shí)施例I菌種產(chǎn)丁酸菌為Clostridium tyrobutyricum ATCC 25755 (酪丁酸梭菌)，產(chǎn)丁酉享菌為 Clostridium bei jerinckii ATCC 55025 (拜氏梭菌)。種子培養(yǎng)基拜氏梭菌用種子培養(yǎng)基I (CM 149) (/L):酵母提取物3g，牛肉浸膏10g，蛋白胨IOg,葡萄糖5g,可溶性淀粉lg, NaC15g,乙酸鈉3g,鹽酸半胱氨酸O. 5g,碳源和氮源分開滅菌，pH 6. 8±0. 2。酪丁酸梭菌用種子培養(yǎng)基II (RCM) (/L):礦物I溶液40mL ;礦物2溶液40mL，微量金屬元素溶液 10mL，維生素溶液 IOmL, 0. 005%NiCl · 6H2010mL,0. 2%FeS04 · 7H20 2mL，葡萄糖30g，蛋白胨5g，酵母抽提物5g，NaC16g,半胱氨酸-HCl 0. 3g，0. 1%刃天青0. 5mL,在沸水浴中煮沸除氧，碳源和氮源分開滅菌，pH 6.0。上述各溶液配方如下礦物I 溶液7. 86g/L K2HPO4 · 3H20 ；礦物2 溶液6g/L KH2PO4, 2. 5g/L MgSO4 · 7H20，6g/L (NH4) 2 · S04，0. 16g/LCaCl2 · 2H20,12g/L NaCl ；微量金屬元素溶液1. 5g/L次氮基三乙酸，0. lg/L FeSO4 · 7H20，0. 5g/LMnSO4 · 2H20,1. Og/L NaCl，0· lg/L CoCl2,0. lg/L CaCl2 · 2H20，0. lg/LZnS04 · 5H20，0. Olg/L CuSO4 · 5H20，0. Olg/LAIK(SO4)2，0. Olg/L H3BO3,0. Olg/L Na2MoO4 · 3H20 ；維生素溶液5mg/L維生素Bl,5mg/L核黃素，5mg/L煙酸，5mg/L泛酸,0. lmg/L維生素B12, 5mg/L對氨基苯酸,5mg/L硫辛酸。發(fā)酵培養(yǎng)基1L體系50g葡萄糖，IOmL醋酸鹽緩沖液，IOmL維生素溶液，IOmL礦物溶液，酵母提取物lg，碳源，碳氮源分開滅菌。初始PH約為6. 5。上述各溶液配方如下醋酸鹽緩沖液50g/LKH2PO4, 50g/L K2HPO4, 220g/L 乙酸銨；維生素溶液0. lg/L對氨基苯甲酸,0. 001g/L生物素,0. lg/L硫胺素；礦物溶液20g/LMgSO4 · 7H20, lg/L MnSO4 · 7H20, lg/L FeSO4 · 7H20, lg/LNaCl。上述三種溶液過濾除菌(0. 2 μ m)。
雙菌固定化厭氧發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的裝置，包括依次由管路串聯(lián)的發(fā)酵培養(yǎng)基儲罐、產(chǎn)丁酸固定化反應(yīng)器A、產(chǎn)丁醇固定化反應(yīng)器C和產(chǎn)物收集罐。所述固定化反應(yīng)器A、C均為纖維床，其中固定化介質(zhì)為棉纖維，將棉纖維織物鋪于不銹鋼網(wǎng)上，并將兩者卷起來置于固定化反應(yīng)器A、C內(nèi)部。并將固定化反應(yīng)器A、C分別與生物反應(yīng)器B、D串聯(lián)，形成兩個循環(huán)回路。雙菌固定化厭氧發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的方法包括如下步驟(I)將發(fā)酵培養(yǎng)基儲罐在使用前進(jìn)行空消，然后裝入發(fā)酵培養(yǎng)基進(jìn)行實(shí)消，均為高溫蒸汽滅菌；固定化反應(yīng)器A、C經(jīng)高溫蒸汽滅菌(120°C，30min)后冷卻過夜，并再次高溫滅菌。
