一种发酵生产L-苏氨酸的系统及其应用技术方案

本发明专利技术涉及一种发酵生产L‑苏氨酸的系统及其应用，属于L‑苏氨酸生产技术领域。所述补料罐与发酵罐连接，发酵罐与交替式切向流过滤装置连接，交替式切向流过滤装置与纳滤罐连接，纳滤罐与纳滤装置连接，纳滤装置与反渗透罐连接，反渗透罐与多效蒸发装置连接，多效蒸发装置与离心装置连接；所述反渗透装置与反渗透罐构成循环回路。本发明专利技术中L‑苏氨酸发酵采用灌流培养技术，降低了发酵液中不利于细胞生长和产酸的副产物，提高了单位活菌数，从而提高了产酸效率，同时延长了发酵时间，减少了多批次发酵时的接种、放料、清洗等次数，节约了成本，提高了生产效率；本发明专利技术中采用ATF装置过滤发酵液，系统不使用蠕动泵，对细胞的影响力更加温和，且交替流在过滤膜表面形成了反冲，有利于降低过滤器污染。

Fermentation system for L- threonine production and its application

The invention relates to a system for fermenting L threonine and its application, belonging to the technical field of L threonine production. The feeding tank is connected with the fermentation tank, the fermentation tank is connected with the alternating tangential flow filter device, the alternating tangential flow filter device is connected with the nanofiltration tank, the nanofiltration tank is connected with the nanofiltration device, the nanofiltration device is connected with the reverse osmosis tank, the reverse osmosis tank is connected with the multi-effect evaporation device, and the multi-effect evaporation device is connected with the centrifugal device. The reverse osmosis device and the reverse osmosis tank constitute the circulation circuit. The L_threonine fermentation adopts perfusion culture technology, reduces the by-products unfavorable to cell growth and acid production in the fermentation broth, improves the number of living bacteria per unit, thus improving the acid production efficiency, prolongs the fermentation time, reduces the times of inoculation, feeding and cleaning during multi-batch fermentation, saves the cost and extracts the acid. The invention adopts the ATF device to filter the fermentation broth, the system does not use the peristaltic pump, the influence on the cells is more mild, and the alternate flow forms a backwash on the surface of the filter membrane, which is beneficial to reducing the filter pollution.

