[发明专利]利用多联纤维床生物反应器系统发酵生产丁酸的方法

摘要

本发明公开了一种多联纤维床生物反应器系统发酵生产丁酸的方法，其步骤包括：制备多联纤维床生物反应器、菌种活化、种子液培养、预发酵培养、及进行批次或补料发酵。本发明工艺简单，利用多联纤维床生物反应器系统发酵生产丁酸，一方面，可以较低的成本实现大规模工业放大，另一方面，可以避免单纯反应器体积放大所产生的多相传质问题和纤维床填充物强度不足问题，同时还减短了发酵过程的延滞期、大幅缩短了生产周期、提高了终产物浓度，有利于发酵液的后续分离，并便于发酵过程的检测和控制，以及设备的维护。

主权项

利用多联纤维床生物反应器系统发酵生产丁酸的方法，其特征是包括以下步骤：（1）多联纤维床生物反应器的制备：多联纤维床生物反应器由数个纤维床生物反应器相互间通过管道串联或并联连接而成，所说的串联是前一个纤维床生物反应器的物料出口与下个纤维床生物反应器的物料进口依次连接，形成串联式纤维床生物反应器；所说的并联是所有纤维床生物反应器的物料进口并联成一个共同的物料进口，所有纤维床生物反应器的物料出口并联形成一个共同的物料出口，形成并联式纤维床生物反应器，在各个纤维床生物反应器的物料进口和物料出口管道上设置泵和流量计，在每个纤维床生物反应器出口管路设置pH计和温度计，每个纤维床生物反应器为由同心式内、外圆筒构成的带夹层的填充柱体，在填充柱体上、下两端的密封盖上分别设置物料进口和物料出口，填充柱体的夹层通水浴循环水，填充柱体的内圆筒中充满填充物，该填充物以棉纤维织物为填充基质，钢丝网做支撑材料，钢丝网在外侧，棉纤维织物置于内侧，卷制成圆筒状，将预发酵罐的出料口与多联纤维床生物反应器的物料进口相连接，预发酵罐的进料口与多联纤维床生物反应器的物料出口相连构成封闭循环系统；（2）用接种针蘸取酪丁酸梭菌菌液，在含有50 mg / mL丁酸钠的强化培养基平板上划线后， 置37 ℃培养72 小时；（3）将步骤2）平板上的单菌落接种于含50 mL生长培养基的100 mL厌氧瓶中培养72 小时，得到发酵母种；（4）取3 mL发酵母种接种于含100 mL生长培养基的500 mL厌氧瓶中培养48 小时后，接种于含2 L 生长培养基的5 L预发酵罐中进行24 小时的扩大培养，使菌体浓度达到6.0‑10.0 g/L，用泵以10‑100 mL/min的速度将经扩大培养的培养液泵入步骤（1）制备的多联纤维床生物反应器内，维持循环，当发酵液中糖浓度接近0时，更换新鲜生长培养基进行下一批次发酵，或补入葡萄糖液进行补料发酵，得到丁酸；发酵过程中通过pH计、温度计、流量计检测各个纤维床生物反应器的发酵状态，控制发酵温度为37°С，用6 mol/L的NaOH维持pH在6.0，通过泵来控制发酵液的循环速度；上述的生长培养基成分为：葡萄糖 30 g/L、酵母抽提物 5 g/L、蛋白胨 5 g/L、（NH4）2SO4 3 g/L 、K2HPO4 1.5 g/L、MgSO4•7H2O 0.6 g/L、FeSO4•7H2O 0.03 g/L；上述的强化培养基是在生长培养基的基础上添加50 mg/mL丁酸钠。