(2)將產(chǎn)丁酸的厭氧菌和產(chǎn)丁醇的厭氧菌分別固定于固定化反應(yīng)器A、C中。(3)分別向5L生物反應(yīng)器B、D中通入發(fā)酵培養(yǎng)基，裝液量均為2L ;裝有發(fā)酵培養(yǎng)基的生物反應(yīng)器B、D經(jīng)高溫蒸汽滅菌(120°C，30min)后，從生物反應(yīng)器底部通入無菌高純氮30min，以使反應(yīng)器內(nèi)達(dá)到嚴(yán)格的厭氧環(huán)境，然后分別接入培養(yǎng)至對數(shù)中期的Clostridium bei jerinckii ATCC55025 (拜氏梭菌)和 Clostridium tyrobutyricum ATCC25755 (酪丁酸梭菌)，發(fā)酵溫度均為37°C，pH均用6M NaOH控制于5。(4)待菌種生長至對數(shù)中期時，打開閥3、5和蠕動泵4，打開閥7、9和蠕動泵8，進(jìn)行菌體的固定化過程(在固定化之前向固定化反應(yīng)器A、C中通無菌高純氮30min)。固定化40h后，關(guān)閉閥3、5和蠕動泵4，關(guān)閉閥7和9和蠕動泵8，結(jié)束固定化過程。打開閥1、6和10以及蠕動泵2，發(fā)酵培養(yǎng)基由培養(yǎng)基儲罐依次流向固定化反應(yīng)器A、固定化反應(yīng)器C，進(jìn)行連續(xù)發(fā)酵，發(fā)酵溫度為37°C，糖濃度為50g/L，稀釋率為0. 1441Γ1，最后流入產(chǎn)物收集罐。表I以葡萄糖為底物不同發(fā)酵方式對丁醇發(fā)酵的影響
忙_發(fā)酵墟耗丁醇產(chǎn)丁醇得丁醇ABE ABE得ABE
及;Sfi吳時間量率產(chǎn)率產(chǎn)量率產(chǎn)率
卜 / \
_(h) g (g/L) (g/g) (g/L/h) (g/L) (g/g) (g/L/h)
單菌游107 76 9.08 0.12 0.08 12.22 0.16 0.11
雙菌固
寧 / U -j
Ir - 33 ^ 00 0.15 0.72 8 01.17
培弄連
續(xù)發(fā)酵_共培養(yǎng)連續(xù)發(fā)酵丁醇得率、產(chǎn)率分別比拜氏梭菌游離批次或批次補(bǔ)料發(fā)酵提高了25. 0% 和 800. 0%。共培養(yǎng)連續(xù)發(fā)酵ABE得率、產(chǎn)率分別比拜氏梭菌游離批次或批次補(bǔ)料發(fā)酵提高了56. 25% 和 963. 6%。實(shí)施例2菌種產(chǎn)丁酸菌為Clostridium tyrobutyricum ATCC 25755 (酪丁酸梭菌)，產(chǎn)丁酉享菌為 Clostridium bei jerinckiiATCC 55025 (拜氏梭菌)。種子培養(yǎng)基拜氏梭菌用種子培養(yǎng)基I (CM 149) (/L):酵母提取物3g，牛肉浸膏10g，蛋白胨IOg,葡萄糖5g,可溶性淀粉lg, NaC15g,乙酸鈉3g,鹽酸半胱氨酸O. 5g,碳源和氮源分開滅菌，pH 6. 8±0. 2。酪丁酸梭菌用種子培養(yǎng)基II (RCM) (/L):礦物I溶液40mL ;礦物2溶液40mL，微量金屬元素溶液 10mL，維生素溶液 IOmL, O. 005%NiCl · 6H2010mL,0. 2%FeS04 · 7H20 2mL，葡萄糖30g，蛋白胨5g，酵母抽提物5g，NaC16g,半胱氨酸-HCl O. 3g，O. 1%刃天青O. 5mL,在沸水浴中煮沸除氧，碳源和氮源分開滅菌，pH 6.0。上述各溶液配方如下礦物I 溶液7. 86g/L K2HPO4 · 3H20 ；
礦物2 溶液6g/L KH2PO4, 2. 5g/L MgSO4 · 7H20，6g/L (NH4) 2 · SO4, O. 16g/LCaCl2· 2H20,12g/LNaCl ；微量金屬元素溶液1. 5g/L次氮基三乙酸，O. lg/L FeSO4 · 7H20，0. 5g/LMnSO4 · 2H20,1. Og/L NaCl，0· lg/L CoCl2,0. lg/L CaCl2 · 2H20，0. lg/LZnS04 · 5H20，0. Olg/L CuSO4 · 5H20，0. Olg/LAIK(SO4)2，0. Olg/L H3BO3,0. Olg/L Na2MoO4 · 3H20 ；維生素溶液5mg/L維生素Bl,5mg/L核黃素，5mg/L煙酸，5mg/L泛酸,0. lmg/L維生素B12, 5mg/L對氨基苯酸,5mg/L硫辛酸。