[发明专利]多层分隔式生物反应器及该反应器用于发酵玉米醪生产酒精工艺

说明书

本发明为生物发酵工程提供一种适合于三相反应(固、液、气)的固定床多层分隔式生物反应器，同时提供一种利用这种反应器以玉米、谷类或薯类糖化醪为原料生产酒精的新工艺。

继60年代固定化酶技术后而兴起的多酶反应的固定化细胞技术已广泛用于工业发酵、医药，环境保护、分析化学以及动植物的组织培养等领域。固定化细胞技术在发酵工业方面的应用，进一步推动了生物技术的发展。固定化微生物细胞由于其制备比较简单、成本低廉、可反复活化，长期使用，打开了生物发酵技术连续化自动化生产的大门。实现上述细胞固定化技术生产的关键问题是选择适宜的固定化载体及设计生物反应器，其中固定化载体的选择主要按生产所用的原料进行选择，使其适应发酵工艺过程。而生物反应器主要是取决于实际生产效果，它决定固定化细胞技术能否在传统的生产中推广应用。近年来，国内外对生物反应器的研究愈来愈多。用于发酵工业的反应器总括可分为两大类：即流化床反应器和固定床反应器，但是这类反应器投资多、难于加工、技术较复杂。此外，我国目前发酵工业基本上均系传统的通用式发酵罐。虽然这种工艺生产能力低，发酵周期长，但要放弃现有的传统发酵设备，投入大量的资金用以建立新式的生物反应器也是不现实的。因此，设计一种简便的生物反应器，改造我国现有的发酵工业设备，实现固定化细胞技术，使发酵生产突破传统的模式，是生物工程中的一个亟待解决的问题。

本发明的目的在于设计一种新型生物反应器，对传统的通用型旧式发酵设备进行改造。此外，本发明的另一任务在于利用上述反应器，为以玉米谷类和薯类的糖化醪为原料，选择适当的固定化载体，实现固定化细胞技术生产酒精，即提供一种采用固定化细胞技术的发酵玉米糖化醪生产酒精的新工艺，并在发酵工业中得到广泛应用。

为实现上述目的，本发明设计了一种多层分隔式生物反应器，具体地说，本发明的多层分隔式生物反应器，其特征在于在发酵罐(通用式发酵罐)中置有一层或多层粒子筐，粒子筐是用金属(或硬质聚合树脂、塑料)等材料制成的筛网筐，筛网筐中放入固定化酵母凝胶体，使凝胶体不能流出粒子筐，但发酵液可通过粒子筐的筛网自由流化。粒子筐筛网的网目大小可按选取的细胞固定化载体性能和制成的凝胶粒的体积而定，一般可采用1～100毫米²网目。当采用多层粒子筐时，各层粒子筐之间应留有一定间隔，以利于发酵液在罐内流化及发酵过程中产生的气体的排放。此外，也可在粒子筐中(中心或均匀)设置一个或若干个排气管。附图1是本发明的多层分隔式生物反应器的结构示意图；附图2为粒子筐的结构示意图；下面结合附图1对本发明的反应器结构给予进一步详细地说明。

图中：1、发酵罐；2、粒子筐；3、排气管；4、支架；5、夹层；6、进料口；7、出料口；8、金属筛网筐；9、筛网筐盖。由图1、2所示的本发明多层分隔式生物反应器是在发酵罐1中放置，由金属筛网筐8及筛网筐盖9制成的粒子筐2，粒子筐2中放有带孔排气管3，图1所示为四层粒子筐，各粒子筐之间留有一定间距，排气管3既起到排放气体的作用，也作为粒子筐2的支承柱，粒子筐2通入支架放置固定在发酵罐1中。发酵罐外的夹层5是其热交换层，通入水9或气)使发酵罐保持在一定的发酵温度。原料由发酵罐1的进料口6送入，发酵后产物由出料口7排出。上述是本发明的固定式多层分隔式生物反应器。可以用于各种发酵过程。同时，也可以对目前普遍应用的传统发酵设备进行改造，在原发酵罐中放入制备好的粒子筐，即可适用于固定化细胞技术进行发酵生产酒精。

本发明采用上述多层分隔式生物反应器，为以玉米、谷类及薯类等为原料发酵酒精的生产过程提供了一种新的工艺。其工艺流程如图3所示，下面结合附图3对其工艺方法进行详细描述。

图3中：11、种子培养：12、载体；13、固定化酵母凝胶体制备；14、酵母增殖培养；15、原料处理；16、糖化；17、发酵反应；18、蒸馏；19、成品。