專利名稱：一種連續(xù)結(jié)晶生物制造丁二酸的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及丁二酸發(fā)酵與分離純化領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種連續(xù)結(jié)晶生物制造丁二酸的裝置及方法。
背景技術(shù)：
丁二酸(Succinic Acid 又名 Succinic Acid,Butanedioic Acid),被美國 FDA 認(rèn)定為“一般認(rèn)為安全”(GRAS)，因此可以用于多種用途。2004年美國能源部的一份報告指出，丁二酸是合成大宗日用品和重要化學(xué)品的平臺化學(xué)物質(zhì)，有著巨大的經(jīng)濟(jì)價值，隨著能源緊缺，利用生物發(fā)酵法制造丁二酸的前景非常廣闊。丁二酸成本主要由發(fā)酵過程和分離費用組成，其中分離純化的成本占總生產(chǎn)成本的60%以上，如何降低發(fā)酵和分離成本是國內(nèi)外的研究熱點，已經(jīng)出現(xiàn)了一定數(shù)量的專利。目前專利及文獻(xiàn)中報道的丁二酸的分離純化方法主要有鈣鹽法(CN101643400、US5143834)、液液萃取法(US5, 773，653)、吸附法(CN101348428、CN101348429、CN101811953A)、電滲析法(CN101486637A)、膜分離(CN101748161A)等方法。這些分離純化的手段都會遇到副產(chǎn)物雜酸、雜質(zhì)、碳源、蛋白和無機(jī)鹽的影響；并且將結(jié)晶操作作為最后的純化步驟以精制丁二酸。丁二酸分離純化的難度主要在于它與副產(chǎn)物有機(jī)羧酸的性質(zhì)太類似。從理化性質(zhì)上分析，這些短鏈的有機(jī)羧酸分子室溫下物理化學(xué)行為相似，增加了丁二酸分離的選擇性難題。目前在丁二酸的制備過程中，通常是先進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵完成進(jìn)行膜過濾，結(jié)晶，再進(jìn)行純化，對應(yīng)每個過程的裝置也是單獨的、分開的，因此先發(fā)酵后放罐進(jìn)行處理，而且在丁二酸發(fā)酵過程中，丁二酸的積累會抑制發(fā)酵過程，降低產(chǎn)物濃度，是阻礙丁二酸發(fā)酵產(chǎn)業(yè)化的重要因素；同時由于丁二酸的每部分裝置都是獨立的，造成了丁二酸的生產(chǎn)不能連續(xù)的進(jìn)行?，F(xiàn)有的微生物發(fā)酵法生產(chǎn)丁二酸的過程大都是間歇操作，即發(fā)酵完成后放罐，放罐料液進(jìn)入下游分離純化的化工單元操作，周期長，時間產(chǎn)率低；各個單元之間彼此孤立，通常一個單元超負(fù)荷運作同時，其它單位停車，生產(chǎn)效率很低。在制備丁二酸的過程中不可避免的會產(chǎn)生其它副產(chǎn)物有機(jī)酸、丁二酸根離子(丁二酸鹽)和蛋白，這些副產(chǎn)物的產(chǎn)生也會對丁二酸的發(fā)酵體系產(chǎn)生抑制，限制了丁二酸產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此為解除產(chǎn)物的抑制作用，需要將發(fā)酵產(chǎn)物及時轉(zhuǎn)移，降低產(chǎn)物濃度，解除產(chǎn)物的抑制作用，推動發(fā)酵過程向丁二酸轉(zhuǎn)化，強(qiáng)化丁二酸發(fā)酵過程，提高底物轉(zhuǎn)化率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為了克服上述問題提供了一種連續(xù)結(jié)晶生物制造丁二酸的裝置。本發(fā)明的再一目的在于提供了一種連續(xù)結(jié)晶生物制造丁二酸的方法。為了克服上述問題本發(fā)明的連續(xù)結(jié)晶生物制造丁二酸的裝置包括生物反應(yīng)器
