一种气升式与搅拌式联用生物反应器及其在鼠李糖胶制备中的应用制造技术

本发明专利技术公开一种气升式与搅拌式联用生物反应器，该装置由搅拌式反应器部分与气升式反应器部分组成，两部分通过恒流泵相连接进行物料交换。搅拌式反应器部分，由搅拌式反应器、pH自动控制装置和补料装置、第一通气装置及搅拌装置组成；气升式反应器部分，由气升式反应器、恒温水浴及第二通气装置组成。本发明专利技术还公开了上述搅拌式与气升式联用生物反应器在鼠李糖胶发酵制备中的应用。利用本发明专利技术的装置及工艺，鼠李糖胶生产强度高、产物浓度高，有利于实现工业化，是一种高效的生产方法。

【技术实现步骤摘要】
一种气升式与搅拌式联用生物反应器及其在鼠李糖胶制备中的应用
本专利技术属于发酵工程和过程工程
，涉及一种通过气升式与搅拌式联用生物反应器及其在鼠李糖胶制备中的应用。
技术介绍
鼠李糖胶（RhamsanGum）是由鞘氨醇单胞菌产生的一种胞外多糖，是结冷胶类多糖的一种，又称S-194。结冷胶类多糖具有相同的四糖重复单元主链结构：D-葡萄糖、D-葡糖醛酸、D-葡萄糖和L-鼠李糖，只是侧链或其它结构有些细微的区别。鼠李糖胶结构如（1）所示。鼠李糖胶以其独特的物理学和流变学特性以及使用安全性，可作为悬浮剂、稳定剂、增稠剂、乳化剂、成膜剂等广泛用于食品、石油、水泥、涂料等行业。（1）目前，国际上有关鼠李糖胶的研究尚处于起步阶段，目前有关鼠李糖胶的研究报告主要见于PeikJA，DiegoS等申请的美国专利[HeteropolysaccharideS-194,US313440，1983年8月30日]，该专利采用游离细胞发酵鼠李糖胶，产量约14.8g/L。未见采用除游离细胞以外的生产方式生产鼠李糖胶的报道。国内目前鼠李糖胶研究尚属空白，未见相关发酵研究与产业化生产报道。气升式生物反应器是针对一些对溶氧要求高、对剪切力敏感产品生产而开发的。其流动性较其他生物反应器更为均匀，而且结构简单，没有其他生物反应器具有的如有较多泄漏点和死角等缺点。与机械搅拌罐相比，设备制造成本降低30%以上，节约能耗30%左右。气升式生物反应器用于高粘度培养物发酵，能利用高粘度假塑性发酵液剪切变稀的流变性质，大幅度降低其表观粘度，提高传质速率和溶氧水平。同时，发酵液在反应器中循环，宏观混和较好，不会产生传统的机械搅拌发酵罐中高粘度物料在远离搅拌桨的近壁区常出现的滞流边界层，能显蓍缩短发酵周期，提高产率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种发酵生产鼠李糖胶的搅拌式与气升式联用生物反应器。本专利技术还要解决的一个技术问题是提供利用上述装置在鼠李糖胶制备中的应用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种搅拌式与气升式联用生物反应器，该装置由搅拌式反应器部分与气升式反应器部分组成，两部分通过恒流泵相连接进行物料交换；搅拌式反应器部分，由搅拌式反应器、pH自动控制装置和补料装置、第一通气装置及搅拌装置组成；搅拌装置置于搅拌式反应器内；pH自动控制装置和补料装置位于搅拌式反应器外并分别通过恒流泵与其连接；第一通气装置向搅拌式反应器内通气；气升式反应器部分，由气升式反应器、恒温水浴及第二通气装置组成；恒温水浴与气升式反应器的夹套连通以控制气升式反应器内部温度；第二通气装置向气升式反应器内通气。其中，所述的pH自动控制装置，由pH检测器、pH探头、恒流泵、碱液瓶、空气过滤器及相互连接管路所构成，pH探头接于搅拌式反应器上与反应器中的发酵液相接触，当反应器内pH低于所控pH时，碱液瓶通过恒流泵向反应器中补入碱液，空气过滤器置于碱液瓶密封口处。