專利名稱：一種惰性載體式固態(tài)連續(xù)化發(fā)酵的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于發(fā)酵的裝置和方法，特別涉及一種惰性載體式固態(tài)連續(xù)化發(fā)酵的方法。
背景技術(shù)：
固態(tài)發(fā)酵是人類利用微生物生產(chǎn)產(chǎn)品歷史最悠久的技術(shù)之一，幾千年前就被人類用以制造各種傳統(tǒng)食品。近幾年來，固態(tài)發(fā)酵在有機酸、酒精、抗生素、，基因重組菌發(fā)酵藥物等領(lǐng)域的研究得到迅速發(fā)展及應(yīng)用，具有巨大的應(yīng)用潛能。
固態(tài)發(fā)酵一般是指培養(yǎng)基呈固態(tài)，沒有或幾乎沒有自由流動水的狀態(tài)下進行的一種或多種微生物發(fā)酵過程。固態(tài)發(fā)酵直接利用農(nóng)產(chǎn)品原料(糧食與纖維質(zhì)原料)等為底物，原料廉價；發(fā)酵環(huán)境模擬自然生長環(huán)境，使微生物保持與自然界相似的生長狀態(tài)；無大量有機廢水產(chǎn)生。隨著人們環(huán)境保護意識的增強，大家開始關(guān)注固態(tài)發(fā)酵這一清潔生產(chǎn)工藝，但是傳統(tǒng)的固態(tài)發(fā)酵自身也存在許多缺點，從而限制了它的應(yīng)用，其中很重要的一個方面就是不能實現(xiàn)發(fā)酵過程的連續(xù)化，耗費很多人力物力，提高了生產(chǎn)成本。
本世紀六十年代開始，出現(xiàn)了一種新的發(fā)酵方式，它是以惰性固態(tài)載體為固態(tài)發(fā)酵過程中的固相，微生物生長的營養(yǎng)是吸附在載體上的培養(yǎng)液，這種發(fā)酵方式被稱作惰性載體吸附固態(tài)發(fā)酵。與傳統(tǒng)的固態(tài)發(fā)酵相比，惰性載體吸附固態(tài)發(fā)酵在工業(yè)生產(chǎn)和研究方面表現(xiàn)出了很大的優(yōu)勢，目前已經(jīng)有惰性載體吸附固態(tài)發(fā)酵的文獻報道(Zhu，Y.，Smits，J.O.，Knol，W.，Bol，J.，A novel solid-state fermentation system using polyurethane foamas inert carrier.Biotechnol.Lett.1994，16，643-648)，但是目前仍局限在實驗室規(guī)模，還未實現(xiàn)工業(yè)上的連續(xù)化，沒有真正體現(xiàn)出它的優(yōu)勢。本發(fā)明提出了一種惰性載體式固態(tài)連續(xù)化發(fā)酵的方法，真正解決了固態(tài)發(fā)酵的連續(xù)化問題，具有普遍的適用性，在實際應(yīng)用中大大拓寬了固態(tài)發(fā)酵的應(yīng)用范圍前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決固態(tài)發(fā)酵中難以實現(xiàn)連續(xù)化的問題，提供了一種利用惰性載體連續(xù)固態(tài)發(fā)酵的方法及其專用裝置，可以減少人力物力消耗，簡化工藝流程和設(shè)備設(shè)計，提高了生產(chǎn)效率。
本發(fā)明的目的主要通過如下措施來實現(xiàn)本發(fā)明提供的惰性載體式固態(tài)連續(xù)化發(fā)酵的裝置(見圖1)，包括貯液罐1，該貯液罐1通過進液管11與固態(tài)發(fā)酵罐6連通，一根種子液輸運管19通過固態(tài)發(fā)酵罐6上蓋上的孔中插入固態(tài)發(fā)酵罐6內(nèi)，發(fā)酵儲液罐10底部設(shè)置一根發(fā)酵液的輸送管13，該輸送管13與發(fā)酵液貯液罐10連通；其特征在于還包括帶有孔的濾紙5，惰性載體7、空氣壓縮機8，空氣流量計9、蠕動泵2和出氣管12；其中固態(tài)發(fā)酵罐6的上蓋的孔中插入出氣管12，固態(tài)發(fā)酵罐6內(nèi)腔中部充入惰性載體7，惰性載體7的兩端各設(shè)有一帶有孔的濾紙5；固態(tài)發(fā)酵罐6的底部連通一根空氣輸送管14，該空氣輸送管14上設(shè)有空氣壓縮機8和空氣流量計9。
