本发明专利技术公开了一种利用内置式流动纤维床反应器固定化发酵生产丙酸的方法，包括在通用发酵罐中装入内含棉纤维材料的悬浮球构建内置式移动纤维床反应器(MFBB)的方法。并进一步将其应用于固定化发酵生产丙酸，其步骤包括：通过化学修饰棉纤维载体，加强载体与固定化细胞间的吸附力，通过以葡萄糖为底物游离细胞和内置式流动纤维床反应器固定化细胞发酵生产丙酸，评估MFBB在发酵工业中的应用潜质。本发明专利技术利用的内置式流动纤维床反应器固定化发酵生产丙酸具有操作稳定性好、工作周期长、产物收率高、易于工业放大以及成本低廉等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物工程
，尤其涉及一种内置式流动纤维床反应器固定化发 酵生产丙酸的方法。
技术介绍
丙酸在工业生产中都是利用化工方法制备，但石油产品的不可再生和化工方法的 污染性迫使人们寻找新的替代方法，利用徵生物法来生产丙酸是更有利于能源的合理应 用。但是，研究者在利用微生物法产丙酸的研究中发现，由于受到产物浓度抑制、副产物积 累的影响，发酵法生产丙酸的产量很低，还远远达不到工业化生产的要求。所以，目前有许 多研究者致力于发酵法生产丙酸的研究。其中，较为突出的是Yang等人专利技术了细胞固定化 发酵的纤维床生物反应器（fibrous-bedbioreactor，简称FBB)用于生产丙酸。相比传统 的丙酸游离发酵，纤维床固定化丙酸发酵可以大幅缩短生产周期、提高终产物浓度，有利于 发酵液的后续分离，但外置固定床增加了工业化应用中的成本。 本专利技术将FBB的棉纤维织物等纤维材料作为悬浮载体的填料，在移动床生物膜反 应器（movingbedbiofilmreactor，MBBR)基础上开发出的一种新型高效的内置式移动纤 维床反应器movingfibrous-bedbioreactor(MFBB)。与MBBR的聚乙稀、聚丙稀及涤给材 质、聚氨酯泡沫体等填料相比，棉纤维材料具有较高的载体活性和单位体积固定的细胞数 (细胞密度最高可运70 g/L)，此外，棉纤维材料容易获得，价格便宜，固定化成本低。 微生物细胞与吸附载体间的吸附力主要包括静电力、范德华力、路易斯酸碱作用 力、疏水作用力、化学键力。MFBB中的棉纤维在悬浮球中的填充量与FBB相比较少，菌体在 载体上的吸附容易受环境流体剪切力的影响。本专利技术对棉纤维载体进行化学修饰，加强了 载体与菌体间的吸附力。本专利技术中的MFBB具有良好的底物、终产物耐受性、高效的糖酸转 化率和生产率等优点，与传统的FBB系统相比，这个新颖的MFBB系统更为简单且易于等比 例工业放大生产丙酸。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，本专利技术的目的是提供在移动床生物膜反应器（moving bedbiofilmreactor，MBBR)基础上开发一种新型高效的内置式移动纤维床反应器moving fibrous-bedbioreactor(MFBB)，用于替代传统的FBB系统，以减少在工业化应用中的成 本问题。 为了实现上述的目的，本专利技术采用了以下的技术方案： ，包括以下步骤： (1 )、对填充材料进行化学修饰：用一定浓度的NaOH溶液对棉纤维进行碱化处理，碱化 处理后的棉纤维用去离子水漂洗、烘干后用聚丙烯亚胺进行修饰，最后用戊二醛进行交联 处理； (2)、对悬浮球进行填充及处理：将经过步骤（1)修饰后的棉纤维填充在一定数量的悬 浮球内，对填充后的悬浮球进行灭菌处理； (3) 、构建内置式移动纤维床反应器：采用通用发酵罐作为反应器主体，向发酵罐中加 入一定量的液体培养基，将经过步骤（2 )处理的悬浮球加入发酵罐内，通过搅拌使悬浮球处 于流化状态； (4) 、内置式移动纤维床反应器的运行：对预装有培养基和悬浮球的发酵罐进行高温灭 菌，灭菌后趁余热进行通氮气或惰性气体以维持厌氧条件，冷却后接入一定量含有产丙酸 丙酸杆菌的种子液，在30°C，PH7. 0的条件下发酵，每隔4h取样监测0D值变化，待0D值下 降至相对稳定值后取出液体培养基。 作为优选，在步骤（1)中，采用浓度为4mol/L的NaOH溶液浸泡棉纤维lh，在去离 子水中充分漂洗、烘干后，在4°C环境中保存。 