一种批式发酵法生产丙酸联产维生素B12的装置及工艺制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种批式发酵法生产丙酸联产维生素Ｂ↓［１２］的装置，包括丙酸固定化生产单元和维生素Ｂ↓［１２］生产单元，两个生产单元通过恒流泵相连接；丙酸固定化生产单元中，植物纤维固定化柱、中空纤维膜组件、ｐＨ自动控制装置和补料装置都置于厌氧反应器外，分别通过恒流泵与厌氧反应器相连接；维生素Ｂ↓［１２］生产单元中，ｐＨ自动控制装置通过恒流泵与微耗氧反应器相连接。本发明专利技术还公开了利用上述装置单批次或多批次发酵生产丙酸联产维生素Ｂ↓［１２］的工艺。本发明专利技术工艺具有丙酸与维生素Ｂ↓［１２］生产强度高、产物浓度高、生产成本低等优点，有利于实现工业化，是一种有效的生产方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于发酵工程和过程工程
，涉及一种发酵法生产丙酸联产维生素 B12 (VB12)的装置与工艺。
技术介绍
丙酸是一种重要精细化工产品和基本化工原料，广泛应用于食品、词料、橡胶、塑 料、油漆、涂料、香料、医药、农药、印刷等领域。目前丙酸的工业化生产方法采用的 是化学合成法。生物发酵法生产丙酸由于对环境温和、原料来源丰富，受到了越来越多 的关注。但是，丙酸生产效率较低及过程经济性较差导致生物法制备丙酸受到了诸多限 制。如何提高丙酸生产效率与生产过程的整体经济性是当前研究的重点。值得注意的是，丙酸生产菌株主要为丙酸杆菌，该类菌株在生产丙酸的同时可以在 胞内富集高附加值副产物VBi2。但是因为两者生产条件差异较大(前者完全厌氧发酵， 后者微需氧发酵)，以往的研究人员一般都将两者分别生产，舍去其一，造成了极大的 浪费。Quesada-ChantoA等构建了一种游离细胞连续发酵的丙酸联产VB!2的装置，但丙 酸与VB^浓度均不是很高(17.7 g/L丙酸及49 mg/L VB12) 。在以往的研究中，我们对于游离细胞生产 丙酸联产VBu也进行了初步研究，丙酸及VBi2产量分别为28.8g/L和31.0mg/L。显然这些研究结果 与实际应用还有较大差距。如能同时实现丙酸与VB,2的高效制备，将显著提高这一生物炼制过程的整体经济 性，必将对丙酸及VBu制备业产生深远影响。
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批式发酵法生产丙酸联产VB12的高效制备 装置。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批式发酵法生产丙酸联产 VBu的工艺。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批式发酵法生产丙酸联产VB12的装置，包括丙酸固定化生产单元和VB12生产单元，两个生产单元通过恒流泵相连接；丙酸固定化生产单元包括厌氧反应器、植物纤维固定化柱、中空纤维膜组件、pH 自动控制装置和补料装置；植物纤维固定化柱、中空纤维膜组件、pH自动控制装置和 补料装置都置于厌氧反应器外，分别通过恒流泵与厌氧反应器相连接；VBu生产单元包括微耗氧反应器和pH自动控制装置；pH自动控制装置通过恒流 泵与微耗氧反应器相连接。丙酸固定化生产单元中，所述的pH自动控制装置，由pH探头、pH检测器、恒流 泵、碱液瓶、空气过滤器及相互连接管路所构成，pH探头接于厌氧反应器上与厌氧反 应器内的发酵液相接触，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；VBu生产单元中，所述的pH自动控制 装置，由pH探头、pH检测器、恒流泵、碱液瓶、空气过滤器及相互连接管路所构成， pH探头接于微耗氧反应器上与微耗氧反应器内的发酵液相接触，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。 上述碱液瓶中的碱液可以是3~8 mol/L的氢氧化钠或3~8 mol/L碳酸氢钠水溶液。丙酸固定化生产单元中，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，补料瓶通过恒流泵将培养基补入厌氧反应器中，空气过滤器置于补 料瓶密封口处，该补料瓶中可以是碳源(葡萄糖、糖蜜等)及其他营养物质(氮源、无 机盐等)。其中，所述的植物纤维固定化柱中的填充材料为经过粉碎后的甘蔗渣。 其中，所述的厌氧反应器和微耗氧反应器上设有惰性气体入口和尾气出口。 