本发明专利技术公开了一种双菌固定化厌氧发酵生产丁醇的装置和方法，包括依次由管路串联的发酵培养基储罐、产丁酸固定化反应器A、产丁醇固定化反应器C和产物收集罐。将产丁酸和产丁醇的厌氧菌分别固定于固定化反应器A、C中，即双菌固定化；然后控制发酵培养基从培养基储罐流出，依次流经固定化反应器A、C进行连续厌氧发酵，最后流入产物收集罐即可。产丁酸厌氧菌首先利用底物生产丁酸，然后产丁醇厌氧菌以丁酸为底物发酵产丁醇。本发明专利技术生产丁醇的方法可以大大缩短发酵周期，提高丁醇的底物转化率和产率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物工程领域，涉及丁醇的生产装置和方法，特别是利用双菌固定化厌氧发酵生产丁醇的装置和方法。
技术介绍
丁醇是一种四碳的饱和醇，又称正丁醇，分子式为C4H9OH,无色、具特殊气味，能与有机溶剂完全互溶，能与水部分互溶。正丁醇是生产抗生素、维生素和激素的良好溶剂，也用于制造脂肪族二元酸、邻苯二甲酸和磷酸的正丁酯类增塑剂，此外，还用于制造醋酸丁 酯、丙烯酸丁酯、乙二醇丁醚、作为有机合成中间体以及制造表面活性剂等。丁醇也是刹车液配方中的优良稀释剂。作为燃料，丁醇比乙醇具有很多优势，包括更高的能量(比乙醇多30%)、低挥发性、吸湿性低、腐蚀性低、易燃性低、能与汽油以任意比混溶(Qureshi, N. and T. C. Ezeji (2008). "Butanol, ’ asuperior biofuel'production from agricultural residues(renewablebiomass):recent progress intechnology. "Biofuels Bioproducts&Biorefining-Biofpr2(4) :319-330.)。随着石油资源的日益枯竭，原油价格的长期高位运行，传统化工合成对环境造成的污染，以及人们对生物基化学品的日益偏爱，利用生物发酵和现代化工分离技术，将可再生的生物质资源转化为工业资源，逐步取代化学合成的石油基产品，已经成为一个重大的研究方向。利用生物技术生产丁醇重新得到人们的重视。很多公司开始研发生物丁醇生产工艺，如英国石油公司(BP)和杜邦公司(DuPont)在2007年宣布联合研发生物丁醇生产工艺，目标是在短时间内使生物丁醇变得有市场吸引力。典型梭菌的丁醇发酵是一个两阶段发酵。目前丁醇的生产工艺是采用单菌游离发酵，第一阶段称为产酸阶段，此时产酸途径被激活，主要产物为乙酸、丁酸、H2和C02，这个阶段主要是在菌体的对数生长期。第二个阶段被称为产溶剂阶段，此阶段菌体将酸吸收掉，主要产物为丙酮(Acetone)、丁醇(Butanol)和乙醇(Ethanol),也称为ABE发酵。该方法丁醇得率、产率以及ABE得率、产率都相对较低。
技术实现思路
本专利技术目的之一在于提供一种双菌固定化厌氧发酵生产丁醇的装置。本专利技术目的之二在于提供一种双菌固定化厌氧发酵生产丁醇的方法。本专利技术的目的通过以下技术方案实现一种双菌固定化厌氧发酵生产丁醇的装置，包括依次由管路串联的发酵培养基储罐、产丁酸固定化反应器A、产丁醇固定化反应器C和产物收集罐。优选地，所述固定化反应器A连接一生物反应器B，两者之间形成循环回路；固定化反应器C连接一生物反应器D，两者之间形成循环回路。优选地，所述固定化反应器A、C为填充床、流化床或纤维床，其中固定化介质包括经过处理的农业秸杆、活性炭、棉纤维、玉米芯中的任意一种。固定化介质可以采取沸水浴、聚丙烯亚胺、戊二醛处理以提高菌体固定化效率。一种双菌固定化厌氧发酵生产丁醇的方法，包括如下步骤将产丁酸和产丁醇的厌氧菌分别固定于固定化反应器A、C中，即双菌固定化；然后控制发酵培养基从培养基储罐流出，依次流经固定化反应器A、C进行连续厌氧发酵，最后流入产物收集罐即可。 优选地，所述固定化反应器A、C中发酵液体系pH控制在5. O 5. 5，发酵温度控制在35 38 °C，总糖浓度范围为20 80g/L，稀释率范围为O. I O. 81Γ1。优选地，所述的产丁醇厌氧菌可利用丁酸为底物，发酵后主要产物为丁醇，发酵pH维持在5. O 5. 5左右；所述的产丁酸厌氧菌可利用多种可发酵糖类，主要发酵产物为丁酸。所述的发酵培养基含有碳源、氮源、无机盐和生长因子的液体培养基，培养基初始PH为6.O 6. 