作为优选，在步骤（1)中使用聚丙烯亚胺（PEI)修饰上述煮沸烘干后的纤维，放置 于0.2% (w/v)的PEI水溶液中浸泡2h，用HC1调整溶液pH至7.0,在去离子水中充分漂 洗，烘干，4 °C保存备用。 作为优选，使用戊二醛（GA)交联处理经PEI化学修饰的纤维，在含1% (w/v)GA 的0.05mol/L磷酸钾缓冲溶液中（pH7.0)浸泡2h，在去离子水中充分漂洗，烘干，4°C保 存备用。 作为优选，在步骤（2)中，将棉纤维填充于悬浮球内，于121°C预灭菌60分钟，并过 夜，同样条件下再灭菌60分钟。 作为优选，在步骤（3)中培养基的装入量为发酵罐容积的40%，悬浮球的总体积为 培养基的20%。 作为优选，所述培养基以葡萄糖为底物。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：在移动床生物膜反应器(movingbed biofilmreactor，MBBR)基础上开发的一种新型高效的内置式移动纤维床反应器moving fibrous-bedbioreactor(MFBB)。与传统的FBB系统相比，该反应器中的固定化细胞发酵 相当稳定，菌种没有出现退化或者污染的情况，该系统操作更为简单且易于等比例工业放 大扩大。【附图说明】 图1为移动纤维床固定化生物反应器装置图。 图2为产丙酸丙酸杆菌游离细胞间歇发酵生产丙酸的情况示意图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】做一个详细的说明。图1为移动纤维床固 定化生物反应器装置图。图2为产丙酸丙酸杆菌游离细胞间歇发酵生产丙酸的情况示意 图。表1为游离细胞和MFBB固定化细胞间歇发酵生产丙酸的情况比较表。 -种内置式流动纤维床反应器固定化发酵生产丙酸的方法，包括以下步骤： (1)、对填充材料进行化学修饰： 1)、将小块的涤纶纤维置于浓度为4mol/L的NaOH溶液中浸泡1h，在去离子水中充分 漂洗，烘干，4°C保存备用； 2)、使用聚丙烯亚胺（PEI)修饰上述煮沸烘干后的纤维，放置于0.2% (w/v)的PEI水 溶液中浸泡2h，用HC1调整溶液pH至7. 0,在去离子水中充分漂洗，烘干，4°C保存备用； 3)、使用戊二酸（GA)交联处理经PEI化学修饰的纤维，在含1% (w/v)GA的0. 05mol/L磷酸钾缓冲溶液中（pH7.0)浸泡2h，在去离子水中充分漂洗，烘干，4°C保存备用。 本例，经过PEI和GA修饰后，棉纤维载体的吸附能力较强，其中经PEI和GA联合 修饰后的棉纤维织物上的细当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种内置式流动纤维床反应器固定化发酵生产丙酸的方法，其特征在于：包括以下步骤:（1）、对填充材料进行化学修饰：用一定浓度的NaOH溶液对棉纤维进行碱化处理，碱化处理后的棉纤维用去离子水漂洗、烘干后用聚丙烯亚胺进行修饰，最后用戊二醛进行交联处理；（2）、对悬浮球进行填充及处理：将经过步骤（1）修饰后的棉纤维填充在一定数量的悬浮球内，对填充后的悬浮球进行灭菌处理；（3）、构建内置式移动纤维床反应器：采用通用发酵罐作为反应器主体，向发酵罐中加入一定量的液体培养基，将经过步骤（2）处理的悬浮球加入发酵罐内，通过搅拌使悬浮球处于流化状态；（4）、内置式移动纤维床反应器的运行：对预装有培养基和悬浮球的发酵罐进行高温灭菌，灭菌后趁余热进行通氮气或惰性气体以维持厌氧条件，冷却后接入一定量含有产丙酸丙酸杆菌的种子液，在30℃，PH7.0的条件下发酵，每隔4h取样监测OD值变化，待OD值下降至相对稳定值后取出液体培养基。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐志南，杨叶东，唐云平，沈颂娣，施周铭，
申请(专利权)人：浙江汇宁生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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