發(fā)酵培養(yǎng)基以稀酸木薯淀粉水解液(水解條件0. 25mol/L稀鹽酸，固液比l:10，12rC、45min (普通高壓滅菌鍋)，水解后4500rpm離心30min取上清備用)為底物發(fā)酵丁醇，IL水解液中含有約50g總還原糖，IOmL醋酸鹽緩沖液，IOmL維生素溶液，IOmL礦物溶液，酵母提取物lg，碳源，碳氮源分開滅菌。初始PH約為6. 5。上述各溶液配方如下醋酸鹽緩沖液50g/LKH2PO4, 50g/L K2HPO4, 220g/L 乙酸銨；維生素溶液0. lg/L對氨基苯甲酸,0. 001g/L生物素,0. lg/L硫胺素；礦物溶液20g/LMgSO4 · 7H20, lg/L MnSO4 · 7H20, lg/L FeSO4 · 7H20, lg/LNaCl。上述三種溶液過濾除菌(0. 2 μ m)。雙菌固定化厭氧發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的裝置和生產(chǎn)方法同實(shí)施例I。表2以預(yù)處理木薯淀粉為底物不同發(fā)酵方式對丁醇發(fā)酵的影響
發(fā)酵丁醇產(chǎn)丁醇得丁醇產(chǎn)ABE ABE得 ABE
時間 —％ 量率率產(chǎn)量率產(chǎn)率
工― (h) (g) (g/L) (g/g) (g/L/h) (g/L) (g/g) (g/L/h)
單菌游^105.5 69 ^ 11.00 0.16 0.10 15.90 0 2, 0.15
雙菌固
定 _it
■37 6.66 0.18 0.96 13.39 0.36 1.93
培養(yǎng)連
續(xù)發(fā)酵_共培養(yǎng)連續(xù)發(fā)酵丁醇得率、產(chǎn)率分別比拜氏梭菌游離批次或批次補(bǔ)料發(fā)酵提高了12. 5% 和 860. 0%。共培養(yǎng)連續(xù)發(fā)酵ABE得率、產(chǎn)率分別比拜氏梭菌游離批次或批次補(bǔ)料發(fā)酵提高了56. 5%和 1186. 7%ο
實(shí)施例3菌種產(chǎn)丁酸菌為Clostridium tyrobutyricum ATCC 25755 (酪丁酸梭菌)，產(chǎn)丁酉享菌為 Clostridim bei jerinckii ATCC 55025 (拜氏梭菌)。種子培養(yǎng)基拜氏梭菌用種子培養(yǎng)基I (CM 149) (/L):酵母提取物3g，牛肉浸膏10g，蛋白胨IOg,葡萄糖5g,可溶性淀粉lg, NaC15g,乙酸鈉3g,鹽酸半胱氨酸O. 5g,碳源和氮源分開滅菌，pH 6. 8±0. 2。酪丁酸梭菌用種子培養(yǎng)基II (RCM) (/L):礦物I溶液40mL ;礦物2溶液40mL，微量金屬元素溶液 10mL，維生素溶液 IOmL, O. 005%NiCl · 6H2010mL,0. 2%FeS04 · 7H20 2mL，葡萄糖30g，蛋白胨5g，酵母抽提物5g，NaC16g,半胱氨酸-HCl O. 3g，O. 1%刃天青O. 5mL,在沸水浴中煮沸除氧，碳源和氮源分開滅菌，pH 6.0。 上述各溶液配方如下礦物I 溶液7. 86g/L K2HPO4 · 3H20 ；礦物2 溶液6g/L KH2PO4, 2. 5g/L MgSO4 · 7H20，6g/L (NH4) 2 · SO4, O. 16g/LCaCl2 · 2H20,12g/L NaCl ；微量金屬元素溶液1. 5g/L次氮基三乙酸，O. lg/L FeSO4 · 7H20，0. 5g/LMnSO4 · 2H20,1. Og/L NaCl，0· lg/L CoCl2,0. lg/L CaCl2 · 2H20，0. lg/LZnS04 · 5H20，0. Olg/L CuSO4 · 5H20，0. Olg/LAIK(SO4)2，0. Olg/L H3BO3,0. Olg/L Na2MoO4 · 3H20 ；維生素溶液5mg/L維生素Bl,5mg/L核黃素，5mg/L煙酸，5mg/L泛酸,0. lmg/L維生素B12, 5mg/L對氨基苯酸,5mg/L硫辛酸。