[发明专利]一种固定床发酵分离耦合连续生产生物丁醇的方法

权利要求书

1.一种固定床发酵分离耦合连续生产生物丁醇的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

(1)将对丁醇生产菌具有电荷吸附效应的改性固定化介质填充于固定床，与生物反应器循环串联；

(2)将丁醇生产菌接种至生物反应器中，在发酵培养基中培养至指数期，发酵液在固定床与生物反应器之间循环，将处于指数期的游离菌体细胞逐步吸附于固定床中；

(3)当生物反应器中丁醇浓度达到3～7g/L时，将发酵液泵入渗透汽化膜组件进行原位分离，收集丁醇渗透液，而膜截留液同步返回生物反应器内继续利用；

(4)在步骤(3)操作同时，向生物反应器中流加发酵培养基，连续发酵生产丁醇；

步骤(1)中，所述的固定化介质包括：经过改性处理的农业秸秆、甘蔗渣、玉米芯、棉纤维、麻纤维、活性炭纤维、聚乙烯醇纤维、聚砜纤维、颗粒炭、多孔陶瓷滤料、沸石滤料、火山岩滤料和页岩滤料中的任意一种；所述的改性，方法为利用浓硝酸、浓盐酸、浓硫酸或浓磷酸对固定化介质进行表面酸改性处理，或者，利用氯化铁、硫酸镁或氯化钙对固定化介质进行表面改性处理。

2.根据权利要求1所述的固定床发酵分离耦合连续生产生物丁醇的方法，其特征在于步骤(2)中，所述的丁醇生产菌为梭状芽孢杆菌(Clostridium)。

3.根据权利要求1所述的固定床发酵分离耦合连续生产生物丁醇的方法，其特征在于步骤(2)和(4)中，所述的发酵培养基为初始pH 4.5～6.5的含有碳源、氮源、无机盐及生长因子的液体培养基。

4.根据权利要求3所述的固定床发酵分离耦合连续生产生物丁醇的方法，其特征在于所述的碳源为葡萄糖、糖蜜、废乳清、玉米粉糖化液、木薯粉糖化液及农林业木质纤维素水解糖液中的任意一种或几种，步骤(2)中，培养基中的总糖浓度为30～100g/L，步骤(4)中培养基中的总糖浓度为50～100g/L。

5.根据权利要求3所述的固定床发酵分离耦合连续生产生物丁醇的方法，其特征在于所述的氮源为有机或无机含氮化合物，其中无机含氮化合物为乙酸铵和硫酸铵中的任意一种或几种，有机含氮化合物为蛋白胨、酵母膏、酵母粉、玉米浆和尿素中的任意一种或几种，培养基中氮源浓度为0.5～3g/L。

6.根据权利要求3所述的固定床发酵分离耦合连续生产生物丁醇的方法，其特征在于所述的无机盐为钠盐、钾盐、镁盐、钙盐、磷酸盐、锰盐和铁盐中的任意一种或几种，培养基中无机盐浓度为0.01～3g/L。

7.根据权利要求3所述的固定床发酵分离耦合连续生产生物丁醇的方法，其特征在于所述的生长因子为生物素、硫胺素和对氨苯甲酸中的任意一种或几种，培养基中生长因子浓度为0.01～10mg/L。

8.根据权利要求1所述的固定床发酵分离耦合连续生产生物丁醇的方法，其特征在于步骤(3)中，所述的渗透汽化膜是由对丁醇、丙酮和乙醇具有亲和力的以下至少一种膜材料组成，包括硅橡胶、聚三甲基硅丙炔、聚丙烯、聚丁二烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或其衍生物、丁苯橡胶、丁腈橡胶、乙丙二烯橡胶、聚醚酰胺嵌段共聚物、全硅分子筛；渗透汽化膜组件为由一个或一个以上的单元渗透汽化膜组成，各单元渗透汽化膜的渗透侧通过管路并联于真空泵总管，单元渗透汽化膜为管式、平板或中空纤维膜等形式。

9.根据权利要求1所述的固定床发酵分离耦合连续生产生物丁醇的方法，其特征在于步骤(4)中，调控发酵培养基的流加速率以维持生物反应器内发酵液总体积不变。