5。该培养基碳源可为葡萄糖、木糖、糖蜜或糖蜜水解液、木薯淀粉水解液、木薯渣水解液、菊芋水解液及木质纤维素水解液的任意一种或几种。优选地，所述的产丁醇的厌氧菌为丙酮丁醇梭菌(Clostridiumacetobutylicum)、拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii)、糖乙酸多丁醇梭菌(Clostridium saccharoperbutylacetonicum)和糖丁酸梭菌(Clostridiumsaccharobutylicum)中任意一种。产丁醇的厌氧菌具有在发酵初期产生大量丁酸但产丁醇较少，在发酵后期将前期产的大量丁酸转化为丁醇的特性，优选的产丁酸的厌氧菌为酪丁酸梭菌(Clostridiumtyrobutyricum)> 丁酸梭菌(Clostridium butyricum)和拜氏梭菌(Clostridiumbei jerinckii )任意一种。优选地，所述双菌固定化方法之一具体步骤如下(I)分别向固定化反应器A、C中泵入发酵培养基，将培养至对数中期的产丁酸和产丁醇的厌氧菌分别接种于固定化反应器A、C中，并继续泵入发酵培养基直至充满整个反应器，固定化过程中，分别向固定化反应器A、C中通入无菌高纯氮气；(2)待固定化反应器A、C中菌液OD升高并开始产气，此时停止通氮气，然后以低流速分别从固定化反应器A、C底部泵入发酵培养基，让菌体在载体材料中进一步富集，待反应器A、C中菌体大量产气且发酵液中可分别检测到丁酸、丁醇时固定化结束。优选地，所述双菌固定化方法之二具体步骤如下(I)分别向生物反应器B、D中通入发酵培养基；(2)向固定化反应器A和/或生物反应器B以及固定化反应器C和/或生物反应器D中通入无菌高纯氮气；(3)将培养至对数中期的产丁酸和产丁醇的厌氧菌分别接种于生物反应器B、D中，待厌氧菌生长至对数中期时，将生物反应器B、D中的发酵液分别泵入固定化反应器A、C中进行循环，将生物反应器B、D中的游离菌体分别固定于固定化反应器A、C中；当生物反应器B、D中游离菌体OD不再下降时，视为菌体固定化过程结束。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点(I)本专利技术是利用双菌固定化发酵生产丁醇，前一个固定化生物反应器固定产丁酸的厌氧菌，其利用可发酵糖类产丁酸，丁酸为后一个固定化生物反应器所固定的产丁醇厌氧菌所利用，转化为丁醇。通过该工艺能大大缩短发酵周期，提高丁醇得率及产率。(2)减少了单菌游离发酵中设备清洗空消的环节，大大提高设备的利用率和单位时间产量。(3)可以有效的解除底物、产物对菌体的抑制作用。(4)采用生物反应器B、D间接接种的方式，便于及时补充菌种，有利于连续发酵的进行。附图说明 图I为本专利技术发酵生产丁醇装置的结构示意图。具体实施例方式通过以下实施例可以更好的理解本专利技术，以下实施例用于说明本专利技术，但不能理解为限制本专利技术。实施例I菌种产丁酸菌为Clostridium tyrobutyricum ATCC 25755 (酪丁酸梭菌)，产丁酉享菌为 Clostridium bei jerinckii ATCC 55025 (拜氏梭菌)。种子培养基拜氏梭菌用种子培养基I (CM 149) (/L):酵母提取物3g，牛肉浸膏10g，蛋白胨IOg,葡萄糖5g,可溶性淀粉lg, NaC15g,乙酸钠3g,盐酸半胱氨酸O. 5g,碳源和氮源分开灭菌，pH 6. 8±0. 2。酪丁酸梭菌用种子培养基II (RCM) (/L):本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种双菌固定化厌氧发酵生产丁醇的装置，其特征在于，包括依次由管路串联的发酵培养基储罐、产丁酸固定化反应器A、产丁醇固定化反应器C和产物收集罐。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王菊芳，李林，李爽，于平儒，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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