其中，所述的补料装置，由恒流泵、补料瓶、空气过滤器及相互连接的管路所构成，当需要进行补料操作时，补料瓶通过恒流泵将培养基补入搅拌式反应器中，空气过滤器置于补料瓶密封口处。其中，所述的第一通气装置，由空气流量计、空气过滤器、通气进管及相互连接的管路所构成，通入进搅拌式反应器中的空气，经空气流量计调节流量，并经空气过滤器进行过滤后通过通气进管进入搅拌式反应器中。其中，所述的第二通气装置由空气流量计、空气过滤器及相互连接的管路所构成，通入进气升式反应器中的空气，经空气流量计调节流量，并经空气过滤器进行过滤后由气升式反应器的底部通入气升式反应器中。上述搅拌式与气升式联用生物反应器在鼠李糖胶发酵制备中的应用。具体的工艺方法是，将鼠李糖胶生产菌鞘氨醇单胞菌Sphingomonassp.RH-1接入装有灭菌发酵培养基的搅拌式反应器后，开启恒流泵实现搅拌式反应器和气升式反应器中的物质交换，开启恒温水浴实现气升式反应器中的物料温度恒定且与搅拌式反应器中物料温度相同，培养24~100h，通过搅拌式与气升式连用生物反应器充分满足鼠李糖胶生产菌Sphingomonassp.RH-1生产鼠李糖胶过程中对溶氧的需求。其中，鼠李糖胶单批次发酵结束后，将搅拌式反应器中的鼠李糖胶发酵液全部移除，仅保留气升反应器中的发酵液，将新鲜灭菌后的发酵培养基补入搅拌式反应器中，通过恒流泵继续实现下一批次的鼠李糖胶的发酵生产，如此循环操作，即可实现鼠李糖胶的多批次发酵生产。其中，搅拌式反应器中鞘氨醇单胞菌发酵反应温度为25~38℃，反应pH为6.0~8.5，通气量为0.4~1.8vvm，搅拌转速为300~1000r/min；气升式反应器中鞘氨醇单胞菌发酵反应温度为25~38℃，反应pH为6.0~8.5，通气量为0.4~1.8vvm。其中，所述的鼠李糖胶生产菌为鞘氨醇单胞菌Sphingomonassp.RH-1，目前该菌株保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心（简称CGMCC），保藏地址：北京市朝阳区大屯路中国科学院微生物研究所，邮编：100101。登记入册的编号是CGMCCNO：6833，保藏日期是：2012年11月15日。该菌株的特性已经在专利201210504461.3中公开。有益效果：与传统的游离细胞发酵生产鼠李糖胶的装置及工艺相比，本专利技术所述的搅拌式与气升式联用反应器生产鼠李糖胶的装置及工艺具有如下优点：1、生产效率高：搅拌式与气升式联用反应器应用于鼠李糖胶生产，鼠李糖胶产量可达28.2g/L，远高于游离细胞发酵鼠李糖胶（18.9g/L），这对于鼠李糖胶发酵生产是非常有利的。2、传质效率高、剪切力小：气升式生物反应器用于高粘度培养物发酵，能利用高粘度假塑性发酵液剪切变稀的流变性质，大幅度降低其表观粘度，提高传质速率和溶氧水平。同时，发酵液在反应器中循环，混和较好，不会产生传统的机械搅拌发酵罐中高粘度物料在远离搅拌桨的近壁区常出现的滞流边界层，特别是在挡板后面不会形成静止区或滞流区，该区的气体通过罐中心形成倒漏斗形通道逃逸而不能均匀地和液体混合。附图说明图1是发酵生产鼠李糖胶的搅拌式与气升式联用的生物反应器装置结构示意图。具体实施方式根据下述实施例，可以更好地理解本专利技术。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本专利技术，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本专利技术。由图1所示，本专利技术的搅拌式与气升式联用生物反应器，该装置由搅拌式反应器部分与气升式反应器部分组成，两部分通过恒流泵2-3相连接进行物料交换。