I、錯流膜組件2和結(jié)晶分離罐3 ；
所述的錯流膜組件2的前端通過管路連通生物反應(yīng)器I，錯流膜組件2的濾過端連通結(jié)晶分離罐3底部，結(jié)晶分離罐3的頂部連通反應(yīng)器1，使該裝置形成回路，實現(xiàn)了丁二酸的連續(xù)發(fā)酵、結(jié)晶；所述的生物反應(yīng)器I和錯流膜組件2之間設(shè)置蠕動泵9 ；所述的錯流膜組件2后端和生物反應(yīng)器I連通，實現(xiàn)了流穿發(fā)酵液在兩者之間的循環(huán)。作為上述方案的一種改進(jìn)，所述的結(jié)晶分離罐3為若干個，該結(jié)晶分離罐3頂部通過一三通閥門分別連通生物反應(yīng)器I、相鄰結(jié)晶分離罐3 ;所述的若干結(jié)晶分離罐3并聯(lián)后的管路上設(shè)置一蠕動泵9，通過該蠕動泵9連通一低位儲液罐5，用于母液的儲存。 作為上述方案的又一種改進(jìn)，所述的結(jié)晶分離罐3的底部通過一三通閥門分別連通錯流膜組件2和相鄰結(jié)晶分離罐3 ;所述的若干結(jié)晶分離罐3并聯(lián)后的管路連通一低位儲液罐5，用于母液的儲存。作為上述方案的再一種改進(jìn)，所述的生物反應(yīng)器I的中部連通若干中位儲液罐7，兩者之間設(shè)置蠕動泵9 ;生物反應(yīng)器I的上部連通若干高位儲液罐8，兩者之間設(shè)置蠕動泵9。作為上述方案的再一種改進(jìn)，所述的生物反應(yīng)器I的下部連通供氣源6，生物反應(yīng)器I和供氣源6之間設(shè)置流量計11。作為上述方案的再一種改進(jìn)，所述的錯流膜組件2的前端和生物反應(yīng)器I之間的管路上以及錯流膜組件2的濾過端和結(jié)晶分離罐3之間的管路上分別設(shè)置閥門。作為上述方案的再一種改進(jìn)，所述的連通錯流膜組件2后端和生物反應(yīng)器I的管路上、連通結(jié)晶分離罐3的頂部和反應(yīng)器I的管路上以及三通閥內(nèi)部均設(shè)置壓力閥10。作為上述方案的還一種改進(jìn)，所述裝置還包括一中央控制系統(tǒng)4，該中央控制系統(tǒng)4用于控制錯流膜組件2、結(jié)晶分離罐3、閥門、壓力閥10和流量計11的控制。本發(fā)明還提供了一種連續(xù)結(jié)晶生物制造丁二酸的方法，該方法通過將錯流膜組件2的前端連通至生物反應(yīng)器1，錯流膜組件2的濾過端連通至結(jié)晶分離罐3底部，結(jié)晶分離罐3的頂部連通至反應(yīng)器I形成回路，并在生物反應(yīng)器I和錯流膜組件2之間設(shè)置蠕動泵9，實現(xiàn)了丁二酸的連續(xù)發(fā)酵、結(jié)晶；所述方法包括以下步驟I) 丁二酸的發(fā)酵無菌條件下，在發(fā)酵液中加入種子液，接種量的體積百分比為5 7 %，攪拌，通入過濾除菌的二氧化碳?xì)怏w，進(jìn)行發(fā)酵，隨發(fā)酵進(jìn)行發(fā)酵液中酸度降低，中央控制系統(tǒng)控制酸度中和劑進(jìn)入生物反應(yīng)器I，使生物反應(yīng)器I中酸度為中性，繼續(xù)發(fā)酵，得到丁二酸發(fā)酵液；2)步驟I)中發(fā)酵液中丁二酸濃度超過30g/L時，中央控制系統(tǒng)4啟動錯流膜過濾操作，實現(xiàn)發(fā)酵液在生物反應(yīng)器I和錯流膜組件2之間的循環(huán)，生物細(xì)胞和培養(yǎng)基固形物被截留，循環(huán)匯入生物反應(yīng)器1，部分含有丁二酸鹽的發(fā)酵液濾過膜組件進(jìn)入結(jié)晶分離罐3 ;3)結(jié)晶分離罐3中的濾過液中丁二酸濃度超過30g/L時，中央控制系統(tǒng)4啟動結(jié)晶分離操作，調(diào)節(jié)結(jié)晶分離罐3中pH小于2. 