所述的惰性載體7包括聚氨酯軟質(zhì)泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、珍珠巖或活性炭；其開孔率大于90.5％，平均最大孔徑為0.5～1mm，填充量為罐體積的1/2～4/5。
所述的帶孔濾紙5上均勻分布小孔，開孔面積至少為40％，平均最大孔徑為0.5mm-1.2mm。
本發(fā)明提供的惰性載體式固態(tài)連續(xù)化發(fā)酵的方法，在上述的裝置中進行，包括以下步驟1)將經(jīng)過常規(guī)高溫滅菌方法處理的惰性載體7，充填入發(fā)酵罐中，其填充量為罐體積的1/2～4/5；2)將1～7ml種子液通過種子液輸運管加入固態(tài)發(fā)酵罐，種子液流經(jīng)具有均勻分布的小孔的濾紙后加入發(fā)酵罐中，吸附在惰性載體上的表面，完成接種過程；3)將經(jīng)過高壓滅菌的發(fā)酵液通過蠕動泵源源不斷地加入到固態(tài)發(fā)酵罐中，其流速為0.03～0.07ml/min，其發(fā)酵液流經(jīng)小孔的濾紙，發(fā)酵液通過滲透和擴散進入惰性載體內(nèi)部，并吸附在吸附載體的孔隙表面；隨著加入量的漸漸增多，由于發(fā)酵液對下部發(fā)酵液的驅(qū)動作用和發(fā)酵液自身的重力作用以及載體的吸附量限制，發(fā)酵液在載體中的從上向下滲流，最后流出固態(tài)發(fā)酵罐，進入發(fā)酵儲液罐進行收集；4)在步驟3)的同時，通過固態(tài)發(fā)酵罐底部的空氣輸送管14通入無菌空氣，其氣體流速為5～30ml/min，無菌空氣在固態(tài)發(fā)酵罐內(nèi)，沿著吸附載體內(nèi)部的連通孔隙流動，最后從出氣管排出；同時發(fā)酵溫度和時間根據(jù)不同的菌種決定。
本發(fā)明的工藝流程如下載體填充入罐中→添加種子液→連續(xù)加入發(fā)酵液→同時通入無菌空氣→收取發(fā)酵液。
本發(fā)明的突出優(yōu)點(1)由于載體和反應(yīng)罐的合理選擇和設(shè)計，實現(xiàn)了反應(yīng)過程的連續(xù)化，解決了長期以來固態(tài)發(fā)酵不能連續(xù)化的問題。本發(fā)明中，反應(yīng)器被設(shè)計為立式，發(fā)酵液自上面流入，然后靠自身重力從下面流出，反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置有帶孔的濾紙，起分散發(fā)酵液的作用。操作開始時，先以較低的流量滴加種子液，種子液被濾板所阻隔，均勻的分散開來，然后慢慢的流入下面的惰性載體中，被均勻的吸附住。然后，發(fā)酵液以很低的流量加入反應(yīng)器，經(jīng)過濾板慢慢滲入載體。載體具有很好的吸水性和孔隙率，吸附在上的發(fā)酵液形成液膜，微生物就在液膜內(nèi)生長，四周是連續(xù)相的空氣。由于載體的吸水性不是太強，所以一定要保持低的流速，以維持一定的保留時間，使發(fā)酵液流出時恰好完成微生物的發(fā)酵周期。隨著發(fā)酵液的不斷加入，載體吸附量越來越大，但超過起它的吸附上限時，上面的新發(fā)酵液憑借施加在載體的壓力，將載體中的舊發(fā)酵液擠出，使其向下流動，載體再吸附新加入的發(fā)酵液。發(fā)酵液就以此方式，新舊置換，向下流動，直到流出反應(yīng)器，發(fā)酵周期也就結(jié)束。整個過程實現(xiàn)了連續(xù)進料出料，而且只需要接種一次，真正實現(xiàn)了固態(tài)發(fā)酵的連續(xù)化。