【技术实现步骤摘要】
一种发酵生产L-苏氨酸的系统及其应用
本专利技术涉及一种发酵生产L-苏氨酸的系统及其应用，属于L-苏氨酸生产

技术介绍
L-苏氨酸(Threonine)是Rose在1935年于纤维蛋白水解物中分离并鉴定出来的。1936年Meger对它的空间结构进行了研究，因其结构类似苏糖，故将其命名为苏氨酸。L-苏氨酸是常见的十八种氨基酸中的一种，也是人体必需氨基酸之一，具有恢复疲劳、促进生长发育的效果，广泛应用于食品业、饲料业和医药行业等领域。当前利用微生物直接发酵法生产L-氨基酸以其原料成本低，来源广泛，产品纯度高，反应条件温和等优点逐渐成为L-苏氨酸的主要工业化生产方法。该方法主要利用L-苏氨酸高产菌株以淀粉糖为原料进行发酵生产获得含有苏氨酸的发酵液，然后通过一定的技术手段从中提取L-苏氨酸。提取工艺方法路线的选择直接影响L-苏氨酸产品的质量优劣，经济成本的高低以及是否满足清洁环保的要求。常用的细胞培养方法有批次培养、补料批次培养、灌流培养等。通常采用的分批发酵的方法培养时间短，放料、洗罐、灭菌等过程频繁，耗时耗力，且培养过程中副产物积累，影响产生菌的生长和发酵条件，导致产率下降。而灌流培养能使体系中的培养基不断被更新，及时满足细胞对营养物质的需求，同时移除有害代谢产物，给与细胞较优良和稳定的生长环境，这种方法有效地提高了细胞密度和活率，延长了细胞的培养时间，并使得发酵产量大幅上升。基于中空纤维柱截留原理而设计的交替式切向流（alternatingtangentialflow，ATF）装置具有有效缓解滤膜堵塞，剪切力低等优点，采用ATF作为细胞截留设备的灌流培养系统，是目前较优良的系统。在下游分离提取工艺中，通常采用离交、等电沉降等方法。传统的离子交换技术，在生产过程中工业排废较多，分离工艺复杂，需要更换流动相，而膜分离技术无需其它溶液，减少了配液工作，同时分离过程中无需改变流动相，易实现连续生产，并且其工艺简单，操作方面，过程易控制。膜分离过程作为一门新型的分离、浓缩、提纯技术，有着节能、高效、无相变等优点，近年来已在各个工业领域及科学研究中取得广泛的应用。随着膜材料、膜工艺、膜装置、膜过程和应用技术的不断涌现，膜技术已从单一膜过程的应用到膜集成过程，再到和其它化工分离过程连用。在解决一些复杂的分离问题时，为了获得最佳的效益，将几种膜分离过程组合起来用，或者将膜分离与其他分离方法结合起来用，将它们各自用在最合适的条件下，发挥其最大效率，是个最合理的工艺流程。目前工业生产制造正向着自动化连续生产飞速发展，而随着上游灌流培养技术的日渐成熟，为实现发酵行业的上下游一体化连续生产，对能与上游灌流培养技术相结合的下游提取精制工艺需求也日益显著。因此开发出一种高度自动化、可连续的发酵生产L-苏氨酸系统对促进L-苏氨酸的连续生产显得十分迫切。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术苏氨酸提取工艺工业排放多，工艺繁琐等缺陷，提供一种发酵生产L-苏氨酸的系统及其应用，整合上下游技术，提供了一种发酵生产L-苏氨酸的系统，进一步实现高度自动化操作，节约人力。本专利技术的技术方案，一种发酵生产L-苏氨酸的系统，包括补料罐、发酵罐、交替式切向流过滤装置、纳滤罐、纳滤装置、反渗透罐、反渗透装置、多效蒸发装置和离心装置；所述补料罐与发酵罐连接，发酵罐与交替式切向流过滤装置连接，交替式切向流过滤装置与纳滤罐连接，纳滤罐与纳滤装置连接，纳滤装置与反渗透罐连接，反渗透罐与多效蒸发装置连接，多效蒸发装置与离心装置连接；所述反渗透装置与反渗透罐构成循环回路。所述补料罐与发酵罐连接的管道上设有比例调节阀；补料罐上设有冷却水夹层，补料罐上设有温度传感器。所述发酵罐与交替式切向流过滤装置的连接管路上设有发酵罐罐底阀；所述发酵罐罐体上设有冷却水夹层；所述发酵罐上还安装有温度传感器、溶氧传感器和pH检测器。所述反渗透装置的进口管路和回流管路与反渗透罐连接，形成循环管路，透过出口与排放管路连接；所述循环管路上设有反渗透隔膜泵和反渗透透过阀。所述交替式切向流过滤装置与纳滤罐连接的管路上设有ATF透过阀；交替式切向流过滤装置上端设有ATF隔膜泵。所述纳滤罐与纳滤装置连接的管路上设有纳滤罐罐底阀和纳滤隔膜泵；纳滤装置与纳滤罐构成循环回路，循环回路上设置纳滤回流阀和纳滤排放阀。所述纳滤装置与反渗透罐连接的管路上设置纳滤透过阀。所述反渗透罐与多效蒸发装置连接的管路上设有反渗透罐罐底阀和蒸发结晶隔膜泵，多效蒸发装置与离心装置连接的管路上设有蒸发结晶罐罐底阀和离心前隔膜泵。所述发酵生产L-苏氨酸的系统通过自动控制系统进行控制；所述自动控制系统控制所有设备及部件；所述自动控制系统的控制器为PLC控制器。所述发酵生产L-苏氨酸的系统的应用，步骤如下：（1）在补料罐和发酵罐中分别加入培养基进行灭菌或直接加入灭菌后的无菌培养基，调整控制条件至苏氨酸培养要求；（2）向发酵罐接入L-苏氨酸菌种，培养过程中监控溶氧、pH、温度、压力等，取样测吸光度，确认培养至对数期后，启动ATF装置，打开ATF透过阀，控制过滤速度保持在较低的水平。打开补料罐罐底比例调节阀，通过补料罐压差传料，调节比例调节阀开度控制流速保持发酵罐液位；（3）含有L-苏氨酸发酵液经过ATF装置中的膜过滤，控制过滤温度约37℃，从透过管路得到去除菌体及微粒的苏氨酸清液Ⅰ，含有菌体的母液Ⅰ回流至发酵罐继续培养；（4）将纳滤罐中收集的清液Ⅰ通过纳滤膜过滤，利用反渗透罐收集从透过管路流出的苏氨酸清液Ⅱ，过滤后的母液Ⅱ回流至纳滤前的纳滤罐，与后续清液Ⅰ混合，重复第二步，直到无清液Ⅰ补充后，将纳滤罐中的母液Ⅱ浓缩，关闭纳滤回流阀，开启纳滤排放阀，排出浓缩后的母液Ⅱ；（5）将苏氨酸清液Ⅱ通过反渗透膜，循环浓缩过滤，透过液通过排放管路排出，直到无清液Ⅱ补充，进一步浓缩后，停止过滤，得到L-苏氨酸浓缩液；（6）L-苏氨酸浓缩液通过蒸发结晶装置蒸发结晶及冷结晶去除剩余的盐离子及其它杂质，得到的L-苏氨酸湿晶通过底部出料管路传至离心装置离心脱水，并干燥后，得到L-苏氨酸晶体。所述L-苏氨酸所用产生菌具体为大肠杆菌和谷氨酸棒杆菌。步骤（3）中所用无机微滤膜直接安装在交替切向流过滤装置中，由ATF隔膜泵提供交替流向的动力，其孔径为20-800nm，操作压力为0-0.5MPa，操作温度为30-40℃。步骤（4）中纳滤膜为有机纳滤膜，其孔径为100-1000Da，操作压力为0.5-4.2MPa，操作温度为0-80℃。步骤（5）中的反渗透膜为醋酸纤维素膜，其孔径小于100Da，操作压力为1.0-6.9MPa，操作温度为0-80℃。步骤（6）中蒸发结晶的温度为60℃，真空度为-0.08MPa。本专利技术的有益效果：本专利技术L-苏氨酸发酵采用灌流培养技术，降低了发酵液中不利于细胞生长和产酸的副产物，提高了单位活菌数，从而提高了产酸效率，同时延长了发酵时间，减少了多批次发酵时的接种、放料、清洗等次数，节约了成本，提高了生产效率；本专利技术中采用ATF装置过滤发酵液，系统不使用蠕动泵，对细胞的影响力更加温和，且交替流在过滤膜表面形成了反冲，有利于降低过滤器污染；提取工艺均采用膜技术分离，无需在提取过程中改变流动相，同时减少了其它溶液配制工作，操作简单易实现自本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发酵生产L‑苏氨酸的系统，其特征是：包括补料罐（1）、发酵罐（2）、交替式切向流过滤装置（3）、纳滤罐（4）、纳滤装置（5）、反渗透罐（6）、反渗透装置（7）、多效蒸发装置（8）和离心装置（9）；所述补料罐（1）与发酵罐（2）连接，发酵罐（2）与交替式切向流过滤装置（3）连接，交替式切向流过滤装置（3）与纳滤罐（4）连接，纳滤罐（4）与纳滤装置（5）连接，纳滤装置（5）与反渗透罐（6）连接，反渗透罐（6）与多效蒸发装置（8）连接，多效蒸发装置（8）与离心装置（9）连接；所述反渗透装置（7）与反渗透罐（6）构成循环回路。