0，降低結(jié)晶罐溫度至4°C，得到并收集丁二酸晶體沉淀，結(jié)晶分離罐3中清液循環(huán)進(jìn)入生物反應(yīng)器I中循環(huán)發(fā)酵。作為上述方案的一種改進(jìn),所述的步驟I)中攪拌速度為125 150rpm ;所述的步驟I)酸度中和劑為碳酸鎂、氫氧化鈉或氨水；所述的步驟I)通入二氧化碳?xì)怏w的氣體流速≥0. 25vvm ;所述的步驟I)發(fā)酵溫度為30 50°C。本發(fā)明的連續(xù)原位低溫結(jié)晶生物制造丁二酸裝置包含一個生物反應(yīng)器I (發(fā)酵罐)，一個錯流微濾膜組件2，兩個并聯(lián)低溫結(jié)晶分離罐3，一個中央控制系統(tǒng)4，兩個低位儲液罐5，一個供氣源6，一個中位儲液罐7，兩個高位儲液罐8，五個蠕動9泵，六個壓力閥10，兩個流量計11，一個閥門以及全套設(shè)備相應(yīng)管路。一個錯流微濾膜組件2前端通過一個二通閥門連接生物反應(yīng)器I (發(fā)酵罐)；濾過端通過一個二通閥門連接兩個低溫結(jié)晶罐，濾過液進(jìn)入低溫結(jié)晶罐進(jìn)行丁二酸沉淀；后端通過一個二通閥門連接生物反應(yīng)器I (發(fā)酵罐)，流穿液循環(huán)進(jìn)入生物反應(yīng)器I (發(fā)酵罐)與發(fā)酵培養(yǎng)基混合。兩個并聯(lián)的低溫結(jié)晶分離罐3的底部均開有循環(huán)液進(jìn)口，低溫結(jié)晶分離罐3的頂部均開有循環(huán)液出口 ；循環(huán)液回路的循環(huán)液總管路，在該總管路上帶有4個三通閥門、2個二通閥門；所述的在低溫結(jié)晶分離罐上部處的循環(huán)液總管路上的兩個三通閥門的三個端口，分別通過管路與所述低溫結(jié)晶分離罐頂部的循環(huán)液出口、與生物反應(yīng)器I連通的一總管路、及連通該兩個三通閥門之間的管路相連通，且第一個并聯(lián)的低溫結(jié)晶分離罐3的循環(huán)液出口處管路上的三通閥門的一端口，與連通三通閥門的一端口的管路相連通，該三通閥門的一端口通過管路與生物反應(yīng)器I (發(fā)酵罐)相連通；所述的中央控制系統(tǒng)通過在線測量丁二酸濃度，當(dāng)丁二酸濃度超過30g/L時，啟動錯流膜過濾操作，實現(xiàn)發(fā)酵液在生物反應(yīng)器I (發(fā)酵罐)和膜組件之間的循環(huán)。同時測量進(jìn)入結(jié)晶罐中濾過液丁二酸濃度，調(diào)節(jié)pH和溫度，當(dāng)丁二酸濃度超過30g/L時，啟動結(jié)晶罐。利用低溫結(jié)晶原位提取丁二酸的連續(xù)發(fā)酵裝置原位提取丁二酸的工藝所述如下無菌操作條件下，在發(fā)酵液中加入種子液，接種量的體積百分比為5 7%。此時丁二酸量為0，開啟攪拌，生物反應(yīng)器攪拌槳的轉(zhuǎn)速為125rpm 150rpm，通入過濾除菌的二氧化碳?xì)怏w，氣體流速≥0. 25vvm,在37 39°C條件下發(fā)酵。發(fā)酵過程中丁二酸濃度逐漸累積，使得發(fā)酵液中酸度降低，中央控制系統(tǒng)控制酸度中和劑如碳酸鎂、氫氧化鈉、氨水等及時進(jìn)入生物反應(yīng)器I (發(fā)酵罐)發(fā)酵罐中酸度為中性，微生物發(fā)酵產(chǎn)生的丁二酸與酸度中和劑反應(yīng)生成丁二酸鹽。當(dāng)丁二酸濃度超過30g/L時，啟動錯流膜過濾操作，實現(xiàn)發(fā)酵液在生物反應(yīng)器I (發(fā)酵罐)和膜組件之間的循環(huán)。當(dāng)進(jìn)入結(jié)晶罐中的濾過液中丁二酸濃度超過30g/L時，啟動結(jié)晶分離操作，即調(diào)節(jié)結(jié)晶罐中pH環(huán)境小于2. 