(2)反應(yīng)過程的各種參數(shù)易于調(diào)節(jié)。對于傳統(tǒng)的固態(tài)發(fā)酵，基質(zhì)大都是一些農(nóng)作物，成分固定，只能通過改變不同底物的配比來調(diào)節(jié)底物構(gòu)成，因此可調(diào)的余地很小。此外，傳統(tǒng)的固態(tài)發(fā)酵中，內(nèi)環(huán)境是非均一的，各個部位的溫度、濕度和pH都可能不同，而且由于是固體基質(zhì)，這些參數(shù)也難以在線測定和改變，這就造成了傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵難以實現(xiàn)操作參數(shù)的調(diào)節(jié)。惰性載體固態(tài)發(fā)酵采用的時液體培養(yǎng)基，其各種成分可以任意精確的調(diào)節(jié)，可以很方便的通過改變發(fā)酵液構(gòu)成來優(yōu)化培養(yǎng)基，提高產(chǎn)率。此外，由于惰性載體的存在有利于氣液交換，反應(yīng)器的內(nèi)環(huán)境是均勻一致的，溫度、濕度和pH等易于在線測定和監(jiān)控，可以很方便的通過改變以上參數(shù)來考察它們對產(chǎn)率的影響。
(3)產(chǎn)率高。載體吸附連續(xù)固態(tài)發(fā)酵過程中，載體與發(fā)酵液以及空氣之間的關(guān)系如附圖2所示。惰性固態(tài)載體為固定相，流動的發(fā)酵液與流動的氣體都是流動相，發(fā)酵液沿著載體向下流動，而氣體沿著載體內(nèi)的連通孔隙向上流動。液相是不連續(xù)的，以液膜方式存在，而氣體是連續(xù)相，無處不在。微生物就生活在液膜里，靠液膜中的發(fā)酵液和附近的空氣來生長代謝，惰性載體固態(tài)發(fā)酵的這種結(jié)構(gòu)為微生物的生長提供了巨大且維持穩(wěn)定的比表面積，極大地促進了氣體地傳遞。比起液態(tài)發(fā)酵需要持續(xù)不停的攪拌才能保證良好的通氣條件，此方法節(jié)約了大量能源，而且提高了產(chǎn)率。
本發(fā)明的方法是在傳統(tǒng)的固態(tài)發(fā)酵的基礎(chǔ)上采用惰性多孔吸附材料作為固態(tài)發(fā)酵中培養(yǎng)基的載體，連續(xù)進料，連續(xù)出料，整個只需要接種一次，過程操作參數(shù)可調(diào)；由于多孔吸附載體在無游離水狀態(tài)下固態(tài)發(fā)酵，利于氣液固傳遞，發(fā)酵水平比液體發(fā)酵提高3～5倍；反應(yīng)器構(gòu)造簡單，設(shè)備投資比液體深層發(fā)酵低得多；發(fā)酵完畢后，發(fā)酵液直接流出發(fā)酵罐，節(jié)省了分離步驟；不產(chǎn)生大量廢液，環(huán)境污染??；本發(fā)明真正實現(xiàn)了固態(tài)發(fā)酵的連續(xù)化，具有廣泛的適用性與推廣意義。


圖1是本發(fā)明的發(fā)酵裝置組成示意2載體吸附連續(xù)固態(tài)發(fā)酵過程中微觀結(jié)構(gòu)示意面說明貯液罐-1；蠕動泵-2；種子液入口-3；出氣口-4；濾紙-5； 固態(tài)發(fā)酵罐-6；惰性載體-7； 空氣壓縮機-8；空氣流量計-9；發(fā)酵儲液罐-10； 進液管-11； 出氣管-12；發(fā)酵液的輸送管-13； 空氣輸送管-14； 發(fā)酵液流動方向-15；流加的發(fā)酵液-16； 吸附的發(fā)酵液-17； 流動的氣體-18；種子液輸運管-19；具體的實施方式實施例1 連續(xù)化固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)堿性蛋白酶參考圖1，制作一本發(fā)明的發(fā)酵裝置，并在本實施例制作的裝置上進行連續(xù)化固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)堿性蛋白酶，下面通過實施例對本發(fā)明進行進一步說明。
固態(tài)發(fā)酵罐6是采用不銹鋼材料做成，高12.0cm，內(nèi)徑6.5cm。