搅拌式反应器部分，由搅拌式反应器11、pH自动控制装置和补料装置、第一通气装置及搅拌装置10组成；搅拌装置10置于搅拌式反应器11内，由电机6驱动；pH自动控制装置和补料装置位于搅拌式反应器11外并分别通过恒流泵2-1、2-2与其连接；第一通气装置向搅拌式反应器11内通气。所述的pH自动控制装置，由pH检测器5、pH探头7、恒流泵2-1、碱液瓶1-1、空气过滤器1-1及相互连接管路所构成，pH探头7接于搅拌式反应器11上与反应器中的发酵液相接触，当反应器内pH低于所控pH时，碱液瓶4-1通过恒流泵2-1向反应器中补入碱液，空气过滤器1-1置于碱液瓶4-1密封口处。所述的补料装置，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种搅拌式与气升式联用生物反应器，其特征在于，该装置由搅拌式反应器部分与气升式反应器部分组成，两部分通过恒流泵（2‑3）相连接进行物料交换；搅拌式反应器部分，由搅拌式反应器（11）、pH自动控制装置和补料装置、第一通气装置及搅拌装置（10）组成；搅拌装置（10）置于搅拌式反应器（11）内；pH自动控制装置和补料装置位于搅拌式反应器（11）外并分别通过恒流泵（2‑1）（2‑2）与其连接；第一通气装置向搅拌式反应器（11）内通气；气升式反应器部分，由气升式反应器（12）、恒温水浴（13）及第二通气装置组成；恒温水浴（13）与气升式反应器（12）的夹套连通以控制气升式反应器（12）内部温度；第二通气装置向气升式反应器（12）内通气。

【技术特征摘要】
1.一种搅拌式与气升式联用生物反应器，其特征在于，该装置由搅拌式反应器部分与气升式反应器部分组成，两部分通过恒流泵（2-3）相连接进行物料交换；搅拌式反应器部分，由搅拌式反应器（11）、pH自动控制装置和补料装置、第一通气装置及搅拌装置（10）组成；搅拌装置（10）置于搅拌式反应器（11）内；pH自动控制装置和补料装置位于搅拌式反应器（11）外并分别通过恒流泵（2-1）（2-2）与其连接；第一通气装置向搅拌式反应器（11）内通气；气升式反应器部分，由气升式反应器（12）、恒温水浴（13）及第二通气装置组成；恒温水浴（13）与气升式反应器（12）的夹套连通以控制气升式反应器（12）内部温度；第二通气装置向气升式反应器（12）内通气。2.根据权利要求1所述的搅拌式与气升式联用生物反应器，其特征在于，所述的pH自动控制装置，由pH检测器（5）、pH探头（7）、恒流泵（2-1）、碱液瓶（1-1）、空气过滤器（1-1）及相互连接管路所构成，pH探头（7）接于搅拌式反应器（11）上与反应器中的发酵液相接触，当反应器内pH低于所控pH时，碱液瓶（4-1）通过恒流泵（2-1）向反应器中补入碱液，空气过滤器（1-1）置于碱液瓶（4-1）密封口处。3.根据权利要求1所述的搅拌式与气升式联用生物反应器，其特征在于，所述的补料装置，由恒流泵（2-2）、补料瓶（4-2）、空气过滤器（1-2）及相互连接的管路所构成，当需要进行补料操作时，补料瓶（4-2）通过恒流泵（2-2）将培养基补入搅拌式反应器（11）中，空气过滤器（1-2）置于补料瓶（4-2）密封口处。4.根据权利要求1所述的搅拌式与气升式联用生物反应器，其特征在于，所述的第一通气装置，由空气流量计（3-1）、空气过滤器（1-3）、通气进管（9）及相互连接的管路所构成，通入进搅拌式反应器（11）中的空气，经空气流量计（3-1）调...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晓滢，
申请(专利权)人：南京财经大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32