0，逐漸降低結(jié)晶罐溫度為4°C，出現(xiàn)丁二酸晶體沉淀，收集丁二酸晶體沉淀，結(jié)晶罐中清液循環(huán)進(jìn)入生物反應(yīng)器I (發(fā)酵罐)中并入發(fā)酵液循環(huán)發(fā)酵。本發(fā)明的連續(xù)結(jié)晶生物制造丁二酸的方法在發(fā)酵過程中以NaOH為發(fā)酵過程的酸度中和劑，控制PH值近中性、溫度37°C左右的發(fā)酵條件下進(jìn)行，發(fā)酵液的pH值遠(yuǎn)高于丁二酸和副產(chǎn)物有機(jī)酸的的PKa (乙酸(Ka = 6.2X10_5)，甲酸(Ka = 2. I X 10_4)，乳酸(Ka =1.37X10—4)，丁二酸(Kal = 2. IXlO-4, Ka2 = 2. 3X 10_6))，所以，發(fā)酵液中這些酸幾乎都以酸根離子的形態(tài)存在于溶液中，因此消除了酸度過高對發(fā)酵體系的抑制，同時通過發(fā)酵、分離、結(jié)晶工藝的耦合，及時的將發(fā)酵后得到的丁二酸發(fā)酵液移除進(jìn)行下一步工藝，因此成功的解決了發(fā)酵產(chǎn)物對發(fā)酵體系的抑制，并且實現(xiàn)了連續(xù)的生產(chǎn)。同時由于以酸根離子的形態(tài)存在的丁二酸、丁二酸一氫鈉、丁二酸二鈉的溶解度巨大差異，在4°C，pH I. 9，丁二酸的溶解度為29g/L左右，而其它副產(chǎn)物有機(jī)酸、丁二酸根離子(丁二酸鹽)和蛋白卻溶解在水溶液中，因此，可以采用降溫降PH的操作，當(dāng)體系的酸度降至I. 9、溫度降至O 4°C之間時，過飽和的丁二酸晶體就會析出，直接結(jié)晶并回收丁二酸晶體，而其它有機(jī)酸則保留在水環(huán)境中，實現(xiàn)多種有機(jī)酸的分離；因此通過本發(fā)明的裝置和方法不僅解除了微生物所處發(fā)酵體系的產(chǎn)物抑制，強(qiáng)化了發(fā)酵過程，而且實現(xiàn)了多種有機(jī)酸的分離，極大降低了副產(chǎn)物的丁二酸生產(chǎn)中的影響。本發(fā)明的一種連續(xù)結(jié)晶生物制造丁二酸的裝置和方法，克服產(chǎn)物對丁二酸發(fā)酵的抑制，實現(xiàn)了連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸的工藝，實現(xiàn)了丁二酸發(fā)酵和低溫結(jié)晶分離丁二酸的工藝的耦合。本發(fā)明的裝置是將低溫結(jié)晶罐與丁二酸生物反應(yīng)器耦合，原位提取丁二酸結(jié)晶沉淀，利用錯流微濾膜分離組件實現(xiàn)了發(fā)酵液的固液分離，進(jìn)入低溫結(jié)晶罐濾過液含有丁 二酸鹽，不含微生物細(xì)胞和培養(yǎng)基固形物并調(diào)節(jié)低溫結(jié)晶罐的溫度和PH環(huán)境，實現(xiàn)丁二酸鹽向丁二酸分子轉(zhuǎn)換，以及丁二酸原位分離，建立一個低溫結(jié)晶原位提取丁二酸發(fā)酵分離的耦合系統(tǒng)，滿足消毒滅菌和無污染連續(xù)運轉(zhuǎn)。


圖I為本發(fā)明的連續(xù)結(jié)晶生物制造丁二酸的裝置示意圖；圖2為25°C時不同pH下丁二酸的溶解度分布示意圖；圖3為不同溫度下丁二酸的溶解度分布示意圖；圖4為不同溫度下丁二酸一鈉的溶解度分布示意圖；圖5為不同溫度下丁二酸二鈉的溶解度分布示意圖。附圖標(biāo)識I、生物反應(yīng)器 2、錯流微濾膜組件 3、結(jié)晶分離罐4、中央控制系統(tǒng)5、低位儲液罐 6、供氣源7、中位儲液罐8、高位儲液罐9、螺動泵10、壓力閥11、流量計