固態(tài)發(fā)酵罐6的上蓋的孔中插入一根不銹鋼材料做成的進液管11，該進液管11通過一蠕動泵與貯液罐1相通；上蓋的另一孔內(nèi)插入一根出氣管4，還有一根種子液輸運管19插入上蓋進到固態(tài)發(fā)酵罐6內(nèi)；固態(tài)發(fā)酵罐6內(nèi)腔中部充入惰性載體7，填充量為罐體積的1/2-4/5，該惰性載體7為聚氨酯軟質(zhì)泡沫塑料，被制成直徑5mm的立方體，呈多孔狀蜂窩結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的柔軟性、彈性、吸水性以及耐水性等特點。惰性載體7的兩端有濾紙5，所述的濾紙5的開孔面積40％，平均最大孔徑為0.5mm或1.2mm都可以；固態(tài)發(fā)酵罐6的底部設(shè)置一根發(fā)酵液的輸送管13，該輸送管13與發(fā)酵液貯液罐10連通，和一空氣輸送管14，該空氣輸送管14上設(shè)有空氣壓縮機8和空氣流量計9。
在上述的裝置中進行連續(xù)化固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)堿性蛋白酶，載體吸附連續(xù)固態(tài)發(fā)酵過程中微觀結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖中發(fā)酵液流動方向-15；滴加的發(fā)酵液-16；惰性載體-7；吸附的發(fā)酵液-17；流動的氣體-18；1)先將惰性載體7，即聚氨酯軟質(zhì)泡沫塑料在121℃下滅菌20min，然后充填入發(fā)酵罐中，填充量為罐體積的1/2-4/5都可以；聚氨酯軟質(zhì)泡沫塑料的開孔率大于90.5％，其平均最大孔徑為0.5或1mm都可以；2)產(chǎn)堿性蛋白酶的菌種為短小芽孢桿菌，接種前先將菌種活化，制成種子液；將5ml種子液從頂部的種子液輸運管的種子液入口3滴加入固態(tài)發(fā)酵罐，種子液流經(jīng)具有均勻分布的小孔的濾紙后加入發(fā)酵罐中，使其吸附在惰性載體中分散均勻，完成接種過程；3)將經(jīng)過高壓滅菌的發(fā)酵液通過蠕動泵源源不斷地從頂部加入到固態(tài)發(fā)酵罐中，發(fā)酵液的組成為蛋白胨1％，牛肉膏0.5％，NaCL0.5％；其發(fā)酵液流速控制在0.03ml/min，發(fā)酵液流經(jīng)小孔的濾紙，發(fā)酵液通過滲透和擴散進入惰性載體內(nèi)部，并吸附在吸附載體的孔隙表面。隨著加入量的漸漸增多，由于發(fā)酵液對下部發(fā)酵液的驅(qū)動作用和發(fā)酵液自身的重力作用以及載體的吸附量限制，發(fā)酵液在載體中的從上向下滲流，最后流出固態(tài)發(fā)酵罐，進入發(fā)酵儲液罐；48小時后發(fā)酵結(jié)束，發(fā)酵液從底部流出，進入儲液罐，得到連續(xù)化固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)堿性蛋白酶。
4)在步驟3)的同時，還通過固態(tài)發(fā)酵罐底部的空氣輸送管14通入無菌空氣，其氣體以10ml/min的流速通入固態(tài)發(fā)酵罐內(nèi)，無菌空氣在固態(tài)發(fā)酵罐內(nèi)，沿著吸附載體內(nèi)部的連通孔隙流動，最后從出氣管出氣口4的排出；同時發(fā)酵溫度保持在32℃，發(fā)酵時間48小時。
實施例2用實施例1制作的發(fā)酵裝置，只是所用的濾紙5有不同，其中濾紙5的開孔面積50％，平均最大孔徑為0.5mm或1.2mm；進行連續(xù)化固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)堿性蛋白酶，其步驟同實施例1的步驟，只是具體發(fā)酵條件有所區(qū)別，以下給出具體發(fā)酵條件。
產(chǎn)堿性蛋白酶的菌種為短小芽孢桿菌，接種前先將菌種活化，制成種子液。發(fā)酵液的組成為蛋白胨1％，牛肉膏0.5％，NaCL0.5％。先將惰性載體，其開孔率大于90.5％，其平均最大孔徑為0.75mm的聚氨酯軟質(zhì)泡沫塑料，在121℃下滅菌20min，然后充填入發(fā)酵罐中，填充量為罐體積的1/2～4/5。惰性載體兩端的濾紙的開孔面積為50％，平均最大孔徑為0.7mm；從頂部滴加種子液7ml，使其在惰性載體中分散均勻，然后以蠕動泵從頂部加入發(fā)酵液，流速控制在0.05ml/min，溫度為32℃，同時從底部通以10ml/min的流速通入無菌空氣，48h后發(fā)酵結(jié)束，發(fā)酵液從底部流出，進入儲液罐。