【技术特征摘要】
1.一种发酵生产L-苏氨酸的系统，其特征是：包括补料罐（1）、发酵罐（2）、交替式切向流过滤装置（3）、纳滤罐（4）、纳滤装置（5）、反渗透罐（6）、反渗透装置（7）、多效蒸发装置（8）和离心装置（9）；所述补料罐（1）与发酵罐（2）连接，发酵罐（2）与交替式切向流过滤装置（3）连接，交替式切向流过滤装置（3）与纳滤罐（4）连接，纳滤罐（4）与纳滤装置（5）连接，纳滤装置（5）与反渗透罐（6）连接，反渗透罐（6）与多效蒸发装置（8）连接，多效蒸发装置（8）与离心装置（9）连接；所述反渗透装置（7）与反渗透罐（6）构成循环回路。2.如权利要求1所述发酵生产L-苏氨酸的系统，其特征是：所述补料罐（1）与发酵罐（2）连接的管道上设有比例调节阀（10）；补料罐（1）上设有冷却水夹层，补料罐（1）上设有温度传感器；所述发酵罐（2）与交替式切向流过滤装置（3）的连接管路上设有发酵罐罐底阀（11）；所述发酵罐（2）罐体上设有冷却水夹层；所述发酵罐（2）上还安装有温度传感器、溶氧传感器和pH检测器；所述反渗透装置（7）的进口管路和回流管路与反渗透罐（6）连接，形成循环管路，透过出口与排放管路连接；所述循环管路上设有反渗透隔膜泵（22）和反渗透透过阀（17）；所述交替式切向流过滤装置（3）与纳滤罐（4）连接的管路上设有ATF透过阀（12）；交替式切向流过滤装置（3）上端设有ATF隔膜泵（20）；所述纳滤罐（4）与纳滤装置（5）连接的管路上设有纳滤罐罐底阀（13）和纳滤隔膜泵（21）；纳滤装置（5）与纳滤罐（4）构成循环回路，循环回路上设置纳滤回流阀（14）和纳滤排放阀（15）；所述纳滤装置（5）与反渗透罐（6）连接的管路上设置纳滤透过阀（16）；所述反渗透罐（6）与多效蒸发装置（8）连接的管路上设有反渗透罐罐底阀（18）和蒸发结晶隔膜泵（23），多效蒸发装置（8）与离心装置（9）连接的管路上设有蒸发结晶罐罐底阀（19）和离心前隔膜泵（24）。3.如权利要求1或2所述发酵生产L-苏氨酸的系统，其特征是：所述发酵生产L-苏氨酸的系统通过自动控制系统进行控制；所述自动控制系统控制所有设备及部件；所述自动控制系统的控制器为PLC控制器或DCS控制系统。4.权利要求1所述发酵生产L-苏氨酸的系统的应用，其特征是步骤如下：（1）在补料罐（1）和发酵罐（2）中分别加入培养基进行灭菌...

【专利技术属性】
技术研发人员：周晓天，周旭波，王健，方培新，何亚章，王华萱，
申请(专利权)人：江苏澳创生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32