具體實施例方式下面結(jié)合圖I和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。雖然下例實施例只列舉了連續(xù)低溫原位結(jié)晶生物制造丁二酸的過程工藝，但是因本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于發(fā)酵過程中因產(chǎn)物濃度增加而產(chǎn)生抑制作用的酸性初級代謝物和次級代謝物的生產(chǎn)，以及利用結(jié)晶技術(shù)原位提取的工藝，所以本發(fā)明的權(quán)利要求并不限于下例實施例。如圖I所示，本發(fā)明的連續(xù)原位低溫結(jié)晶生物制造丁二酸設(shè)備包含一個生物反應(yīng)器I (發(fā)酵罐)，一個錯流微濾膜組件2，兩個并聯(lián)低溫結(jié)晶分離罐3，一個中央控制系統(tǒng)4，兩個低位儲液罐5，一個供氣源6，一個中位儲液罐7，兩個高位儲液罐8，五個蠕動泵9，六個壓力閥10，兩個流量計11，一個閥門以及全套設(shè)備相應(yīng)管路。本發(fā)明中錯流膜組件2的前端通過管路連通生物反應(yīng)器I，錯流膜組件2的濾過端連通結(jié)晶分離罐3底部，結(jié)晶分離罐3的頂部連通反應(yīng)器1，使該裝置形成回路，實現(xiàn)了丁二酸的連續(xù)發(fā)酵、結(jié)晶；生物反應(yīng)器I和錯流膜組件2之間設(shè)置蠕動泵9 ;錯流膜組件2后端和生物反應(yīng)器I連通，實現(xiàn)了流穿發(fā)酵液在兩者之間的循環(huán)。
一個錯流微濾膜組件2前端通過一個二通閥門連接生物反應(yīng)器I (發(fā)酵罐)；濾過端通過一個二通閥門連接兩個低溫結(jié)晶罐3，濾過液進(jìn)入低溫結(jié)晶罐3進(jìn)行丁二酸沉淀；后端通過一個二通閥門連接發(fā)酵罐，流穿液循環(huán)進(jìn)入發(fā)酵罐與發(fā)酵培養(yǎng)基混合。兩個并聯(lián)的低溫結(jié)晶分離罐3的底部均開有循環(huán)液進(jìn)口，低溫結(jié)晶分離罐的頂部均開有循環(huán)液出口 ；循環(huán)液回路的循環(huán)液總管路，在該總管路上帶有4個三通閥門、2個二通閥門；所述的在低溫結(jié)晶分離罐3上部處的循環(huán)液總管路上的兩個三通閥門的三個端口，分別通過管路與所述低溫結(jié)晶分離罐頂部的循環(huán)液出口、與生物反應(yīng)器連通的一總管路、及連通該兩個三通閥門之間的管路相連通，且第一個并聯(lián)的低溫結(jié)晶分離罐3的循環(huán)液出口處管路上的三通閥門的一端口，與連通三通閥門的一端口的管路相連通，該三通閥門的一端口通過管路與產(chǎn)物儲液罐和錯流微濾膜組件3相連通；所述的中央控制系統(tǒng)4通過在線測量丁二酸濃度，當(dāng)丁二酸濃度超過30g/L時，啟動錯流膜過濾操作，實現(xiàn)發(fā)酵液在發(fā)酵罐和膜組件之間的循環(huán)。同時測量進(jìn)入結(jié)晶罐中濾過液丁二酸濃度，調(diào)節(jié)PH和溫度，當(dāng)丁二酸濃度超過30g/L時，啟動結(jié)晶罐。實施例I、如圖I所示生物反應(yīng)器為自動控溫、調(diào)節(jié)pH、補料的發(fā)酵罐，發(fā)酵所選微生物采用丁二酸放線桿菌(Actinobacillus succinogenes),又名130ZT,保存于美國菌種保藏中心(ATCC)，編號ATCC55618。培養(yǎng)基的配制保存培養(yǎng)基和活化培養(yǎng)基為營養(yǎng)豐富的TSB培養(yǎng)基；種子培養(yǎng)基配方(單位g/L)葡萄糖10，酵母粉6，NaCl 1，MgCl22，CaCl2L 5，Na2HP042. 9，NaH2PO4 2. 2 ;種子培養(yǎng)基配方(單位g/L)葡萄糖30，酵母粉15，尿素2，KCl4，MgCl22, MnCl2O. 07，CaCl2L 5，Na2HP044. 4，NaH2P043. 3，調(diào)節(jié) pH 值為 6. 4 6. 9，121。。滅菌30分鐘。無菌操作條件下，在發(fā)酵液中加入種子液，接種量的體積百分比為5 7%。