旋转式生物共培养反应系统技术方案

本发明专利技术公开一种旋转式生物共培养反应系统，适于共培养好氧菌与厌氧菌。旋转式生物共培养反应系统包括槽体及旋转式生物反应器。槽体装承溶液，溶液包括厌氧菌及厌氧菌的碳源前驱物。旋转式生物反应器的一部分位于槽体内而浸入溶液，另一部分位于槽体之外而不浸入溶液，且旋转式生物反应器可转动地配置于槽体，以通过转动旋转式生物反应器，改变旋转式生物反应器位于槽体内而浸入溶液的部位。好氧菌培养于旋转式生物反应器上，并产生碳源前驱物的水解酵素。水解酵素随旋转式生物反应器的转动而混入溶液内，以水解溶液内的碳源前驱物而产生厌氧菌的碳源。

【技术实现步骤摘要】
旋转式生物共培养反应系统
本专利技术涉及一种生物反应系统，且特别是涉及一种旋转式生物共培养反应系统。
技术介绍
以燃料酒精作为石油的替代品是未来能源发展的趋势，目前，燃料酒精的生产原料主要以玉米等粮食作物为主，但农作物的秸秆(也就是水稻、小麦、玉米等禾本科农作物成熟脱粒后剩余的茎叶部分)内的木质纤维素的数量庞大且容易取得，更是具前景的燃料酒精的生产原料。欲将木质纤维素转化成燃料酒精主要包含以下4个程序：(1)木质纤维素的前处理(2)纤维素和半纤维素水解转化成六碳糖和五碳糖的水解糖化(3)利用可生成酒精的菌株进行发酵将六碳糖或五碳糖转化成燃料酒精(4)燃料酒精精炼萃取的纯化。目前整合技术的发展以结合上述(2)和(3)点为主要发展方向，其中同步糖化水解发酵程序(SimultaneousSaccharificationandFermentation,SSF)和同步糖化水解共发酵程序(SimultaneousSaccharificationandCo-Fermentation,SSCF)为现今常用的工艺。SSF是将水解程序与发酵程序合并于同一反应器中以缩短水解与发酵时间并节省成本，目前SSF发展面临最大的瓶颈在于如何选择最佳的反应条件，举例来说，酵素水解反应最佳的温度为50-60℃，而一般化学品发酵反应通常在30～38℃的温度范围内进行，为了让两种反应可以运作，目前SSF大多选择将温度控制在35～40℃间，但此设定将导致木质纤维素水解效率大大的降低；同步糖化水解共发酵程序(SimultaneousSaccharificationandCo-Fermentation,SSCF)是指在木质纤维素水解的过程中加入燃料酒精的生产菌或是其他基改菌种，即可直接将木质纤维素水解生成的葡萄糖或木糖同步转化成酒精，此一程序设计除可有效解决葡萄糖与木糖所造成的渗透压外，更可同时克服酵素水解过程中葡萄糖回馈抑制的问题，故可得到较高的酒精产量且缩短发酵时程，同时降低了设备操作成本，是一个结合了SSF优点又可同步利用六碳糖与五碳糖进行发酵的程序。因此，要如何能够以经济、简单的方式来利用木质纤维素为原料发酵产生燃料酒精是本领域亟欲探讨的目标。
技术实现思路
本专利技术提供一种旋转式生物共培养反应系统，其可共培养好氧菌与厌氧菌，而能够以经济、简单的方式来生产例如是燃料酒精等产物。本专利技术的一种旋转式生物共培养反应系统，适于共培养好氧菌与厌氧菌，旋转式生物共培养反应系统包括一槽体及一旋转式生物反应器。槽体适于装承一溶液，其中溶液包括厌氧菌及厌氧菌的一碳源前驱物。旋转式生物反应器的一部分位于槽体内而适于浸入溶液，另一部分位于槽体之外而适于不浸入溶液。旋转式生物反应器可转动地配置于槽体，以通过转动旋转式生物反应器，而改变旋转式生物反应器位于槽体内而浸入溶液的部位。其中好氧菌适于培养于旋转式生物反应器上，并适于产生碳源前驱物的水解酵素。水解酵素随旋转式生物反应器的转动而混入溶液内，以水解溶液内的碳源前驱物而产生厌氧菌的碳源。在本专利技术的一实施例中，上述的旋转式生物反应器包括一旋转结构及配置于旋转结构的表面的一培养基材，好氧菌适于培养于培养基材上。在本专利技术的一实施例中，上述的旋转结构为滚筒状，培养基材铺设于旋转结构的环状侧面。在本专利技术的一实施例中，上述的旋转结构包括一固定件、贯穿固定件的一转轴及可拆卸地设置于固定件且环绕转轴的多个扩大件。在本专利技术的一实施例中，上述的这些扩大件的形状包括梯形柱、三角形柱或扇形柱。在本专利技术的一实施例中，上述的旋转结构包括共轴的多层板体，培养基材铺设于这些板体的表面。在本专利技术的一实施例中，上述的培养基材包括聚胺酯(PU)。在本专利技术的一实施例中，上述的旋转式生物共培养反应系统还包括一马达，连动于旋转式生物反应器，以调整旋转式生物反应器位于槽体内而浸入溶液的部位。在本专利技术的一实施例中，上述的旋转式生物反应器位于槽体内而适于浸入溶液的部分约占旋转式生物反应器的体积的35％至40％。在本专利技术的一实施例中，上述的好氧菌为黑曲霉菌(A.niger)及里氏木霉菌(Trichodermareesei)的组合，厌氧菌为格兰氏阴性兼性厌氧菌(Zymomonasmobils)，碳源前驱物为木质纤维素，且溶液为酒精发酵培养液。基于上述，本专利技术的旋转式生物共培养反应系统可在旋转式生物反应器上与槽体的溶液内分别培养对氧气需求迥异的好氧菌与厌氧菌，其中好氧菌能够产生厌氧菌的碳源前驱物的水解酵素。由于溶液内的溶氧浓度低，处于溶液内的厌氧菌可维持厌氧状态。旋转式生物反应器可转动而交替地使一部分位于槽体内而浸入溶液，另一部分位于槽体之外而不浸入溶液。因此，对于位于旋转式生物反应器上的好氧菌而言，当随着旋转式生物反应器位于槽体外而不浸入溶液时，由于位于液面之上，可与空气接触，得到氧气供应；当随着旋转式生物反应器位于槽体内而浸入溶液时，由于位于液面之下，可吸收溶液内的养分。并且，好氧菌所产生的水解酵素可随旋转式生物反应器转动而被带入溶液内，以作为厌氧菌的碳源，以利厌氧菌发酵。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。附图说明图1与图2分别为本专利技术的一实施例的一种旋转式生物共培养反应系统的不同视角的示意图；图3是图1的旋转式生物共培养反应系统的旋转式生物反应器的立体示意图；图4是图3的旋转式生物反应器的A-A线段的剖面示意图；图5是图3的旋转式生物反应器的扩大件的立体示意图；图6与图7分别为本专利技术的其他实施例的一种旋转式生物反应器的示意图；图8为本专利技术的另一实施例的一种旋转式生物共培养反应系统的示意图。符号说明100：旋转式生物共培养反应系统110：槽体112：溶液120、120c：旋转式生物反应器122：转轴130、130a、130b、130c：旋转结构132：固定件133：内板134、134a、134b：扩大件135：开口136：板体140、140c：培养基材150：马达具体实施方式同步糖化水解共发酵程序(SimultaneousSaccharificationandCo-Fermentation，SSCF)，是指同时培养产生水解酵素的好氧菌与生产酒精(或其他产品)的厌氧菌，来将酵素水解以及发酵反应合并在同一个反应器中进行，以在纤维素水解的过程中，酵母菌同步将纤维素水解生成的葡萄糖转化为酒精。由于此程序可克服酵素被单醣的抑制作用，而可获得较高的酒精产量、缩短发酵时间且降低成本。下面所要介绍的本专利技术的旋转式生物共培养反应系统，便是适合共同培养此两类氧气需求迥异的生物反应系统，而可应用同步糖化水解共发酵程序。图1与图2分别是依照本专利技术的一实施例的一种旋转式生物共培养反应系统的不同视角的示意图。请参阅图1与图2，本实施例的旋转式生物共培养反应系统100包括一槽体110及可转动地配置于槽体110的一旋转式生物反应器120。槽体110适于装承一溶液112，其中溶液112包括厌氧菌以及此厌氧菌的一碳源前驱物。在本实施例中，槽体110装承的溶液112为酒精发酵培养液，溶液112内包含的厌氧菌为格兰氏阴性兼性厌氧菌(Zymomonasmobils)，且碳源前驱物为木质纤维素。当然，厌氧菌、碳源前驱物、溶液112的种类不以此为限制。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种旋转式生物共培养反应系统，适于共培养好氧菌与厌氧菌，该旋转式生物共培养反应系统包括：槽体，适于装承一溶液，其中该溶液包括该厌氧菌及该厌氧菌的一碳源前驱物；以及旋转式生物反应器，该旋转式生物反应器的一部分位于该槽体内而适于浸入该溶液，另一部分位于该槽体之外而适于不浸入该溶液，且该旋转式生物反应器可转动地配置于该槽体，以通过转动该旋转式生物反应器，而改变该旋转式生物反应器位于该槽体内而浸入该溶液的部位，其中该好氧菌适于培养于该旋转式生物反应器上，并适于产生该碳源前驱物的水解酵素，该水解酵素随该旋转式生物反应器的转动而混入该溶液内，以水解该溶液内的该碳源前驱物而产生该厌氧菌的碳源。