一种利用上述装置批式发酵法生产丙酸联产VB12的工艺，将丙酸杆菌5~20% (v/v) 的接种量接种于预装有种子培养基的厌氧反应器后，开启恒流泵(5-5)，培养12-60h， 实现丙酸杆菌在装有甘蔗渣的植物纤维固定化柱中的固定(吸附)；将厌氧反应器中的 种子液替换为发酵培养基，进行丙酸发酵；当丙酸达到40~135 g/L时，关闭恒流泵(5-5)， 开启恒流泵(5-6)，利用中空纤维膜组件实现丙酸发酵液中菌体与含丙酸透过液的分离； 关闭恒流泵(5-6)，将浓縮后的菌体通过恒流泵(5-4)泵入微耗氧反应器，在微耗氧条 件下实现丙酸杆菌胞内VBu的积累(VBu浓度达50-200 mg/L)，实现丙酸联产VB12 的固定化单批次发酵生产。在上述单批次发酵的基础上，循环操作，即可实现丙酸联产VB12的固定化多批次 发酵生产。即丙酸和VB!2发酵结束，厌氧反应器和微耗氧反应器中物料被移出后，将 新鲜发酵培养基补入厌氧反应器及微耗氧反应器中，利用已固定于植物纤维膜固定化柱中的丙酸杆菌(不需要添加新鲜菌种)在厌氧反应器和固定化柱中发酵生产丙酸，利用丙酸发酵结束后浓縮的丙酸杆菌在微耗氧反应器中实现胞内VBu的积累，如此循环操 作，即可实现丙酸联产VB^的固定化多批次发酵生产。其中，所述的丙酸杆菌为费氏丙酸杆菌NX-4(菌种保藏号CCTCCNo. M 207015， 专利申请号200710020579.8，己于2007年10月3日公开)。其中，所述的丙酸杆菌在固定化柱中的固定化反应温度为30~35 'C，反应pH为 6.0~6.5。其中，所述的丙酸发酵反应温度为30~35 °C，反应pH为6.0 6.5其中，所述的VB12的发酵反应温度为30~35 °C，反应pH为6.0 6.5。其中，丙酸杆菌在固定化或发酵生产丙酸过程中，厌氧反应器通入惰性气体，如氮气。其中，丙酸杆菌在发酵生产VBu过程中，微耗氧反应器(10-2)通入惰性气体和 氧气的混合气体，保持微耗氧反应器(10-2)中氧气的含量在5~10% (v/v)。其中，丙酸杆菌在固定化或发酵生产丙酸过程中，或丙酸杆菌在发酵生产VB12过 程中，以糖蜜或葡萄糖为碳源。与游离细胞连续发酵生产丙酸联产VB!2的装置及工艺相比，本专利技术所述的批式发 酵法生产丙酸联产VB12的装置及工艺具有如下优点1、 生产效率高将植物纤维床反应器应用于丙酸联产VB,2，利用该固定化方法生 产丙酸，最高丙酸产量可达135.4 g/L (远高于游离细胞连续发酵的17.7 g/L)， VB^产 量最高可达195.2 mg/L (远高于游离细胞连续发酵的49 mg/L)，这对于丙酸与VB12的 提取是非常有利的。2、 生产成本较低与连续发酵相比，批式发酵法单位体积培养基中的丙酸及VBu 的浓度较高，避免了连续发酵所造成的培养基使用效率低的问题，且本工艺将制糖工业 中的两大副产物甘蔗渣与糖蜜结合利用生产丙酸，变废为宝，节约了生产成本。3、 细胞的高效吸附与不断更新甘蔗渣经粉碎后比表面积增大，细胞能够大量吸 附在纤维表面与纤维间隙中，当细胞处于衰退期或菌体活力较差，难以附着于纤维表面， 细胞将表现为自动脱落，空出的吸附位点可供高活力新鲜细胞重新吸附于甘蔗渣上，不 会因为发酵批次过多而造成批次之间菌株活力的衰退，从而保证了批次发酵丙酸联产 VB^生产效率的稳定性。4、 装置稳定性高利用本装置生产丙酸联产VB12，具有装置稳定性高的优点。中 空纤维膜分离含丙酸的发酵液的原理是利用膜上小孔将细胞截留，该方法对于菌体具有 一定的伤害性。采用游离细胞连续发酵生产丙酸，需要对菌体不断的进行截留，受到伤 害的菌体有很大部分将仍然滞留于反应器内，这对于丙酸联产VBu是非常不利的。利用植物纤维床反应器生产丙酸联产VB12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种批式发酵法生产丙酸联产维生素Ｂ↓［１２］的装置，其特征在于该装置包括丙酸固定化生产单元和维生素Ｂ↓［１２］生产单元，两个生产单元通过恒流泵（５－４）相连接；　丙酸固定化生产单元包括厌氧反应器（１０－１）、植物纤维固定化柱（１１）、 中空纤维膜组件（１３）、ｐＨ自动控制装置和补料装置；植物纤维固定化柱（１１）、中空纤维膜组件（１３）、ｐＨ自动控制装置置于厌氧反应器（１０－１）外，分别通过恒流泵（５－５）、（５－６）、（５－１）、（５－２）与厌氧反应器（１０－１）相连接；　维生素Ｂ↓［１２］生产单元包括微耗氧反应器（１０－２）和ｐＨ自动控制装置；ｐＨ自动控制装置通过恒流泵（５－３）与微耗氧反应器（１０－２）相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐虹，冯小海，吴波，李莎，欧阳平凯，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]