新发酵系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了用于生产基于微生物的组合物的系统和器械，所述组合物可用于石油和天然气工业、环境清理、以及其它应用。更具体地说，本发明专利技术包括用于发酵基于微生物的组合物的生物反应器、设备、以及材料。

New fermentation systems and methods

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】新发酵系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2017年1月6日提交的美国临时申请序列号No.62/443,356的权益，其全文通过引用结合于此。
本专利技术涉及用于生产基于微生物的组合物的方法和系统，所述基于微生物的组合物可用于例如石油工业、农业、矿业、废物处理和生物修复。
技术介绍
微生物如细菌、酵母和真菌的培养对于生产各种有用的生物制剂很重要。微生物在例如食品工业、制药、农业、矿业、环境修复和废物管理方面起着至关重要的作用。在广泛的行业中使用微生物存在巨大的潜力。基于微生物的产品商业化的限制因素是每个繁殖体密度的成本，其中将微生物产品应用于具有足够接种物的大规模操作以观其益是特别昂贵并且不可行的。存在微生物培养的两种主要形式：深层培养和表面培养。使用表面或深层培养的任何一种方法都可以生长细菌、酵母和真菌。这两种培养方法均需要微生物生长的营养培养基。该培养基，既可以是液体形式也可以是固体形式，通常包括碳源、氮源、盐和适当的附加营养素和微量营养素。pH和含氧量维持在适合给定微生物的值。微生物有潜力在例如石油和农业产业中发挥极其有益的作用，只要它们可以更容易获得，并且优选以更有效的形式获得。使用通常被称为钻机的装备钻入地表以获取石油和天然气。使用钻头在地面钻出大直径井眼(例如，直径24-36英寸)来形成井或者钻孔。该钻头附着在钻管上，钻管由钻机旋转。该钻机通常继续钻大井眼直到钻头钻到水位线以下。接下来，金属衬套(或套管)放置在大直径井眼中，并且通过衬套内部泵送水泥。当水泥到达衬套底部，其向上流动，填满衬套与周围地层之间的空隙，在随后的步骤中将水位隔离并保护其免受任何沿井眼向下泵送的钻井液的侵扰。在第一套管被注入水泥之后，中等型号的钻头可用于深入钻探地下地层。在之后，通常在钻头被移除处会有一个或多个停止点，其后是更小的套管衬套和水泥。在井打完之前一直重复这个过程。在钻井过程中，钻井液通过钻管泵送并从钻头泵出。该液体接下来流回钻管和地层或套管之间的空间内。钻井液清除掉钻井碎屑、平衡井下压力、润滑钻孔、并且还用来清洗钻孔内的引起摩擦的物质。在井钻完之后，通常设置生产衬套(或套管)并且随之对井进行穿孔(例如，使用炸药在含油地层的特定点爆破生产衬套)。接下来，在地层的自然压力下或使用机械装备、注水开采、或其它方式引发的压力下，石油开始流出油井。因为原油流经油井，原油中的物质时常会在生产衬套表面上储积，导致流动变慢，并且有时甚至使得生产全部停止。利用各种不同的化学制品和装备来防止并修复上述问题，然而，仍需要改进的产品和方法。特别地，需要更加环保、毒性更小、并且效果更好的产品和方法。在农业中，农民严重依赖合成化学品和化学肥料以提高产量并且保护作物免受病原体、害虫和疾病的侵害；然而，如果使用过量或使用不当，这些物质可通过径流、浸滤和蒸发成为空气和水污染物。即使恰当使用，过度依赖和长期使用某种化学肥料和杀虫剂会有害得改变土壤生态系统、降低抗逆性、增加害虫抗药性、并且阻碍动植物生长和活力。管理化学品供应和使用的法规要求越来越高，并且消费者对无残留、可持续生长并对环境危害最小的食品的需求正在影响着整个行业并引发了关于如何应对无数挑战的思想演变。对于更安全的杀虫剂和可替代害虫控制策略的需求正在增加。虽然目前大规模淘汰化学品是不可行的，农民逐渐地将生物措施作为综合营养管理和综合虫害管理计划的可行组成部分。例如，近些年，线虫的生物防治引起了极大的兴趣。该方法使用生物制剂作为杀虫剂，诸如活微生物、由这些微生物衍生的生物产品、以及它们的组合。这些生物杀虫剂较之传统杀虫剂有着重要优势。例如，与传统化学杀虫剂相比，它们的危害较小，更加有效并且具有特效。它们通常能快速降解，并导致较小的环境污染。由于生产困难、运输复杂、管理不便、价格和效力方面的因素，生物杀虫剂和其它生物制剂的使用极大受限。例如，许多微生物难以生长并且随后以充足的量用于农业和林业生产系统以便使用。由于分配之前的加工、形成、存储、和稳定化导致的生存能力和/或活性的损失，这个问题变得更加严重。另外，一经应用，生物产品可能由于许多原因不能茁壮成长，包括例如初始细胞密度不足、不能在特定位置与现有微生物群有效竞争、以及被引入微生物不能繁殖甚至存活的土壤和/或其它环境条件。基于微生物的组合物可帮助解决农业、石油天然气工业、以及很多其它工业面临的上述问题中的一些问题。因此，需要大量生产微生物和微生物代谢物的更有效的培养方法。
技术实现思路