實施例3 連續(xù)化固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)克拉維酸用實施例1制作的發(fā)酵裝置，進行連續(xù)化固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)克拉維酸，其步驟同實施例1，只是具體發(fā)酵條件有所區(qū)別，以下給出具體發(fā)酵條件。
產(chǎn)克拉維酸的菌種為棒狀鏈霉菌，接種前先將菌種活化，制成種子液，發(fā)酵液組成為甘油20g/l，黃豆提取液200ml/l，胨5g/l，pH7.0。惰性載體為聚氯乙烯泡沫塑料，將聚氯乙烯泡沫塑料進行常規(guī)的高溫滅菌，被制成直徑5mm的立方體，呈多孔狀蜂窩結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的柔軟性、彈性、吸水性以及耐水性等特點，充填入發(fā)酵罐的1/3容積內(nèi)，惰性載體7的兩端有濾紙5，其濾紙的開孔面積60％，平均最大孔徑為0.9mm；從頂部滴加6ml種子液，使其在載體中分散均勻，然后以蠕動泵從頂部加入發(fā)酵液，流速控制在0.04ml/min，溫度為28℃，同時從底部通以20ml/min的流速無菌空氣，120h后發(fā)酵結(jié)束，發(fā)酵液從底部流出，進入儲液罐。
實施例4用實施例1制作的發(fā)酵裝置，進行連續(xù)化固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)克拉維酸，其步驟同實施例1的步驟，只是具體發(fā)酵條件有所區(qū)別，以下給出具體發(fā)酵條件。
產(chǎn)克拉維酸的菌種為棒狀鏈霉菌，接種前先將菌種活化，制成種子液，發(fā)酵液組成為甘油20g/l，黃豆提取液200ml/l，胨5g/l，pH7.0。惰性載體為聚氨酯軟質(zhì)泡沫塑料，被制成直徑5mm的立方體，呈多孔狀蜂窩結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的柔軟性、彈性、吸水性以及耐水性等特點。惰性載體7的兩端有濾紙5，其濾紙的開孔面積55％，平均最大孔徑為1.1mm；將惰性載體采用通常的方法高溫滅菌，充填入發(fā)酵罐中，從頂部滴加7ml種子液，使其在載體中分散均勻，然后以蠕動泵從頂部加入發(fā)酵液，流速控制在0.06ml/min，溫度為28℃，同時從底部通以30ml/min的流速無菌空氣，120h后發(fā)酵結(jié)束，發(fā)酵液從底部流出，進入儲液罐。
實施例5用實施例1制作的發(fā)酵裝置，進行連續(xù)化固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酶，其步驟同實施例1的步驟，只是具體發(fā)酵條件有所區(qū)別，以下給出具體發(fā)酵條件。
產(chǎn)纖維素酶的菌種為里氏木霉，接種前先將菌種活化，制成種子液，發(fā)酵液為蛋白陳3g/L，硫銨2g/L，酵母膏0.5g/L，KH2PO44g/L，CaCl2·2H 20 0.3g/L，MgSO4·7H2O 3g/L，吐溫-800.2ml/L，還可加入本專業(yè)技術(shù)人員通曉的消泡劑。惰性載體為聚氨酯軟質(zhì)泡沫塑料，被制成直徑5mm的立方體，呈多孔狀蜂窩結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的柔軟性、彈性、吸水性以及耐水性等特點。惰性載體7的兩端有濾紙5，其濾紙的開孔面積65％，平均最大孔徑為0.6mm；將惰性載體高溫滅菌，充填入發(fā)酵罐的2/3容積內(nèi)，從頂部滴加7ml種子液，使其在載體中分散均勻，然后以蠕動泵從頂部加入發(fā)酵液，流速控制在0.06ml/min，溫度為28℃，pH值為4，同時從底部通以30ml/min的流速無菌空氣，96h后發(fā)酵結(jié)束，發(fā)酵液從底部流出，進入儲液罐。