此時丁二酸量為0，開啟攪拌，生物反應(yīng)器攪拌槳的轉(zhuǎn)速為125rpm 150rpm，通入過濾除菌的二氧化碳?xì)怏w，氣體流速> 0. 2vvm,在37 39°C條件下發(fā)酵。表I產(chǎn)丁二酸放線桿菌分批發(fā)酵結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)結(jié)晶生物制造丁二酸的裝置，所述的裝置包括生物反應(yīng)器(I)、錯流膜組件(2)和結(jié)晶分離罐(3);其特征在于， 所述的錯流膜組件(2)的前端通過管路連通生物反應(yīng)器(I)，錯流膜組件(2)的濾過端連通結(jié)晶分離罐(3)底部，結(jié)晶分離罐(3)的頂部連通反應(yīng)器(I)，使該裝置形成回路，實現(xiàn)了丁二酸的連續(xù)發(fā)酵、結(jié)晶； 所述的生物反應(yīng)器(I)和錯流膜組件(2)之間設(shè)置蠕動泵(9)； 所述的錯流膜組件(2)后端和生物反應(yīng)器(I)連通，實現(xiàn)了流穿發(fā)酵液在兩者之間的循環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的連續(xù)結(jié)晶生物制造丁二酸的裝置，其特征在于，所述的結(jié)晶分離罐(3)為若干個，該結(jié)晶分離罐(3)頂部通過一三通閥門分別連通生物反應(yīng)器(I)、相鄰結(jié)晶分離罐(3);所述的若干結(jié)晶分離罐(3)并聯(lián)后的管路上設(shè)置一蠕動泵(9)，通過該蠕動泵(9)連通一低位儲液罐(5)，用于母液的儲存。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的連續(xù)結(jié)晶生物制造丁二酸的裝置，其特征在于，所述的結(jié)晶分離罐(3)的底部通過一三通閥門分別連通錯流膜組件(2)和相鄰結(jié)晶分離罐(3);所述的若干結(jié)晶分離罐(3)并聯(lián)后的管路連通一低位儲液罐(5)，用于母液的儲存。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的連續(xù)結(jié)晶生物制造丁二酸的裝置，其特征在于，所述的生物反應(yīng)器(I)的中部連通若干中位儲液罐(7)，兩者之間設(shè)置蠕動泵(9);生物反應(yīng)器(I)的上部連通若干高位儲液罐(8)，兩者之間設(shè)置蠕動泵(9)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的連續(xù)結(jié)晶生物制造丁二酸的裝置，其特征在于，所述的錯流膜組件(2)的前端和生物反應(yīng)器(I)之間的管路上以及錯流膜組件(2)的濾過端和結(jié)晶分離罐(3)之間的管路上分別設(shè)置閥門。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的連續(xù)結(jié)晶生物制造丁二酸的裝置，其特征在于，所述的生物反應(yīng)器(I)的下部連通供氣源￠)，生物反應(yīng)器(I)和供氣源(6)之間設(shè)置流量計(11)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或6所述的連續(xù)結(jié)晶生物制造丁二酸的裝置，其特征在于，所述的連通錯流膜組件(2)后端和生物反應(yīng)器(I)的管路上、連通結(jié)晶分離罐(3)的頂部和反應(yīng)器(I)的管路上以及三通閥內(nèi)部均設(shè)置壓力閥(10)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的連續(xù)結(jié)晶生物制造丁二酸的裝置，其特征在于，所述裝置還包括一中央控制系統(tǒng)(4)，該中央控制系統(tǒng)(4)用于控制錯流膜組件(2)、結(jié)晶分離罐(3)、閥門、壓力閥(10)或流量計(11)的控制。