發(fā)酵培養(yǎng)基以糖蜜水解液(水解方法取一定體積糖蜜稀釋6倍，用濃鹽酸調(diào)pH至2，60°C水浴水解24h，水解結(jié)束后用NaOH固體顆粒調(diào)pH至6. 5,4500rpm離心30min去上清備用)為底物發(fā)酵丁醇，IL體系約50g總還原糖，IOmL醋酸鹽緩沖液，IOmL維生素溶液,IOmL礦物溶液,酵母提取物Ig,碳源,碳氮源分開滅菌。初始pH約為6.5。上述各溶液配方如下醋酸鹽緩沖液50g/LKH2PO4, 50g/L K2HPO4, 220g/L 乙酸銨；維生素溶液0. lg/L對氨基苯甲酸,0. 001g/L生物素,0. lg/L硫胺素；礦物溶液20g/LMgSO4 · 7H20, lg/L MnSO4 · 7H20, lg/L FeSO4 · 7H20, lg/LNaCl。上述三種溶液過濾除菌(0. 2 μ m)。雙菌固定化厭氧發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的裝置和生產(chǎn)方法同實(shí)施例I。表3以預(yù)處理甘蔗廢糖蜜為底物不同發(fā)酵方式對丁醇發(fā)酵的影響
權(quán)利要求
1.一種雙菌固定化厭氧發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的裝置，其特征在于，包括依次由管路串聯(lián)的發(fā) 酵培養(yǎng)基儲罐、產(chǎn)丁酸固定化反應(yīng)器A、產(chǎn)丁醇固定化反應(yīng)器C和產(chǎn)物收集罐。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述固定化反應(yīng)器A連接一生物反應(yīng)器 B，兩者之間形成循環(huán)回路；固定化反應(yīng)器C連接一生物反應(yīng)器D，兩者之間形成循環(huán)回路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述固定化反應(yīng)器A、C為填充床、流 化床或纖維床，其中固定化介質(zhì)包括經(jīng)過處理的農(nóng)業(yè)秸桿、活性炭、棉纖維、玉米芯中的任 意一種。
4.權(quán)利要求1或2或3所述裝置發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的方法，其特征在于，包括如下步驟將 產(chǎn)丁酸和產(chǎn)丁醇的厭氧菌分別固定于固定化反應(yīng)器A、C中，即雙菌固定化；然后控制發(fā)酵 培養(yǎng)基從培養(yǎng)基儲罐流出，依次流經(jīng)固定化反應(yīng)器A、C進(jìn)行連續(xù)厭氧發(fā)酵，最后流入產(chǎn)物 收集罐即可。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述固定化反應(yīng)器A、C中發(fā)酵液體系pH 控制在5. 0 5. 5，發(fā)酵溫度控制在35 38°C，總糖濃度范圍為20 80g/L，稀釋率范圍為 0. 1 0. 8h'
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述方法，其特征在于，所述的產(chǎn)丁醇厭氧菌可利用丁酸為底物，發(fā) 酵后主要產(chǎn)物為丁醇，發(fā)酵pH維持在5. 0 5. 