實施例6用實施例1制作的發(fā)酵裝置，進行連續(xù)化固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酶，其步驟同實施例1的步驟，只是具體發(fā)酵條件有所區(qū)別，以下給出具體發(fā)酵條件。
產(chǎn)纖維素酶的菌種為里氏木霉，接種前先將菌種活化，制成種子液，發(fā)酵液為蛋白陳3g/L，硫銨2g/L，酵母膏0.5g/L，KH2PO44g/L，CaCl2·2H 20 0.3g/L，MgSO4·7H2O3g/L，吐溫-800.2ml/L，通常的消泡劑。惰性載體為聚氯乙烯泡沫塑料，被制成直徑5mm的立方體，呈多孔狀蜂窩結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的柔軟性、彈性、吸水性以及耐水性等特點。惰性載體7兩端的濾紙5上均勻開孔，其開孔面積為65％，平均最大孔徑為1.2mm；將惰性載體高溫滅菌，充填入發(fā)酵罐的2/5容積內(nèi)，從頂部滴加5ml種子液，使其在載體中分散均勻，然后以蠕動泵從頂部加入發(fā)酵液，流速控制在0.05ml/min，溫度為28℃，pH值為4，同時從底部通以30ml/min的流速無菌空氣，96h后發(fā)酵結(jié)束，發(fā)酵液從底部流出，進入儲液罐。
實施例7用實施例1制作的發(fā)酵裝置，進行連續(xù)化固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)黃原膠，其步驟同實施例1的步驟，只是具體發(fā)酵條件有所區(qū)別，以下給出具體發(fā)酵條件。
產(chǎn)黃原膠的菌種為甘蘭黑腐單胞菌，接種前先將菌種活化，制成種子液，發(fā)酵液為蔗糖4.0％，谷氨酸鈉2.2％，新鮮玉米漿2.8％，NaCL 0.1％，F(xiàn)eSO40.01％，KH2PO40.01％，調(diào)至pH為7.0。將惰性載體包括聚氨酯軟質(zhì)泡沫塑料或活性炭，經(jīng)過通常的高溫滅菌后，充填入發(fā)酵罐中，其充填量為發(fā)酵罐容積的1/4；開孔率為90.5％，其平均最大孔徑為0.9mm；從頂部滴加種子液，使其在載體中分散均勻，然后以蠕動泵從頂部加入發(fā)酵液，流速控制在0.03ml/min，溫度為28℃，同時從底部通以20ml/min的流速無菌空氣，48h后發(fā)酵結(jié)束，發(fā)酵液從底部流出，進入儲液罐。
實施例8用實施例1制作的發(fā)酵裝置，進行連續(xù)化固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)黃原膠，其步驟同實施例1的步驟，只是具體發(fā)酵條件有所區(qū)別，以下給出具體發(fā)酵條件。
產(chǎn)克拉維酸的菌種為甘蘭黑腐單胞菌，接種前先將菌種活化，制成種子液，發(fā)酵液為蔗糖4.0％，谷氨酸鈉2.2％，新鮮玉米漿2.8％，NaCL 0.1％，F(xiàn)eSO40.01％，KH2PO40.01％，調(diào)至pH為7.0。將惰性載體包括聚氨酯軟質(zhì)泡沫塑料或珍珠巖，經(jīng)通常的方法高溫滅菌后，再充填入發(fā)酵罐中，其充填量為發(fā)酵罐容積的1/5；開孔率為90.5％，其平均最大孔徑為0.8mm；從頂部滴加5ml種子液，使其在載體中分散均勻，然后以蠕動泵從頂部加入發(fā)酵液，流速控制在0.04ml/min，溫度為28℃，同時從底部通以30ml/min的流速無菌空氣，48h后發(fā)酵結(jié)束，發(fā)酵液從底部流出，進入儲液罐。
權(quán)利要求