9.一種連續(xù)結(jié)晶生物制造丁二酸的方法，該方法通過將錯流膜組件(2)的前端連通至生物反應(yīng)器(I)，錯流膜組件(2)的濾過端連通至結(jié)晶分離罐(3)底部，結(jié)晶分離罐(3)的頂部連通至反應(yīng)器(I)形成回路，并在生物反應(yīng)器(I)和錯流膜組件(2)之間設(shè)置蠕動泵(9)，實現(xiàn)了丁二酸的連續(xù)發(fā)酵、結(jié)晶； 所述方法包括以下步驟 1)丁二酸的發(fā)酵無菌條件下，在發(fā)酵液中加入種子液，接種量的體積百分比為5 7 %，攪拌，通入過濾除菌的二氧化碳?xì)怏w，進(jìn)行發(fā)酵，隨發(fā)酵進(jìn)行發(fā)酵液中酸度降低，中央控制系統(tǒng)控制酸度中和劑進(jìn)入生物反應(yīng)器1，使生物反應(yīng)器I中酸度為中性，繼續(xù)發(fā)酵，得到丁二酸發(fā)酵液； 2)步驟I)中發(fā)酵液中丁二酸濃度超過30g/L時，中央控制系統(tǒng)(4)啟動錯流膜過濾操作，實現(xiàn)發(fā)酵液在生物反應(yīng)器(I)和錯流膜組件(2)之間的循環(huán)，生物細(xì)胞和培養(yǎng)基固形物被截留，循環(huán)匯入生物反應(yīng)器(I)，部分含有丁二酸鹽的發(fā)酵液濾過膜組件進(jìn)入結(jié)晶分離罐(3)； 3)結(jié)晶分離罐(3)中的濾過液中丁二酸濃度超過30g/L時，中央控制系統(tǒng)(4)啟動結(jié)晶分離操作，調(diào)節(jié)結(jié)晶分離罐(3)中pH小于2. O，降低結(jié)晶罐溫度至4°C，得到并收集丁二酸晶體沉淀，結(jié)晶分離罐(3)中清液循環(huán)進(jìn)入生物反應(yīng)器I中循環(huán)發(fā)酵。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的連續(xù)結(jié)晶生物制造丁二酸的方法，其特征在于，所述的步驟I)中攪拌速度為125 150rpm ;所述的步驟I)酸度中和劑為碳酸鎂、氫氧化鈉或氨水；所述的步驟I)通入二氧化碳?xì)怏w的氣體流速> 0. 25vvm ;所述的步驟I)發(fā)酵溫度為 30 50。。。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種連續(xù)結(jié)晶生物制造丁二酸的裝置及方法，所述的裝置包括生物反應(yīng)器(1)、錯流膜組件(2)和結(jié)晶分離罐(3)；所述的錯流膜組件(2)的前端通過管路連通生物反應(yīng)器(1)，錯流膜組件(2)的濾過端連通結(jié)晶分離罐(3)底部，結(jié)晶分離罐(3)的頂部連通反應(yīng)器(1)，使該裝置形成回路，實現(xiàn)了丁二酸的連續(xù)發(fā)酵、結(jié)晶；所述的生物反應(yīng)器(1)和錯流膜組件(2)之間設(shè)置蠕動泵(9)；所述的錯流膜組件(2)后端和生物反應(yīng)器(1)連通，實現(xiàn)了流穿發(fā)酵液在兩者之間的循環(huán)。本發(fā)明的一種連續(xù)結(jié)晶生物制造丁二酸的裝置和方法，建立了一個低溫結(jié)晶原位提取丁二酸發(fā)酵分離的耦合系統(tǒng)，滿足消毒滅菌和無污染運轉(zhuǎn)。
文檔編號C07C51/43GK102634442SQ201110035318
公開日2012年8月15日 申請日期2011年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月10日
發(fā)明者宋子煜, 張云劍, 李強(qiáng), 王丹, 邢建民 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所