【技术特征摘要】
1.一种旋转式生物共培养反应系统，适于共培养好氧菌与厌氧菌，该旋转式生物共培养反应系统包括：槽体，适于装承一溶液，其中该溶液包括该厌氧菌及该厌氧菌的一碳源前驱物；以及旋转式生物反应器，该旋转式生物反应器的一部分位于该槽体内而适于浸入该溶液，另一部分位于该槽体之外而适于不浸入该溶液，且该旋转式生物反应器可转动地配置于该槽体，以通过转动该旋转式生物反应器，而改变该旋转式生物反应器位于该槽体内而浸入该溶液的部位，其中该好氧菌适于培养于该旋转式生物反应器上，并适于产生该碳源前驱物的水解酵素，该水解酵素随该旋转式生物反应器的转动而混入该溶液内，以水解该溶液内的该碳源前驱物而产生该厌氧菌的碳源。2.如权利要求1所述的旋转式生物共培养反应系统，其中该旋转式生物反应器包括一旋转结构及配置于该旋转结构的表面的一培养基材，该好氧菌适于培养于该培养基材上。3.如权利要求2所述的旋转式生物共培养反应系统，其中该旋转结构为滚筒状，该培养基材铺设于该旋转结构的环状侧面。4.如权利要求3所述的旋转式生物共培养反应系统，其中该旋转结构包括一固定件...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱一民，魏毓宏，蔡伸隆，
申请(专利权)人：朱一民，长春人造树脂厂股份有限公司，长春石油化学股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71