5左右；所述的產(chǎn)丁酸厭氧菌可利用多種可 發(fā)酵糖類，主要發(fā)酵產(chǎn)物為丁酸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述方法，其特征在于，所述的產(chǎn)丁醇的厭氧菌為丙酮丁醇梭 菌(Clostridium acetobutylicum)、拜氏梭菌(Clostridium bei jerinckii)、糖乙酸多 丁 醇梭菌(Clostridium saccharoperbutylacetonicum)和糖丁 酸梭菌(Clostridium saccharobutylicum)中任意一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述的產(chǎn)丁酸的厭氧菌為酪丁酸梭 菌(Clostridium tyrobutyricum)、丁 酸梭菌(Clostridium butyricum)和拜氏梭菌 (Clostridium bei jerinckii )任意一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6或7或8所述方法，其特征在于，所述雙菌固定化方法之一 具體步驟如下(1)分別向固定化反應(yīng)器A、C中泵入發(fā)酵培養(yǎng)基，將培養(yǎng)至對數(shù)中期的產(chǎn)丁酸和產(chǎn)丁 醇的厭氧菌分別接種于固定化反應(yīng)器A、C中，并繼續(xù)泵入發(fā)酵培養(yǎng)基直至充滿整個反應(yīng) 器，固定化過程中，分別向固定化反應(yīng)器A、C中通入無菌高純氮?dú)猓?2)待固定化反應(yīng)器A、C中菌液0D升高并開始產(chǎn)氣，此時停止通氮?dú)?，然后以低流?分別從固定化反應(yīng)器A、C底部泵入發(fā)酵培養(yǎng)基，讓菌體在載體材料中進(jìn)一步富集，待反應(yīng) 器A、C中菌體大量產(chǎn)氣且發(fā)酵液中可分別檢測到丁酸、丁醇時固定化結(jié)束。
10.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6或7或8所述方法，其特征在于，所述雙菌固定化方法之 二具體步驟如下(1)分別向生物反應(yīng)器B、D中通入發(fā)酵培養(yǎng)基；(2)向固定化反應(yīng)器A和/或生物反應(yīng)器B以及固定化反應(yīng)器C和/或生物反應(yīng)器D 中通入無菌高純氮?dú)猓?3)將培養(yǎng)至對數(shù)中期的產(chǎn)丁酸和產(chǎn)丁醇的厭氧菌分別接種于生物反應(yīng)器B、D中，待 厭氧菌生長至對數(shù)中期時，將生物反應(yīng)器B、D中的發(fā)酵液分別泵入固定化反應(yīng)器A、C中進(jìn)行循環(huán)，將生物反應(yīng)器B、D中的游離菌體分別固定于固定化反應(yīng)器A、C中；當(dāng)生物反應(yīng)器 B、D中游離菌體OD不再下降時，視為菌體固定化過程結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙菌固定化厭氧發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的裝置和方法，包括依次由管路串聯(lián)的發(fā)酵培養(yǎng)基儲罐、產(chǎn)丁酸固定化反應(yīng)器A、產(chǎn)丁醇固定化反應(yīng)器C和產(chǎn)物收集罐。將產(chǎn)丁酸和產(chǎn)丁醇的厭氧菌分別固定于固定化反應(yīng)器A、C中，即雙菌固定化；然后控制發(fā)酵培養(yǎng)基從培養(yǎng)基儲罐流出，依次流經(jīng)固定化反應(yīng)器A、C進(jìn)行連續(xù)厭氧發(fā)酵，最后流入產(chǎn)物收集罐即可。產(chǎn)丁酸厭氧菌首先利用底物生產(chǎn)丁酸，然后產(chǎn)丁醇厭氧菌以丁酸為底物發(fā)酵產(chǎn)丁醇。本發(fā)明生產(chǎn)丁醇的方法可以大大縮短發(fā)酵周期，提高丁醇的底物轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率。
文檔編號C12M1/00GK102952745SQ20121043467
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者王菊芳, 李林, 李爽, 于平儒 申請人:華南理工大學(xué)