1.一種惰性載體式固態(tài)連續(xù)化發(fā)酵的裝置，包括貯液罐(1)，該貯液罐(1)通過進液管(11)與固態(tài)發(fā)酵罐(6)連通，一根種子液輸運管(19)通過固態(tài)發(fā)酵罐(6)上蓋上的孔中插入固態(tài)發(fā)酵罐(6)內(nèi)，發(fā)酵儲液罐(10)底部設(shè)置一根發(fā)酵液的輸送管(13)，該輸送管(13)與發(fā)酵液貯液罐(10)連通；其特征在于還包括帶有孔的濾紙(5)，惰性載體(7)、空氣壓縮機(8)，空氣流量計(9)、蠕動泵(2)和出氣管(12)；其中固態(tài)發(fā)酵罐(6)的上蓋的孔中插入出氣管(12)，固態(tài)發(fā)酵罐(6)內(nèi)腔中部充入惰性載體(7)，惰性載體(7)的兩端各設(shè)有一帶有孔的濾紙(5)；固態(tài)發(fā)酵罐(6)的底部連通一根空氣輸送管(14)，該空氣輸送管(14)上設(shè)有空氣壓縮機(8)和空氣流量計(9)。
2.按權(quán)利要求1所述的惰性載體式固態(tài)連續(xù)化發(fā)酵的裝置，其特征在于，所述的惰性載體(7)為聚氨酯軟質(zhì)泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、珍珠巖或活性炭，開孔率大于90.5％，其平均最大孔徑為0.5～1mm，填充量為罐體積的1/2～4/5。
3.按權(quán)利要求1所述的惰性載體式固態(tài)連續(xù)化發(fā)酵的裝置，其特征在于，所述的帶孔濾紙(5)上均勻分布小孔，開孔面積至少為40％，平均最大孔徑為0.5mm-1.2mm。
4.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述的惰性載體式固態(tài)連續(xù)化發(fā)酵的裝置進行連續(xù)化發(fā)酵的方法，包括以下步驟1)將經(jīng)過常規(guī)高溫滅菌方法處理的惰性載體，充填入發(fā)酵罐中，其填充量為罐體積的1/2～4/5；該惰性載體的開孔率至少為90.5％，其平均最大孔徑為0.5～1mm；2)從固態(tài)發(fā)酵罐上的種子液輸運管加入1～7ml種子液，種子液流經(jīng)載體頂部的具有均勻分布的小孔的濾紙加入發(fā)酵罐中，吸附在惰性載體的表面，完成接種過程；3)將經(jīng)過高壓滅菌的發(fā)酵液連續(xù)地加入到固態(tài)發(fā)酵罐中，其流速為0.03～0.07ml/min；4)在步驟3)的同時，通過固態(tài)發(fā)酵罐底部的空氣輸送管14通入無菌空氣，其氣體流速為5～30ml/min，無菌空氣在固態(tài)發(fā)酵罐內(nèi)，沿著吸附載體內(nèi)部的連通孔隙流動，保持預(yù)定的發(fā)酵溫度進行固態(tài)發(fā)酵，發(fā)酵液在載體中從上向下滲流，最后流出固態(tài)發(fā)酵罐，進入發(fā)酵儲液罐進行收集；發(fā)酵溫度和時間根據(jù)不同的菌種決定。
全文摘要
本發(fā)明涉及惰性載體連續(xù)化固態(tài)發(fā)酵的方法及裝置；該裝置包括固態(tài)發(fā)酵罐的上蓋的孔中插入進液管、出氣管和種子液輸運管，進液管與貯液罐1相通；固態(tài)發(fā)酵罐內(nèi)腔中部充滿惰性載體，惰性載體的兩端填上濾紙；固態(tài)發(fā)酵罐的底部設(shè)置一根發(fā)酵液的輸送管，該輸送管與發(fā)酵液貯液罐連通，和一空氣輸送管，該空氣輸送管上設(shè)有蠕動泵2和空氣流量計。該發(fā)酵方法是在傳統(tǒng)的固態(tài)發(fā)酵的基礎(chǔ)上采用惰性多孔吸附材料作為固態(tài)發(fā)酵中培養(yǎng)基的載體，連續(xù)進料，連續(xù)出料，整個只需要接種一次，過程操作參數(shù)可調(diào)。由于多孔吸附載體在無游離水狀態(tài)下固態(tài)發(fā)酵，利于氣液固傳遞，發(fā)酵水平比液體發(fā)酵提高3～5倍；發(fā)酵液直接流出，省去分離步驟；不產(chǎn)生大量廢液。
文檔編號C12G1/00GK1796529SQ20041010161
公開日2006年7月5日 申請日期2004年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月21日
發(fā)明者陳洪章, 王麾 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所