本专利技术提供用于生产基于微生物的组合物的材料、方法和系统，所述基于微生物的组合物可用于石油和天然气工业、农业、卫生保健以及环境清理、以及各种其它应用。特别地，本专利技术提供有效培养微生物和生产微生物生长副产物的材料、方法和系统。本专利技术的实施例提供了新型的、廉价的发酵方法和系统。更特别地，本专利技术提供了用于发酵的生物反应器。在特定的实施例中，所述系统用于生长酵素和/或其它基于微生物的组合物。在某些特定的实施例中，所述系统可被用于生产球拟假丝酵母组合物。所述系统可用来生长酵母、真菌和细菌。在某些实施例中，所述系统可用于生产基于酵母的组合物，包括例如，包括球拟假丝酵母(Starmerellabombicola)、异常威克汉姆酵母(Wickerhamomycesanomalus)、和/或蚜虫拟酵母(Pseudozymaaphidis)酵母的组合物。在一些实施例中，所述系统可用于生产基于细菌的组合物，包括例如包括枯草芽孢杆菌和/或地衣芽孢杆菌的组合物。在特定的实施例中，本专利技术的系统包括由导管彼此连接的至少两个罐。在该多罐反应器中，泵迫使微生物培养物通过导管从一个罐到另一个罐。在优选实施例中，该导管安装在罐的顶部或顶部附近。当培养物在导管中移动时，它会被由例如空气压缩机推入液流中的空气氧化。这样会混合并氧化培养物。在罐底部附近，另一个管连接两个罐以平衡每个罐中的培养物水平。该导管可具有另外一个输入部以促进空气补给。因此，该导管可以提供额外的混合和通风。另外，两个罐均可被增补个体喷射系统。接种可在一个或两个罐中发生并且接种物在两个罐中通过上述导管系统进行混合。在多罐系统的优选实施例中，泵(一个或多个)在整个发酵过程中持续运转。流量可以例如从10到20到200加仑每分钟。在特定实施例中，每隔5到10分钟在罐之间进行一次完整培养物交换。有利地，本专利技术的系统可根据预期用途进行缩放。例如，罐的尺寸可以从几加仑到几万加仑。在一个实施例中，本专利技术提供了使用本系统无污染培养微生物的方法。在某些实施例中，培养方法包括使用例如蠕动泵将包括水和营养成分的培养基添加至本系统中；用活微生物接种所述系统；并且将抗菌剂可选地添加至培养基。该抗菌剂可以是例如抗生素或槐糖脂。在一个实施例中，本专利技术还提供了一种组合物，其包括至少一种类型的微生物和/或至少一种使用本专利技术的发酵系统生长的微生物产生的微生物代谢物。该组合物中的微生物可以是活性或非活性形式。该组合物还可以是干燥形式或液体形式。有利地，本专利技术的方法和装备大规模地降低了生产微生物以及其代谢物的劳资成本。另外，本专利技术的培养过程降低或消除了培养完成后浓缩有机体的需要。本专利技术提供了一种培养方法，该方法不仅显著提高了每单位营养培养基的微生物产品产量，而且本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生产基于微生物的组合物的系统，所述系统包括：反应器，其包括第一罐和第二罐；泵，其具有通过第一管连接至第一罐的输入部，以及通过第二管连接至第二罐的输出部；第三管，其从第二罐连接至第一罐，其中所述第三管适于允许液体在液体静压力下从第二罐流至第一罐。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.06 US 62/443,3561.一种用于生产基于微生物的组合物的系统，所述系统包括：反应器，其包括第一罐和第二罐；泵，其具有通过第一管连接至第一罐的输入部，以及通过第二管连接至第二罐的输出部；第三管，其从第二罐连接至第一罐，其中所述第三管适于允许液体在液体静压力下从第二罐流至第一罐。2.根据权利要求1所述的系统，其还包括一个或多个鼓风机或空气压缩机，其中所述一个或多个鼓风机或压缩机连接至一个或多个气体喷射器、起泡器、和/或喷洒器。3.根据权利要求1所述的系统，其中反应器的工作容积为10到40,000加仑。4.根据权利要求1所述的系统，其还包括用于支撑系统部件的框架。5.根据权利要求1所述的系统，其还包括用于操纵所述系统的轮子和把手。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统配置在卡车拖车和/或半拖车的背面，和/或其中所述系统是便携式的。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个泵能够建立30到0.1、或高达200加仑每分钟的循环比。8.一种用于培养无污染微生物的方法，其中所述方法包括：将包括水和营养成分的培养基添加至使用蠕动泵的权利要求1的系统中；用活微生物接种所述系统；且将抗菌剂可选地添加至所述系统。9.根据权利要求8所述的方法，其中微生物为酵母。10.根据权利要求9所述的方法，其中微生物为球拟假丝酵母。11.根据权利要求9所述的方法，其中微生物为蚜虫拟酵母。12.根据权利要求8所述的方法，其中在培养微生物之前对权利要求1所述的系统进行灭菌。13.根据权利要求12所述的方法，其中灭菌包括：用商业消毒剂清洗反应器的内表面；用3％过氧化氢溶液雾化反应器内部；以及用温度105...

【专利技术属性】
技术研发人员：肯·阿里贝克，肖恩·法默，肯特·安达姆，
申请(专利权)人：轨迹IP有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US