一种基于生物质合成的甲醇蛋白高效低碳生产系统和方法技术方案

一种基于生物质合成的甲醇蛋白高效低碳生产系统和方法，涉及生物工程技术领域。采用电解制氢副产氧气与空气复配得到富氧空气通入发酵罐，以提高甲醇蛋白生产效率；秸秆生物质配料经流化床生物质气化炉处理，生物质合成气脱硫后参与反应合成甲醇，甲醇蛋白合成的副产CO2经脱碳捕集、净化压缩回收后补充参与反应合成甲醇，节能环保，零碳排放；水电解制氢、生物质气化炉、甲醇合成反应热经余热锅炉处理，产生低压过热蒸汽分别用于流化床生物质气化炉、粗甲醇精馏、后续甲醇蛋白干燥，富裕余热回收制备饱和蒸汽外送输出，亦可用于溴化锂制备工艺冷却水，在发酵过程环境温度过高需要时给甲醇蛋白合成系统补充冷量或作为冷源输出，使能量进一步充分回收利用。使能量进一步充分回收利用。使能量进一步充分回收利用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于生物质合成的甲醇蛋白高效低碳生产系统和方法


[0001]本专利技术涉及生物工程
，特别涉及一种基于生物质合成的甲醇蛋白高效低碳生产系统和方法。

技术介绍

[0002]甲醇蛋白是以甲醇为碳源生产的单细胞蛋白。甲醇蛋白的主要成分为粗蛋白、脂肪、赖氨酸、蛋氨酸、胱氨酸、矿物质和维生素,其中粗蛋白质量分数平均在70％以上。甲醇蛋白被称为第二代单细胞蛋白，与天然植物蛋白相比，甲醇蛋白含有更丰富的氨基酸、矿物质和维生素，可以部分代替鱼粉、大豆、肉类及脱脂奶粉等喂养家禽。发展甲醇蛋白是解决我国养殖业及食品工业蛋白质短缺问题的重要途径之一,对解决我国的粮食安全问题具有重大的战略意义。
[0003]甲醇蛋白生产不受气候条件影响、合成速度快、质量稳定，因此当前世界各国都十分重视开辟蛋白质资源和研究其应用技术，并已取得了很大进展，其中工业化最快的是单细胞蛋白生产，被认为是解决人类蛋白质资源匮乏最有效途径之一。以甲醇、氨、硫酸和磷酸等为原料作为培养基,通过微生物发酵在甲醇基体中生长,消耗甲醇,生长成许多单细胞菌体,成为菌体单细胞蛋白,简称SCP。目前来看，甲醇蛋白生产仍存在以下问题：
[0004](1)发酵生产过程中水、电、气消耗较大，不能实现高密度发酵，生产效率低，生产成本较高；
[0005](2)原料甲醇消耗大量碳源，并排放大量CO2，同时发酵生产过程也排放大量CO2，构成严重的碳排放问题。

技术实现思路

[0006]针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本专利技术之目的就是提供一种基于生物质合成的甲醇蛋白高效低碳生产方法，即甲醇蛋白高效绿色的生产方法。本专利技术的另一目的是提供该方法所采用的生产系统。
[0007]本专利技术为实现上述目的所采取的技术方案为：一种基于生物质合成的甲醇蛋白高效低碳生产方法，其特征是，采用电解制氢为原料，副产氧气与空气复配得到富氧含量在30％～70％的富氧空气通入发酵罐，以提高菌种新陈代谢效率，相应地提高甲醇蛋白的生产效率；秸秆生物质配料经流化床生物质气化炉处理，生物质气脱硫后参与反应合成甲醇，环保节能，同时，甲醇蛋白合成的副产CO2经净化压缩回收后补充参与反应合成甲醇，实现零碳排放；水电解制氢、生物质气化炉、甲醇合成三个反应热经余热锅炉处理，产生低压过热蒸汽分别用于流化床生物质气化炉、粗甲醇精馏、后续甲醇蛋白的干燥，富裕余热可回收制备饱和蒸汽外送输出，亦可用于溴化锂制备工艺冷却水，在发酵过程环境温度过高需要时给甲醇蛋白合成系统补充冷量，或作为冷源输出，使能量进一步充分回收利用，具体包括如下步骤：
[0008]S0、秸秆生物质配料经流化床生物质气化炉处理，生物质合成气脱硫后参与反应
合成甲醇，后续步骤甲醇蛋白合成的副产CO2经捕集、净化压缩回收后补充参与反应合成甲醇，实现CO2回收利用；电解制氢副产氧气与空气复配得到富氧含量在30％～70％的富氧空气用于后续步骤通入发酵罐；
[0009]S1、摇瓶种子培养
[0010]选取嗜甲醇菌接种到试管中，加入2％葡萄糖作为碳源、2％胰蛋白胨作为蛋白质、增塑剂和水，摇床振荡培养，得到摇瓶种子；上述所有试剂和试管均需蒸汽消毒；
[0011]S2、一级种子培养
[0012]一级种子培养在50L的发酵罐中进行；首先按照步骤S1所述成分及配比，在发酵罐中配制30L菌株营养液，对此进行蒸汽灭菌；与此同时对空气过滤器和取样口进行灭菌；灭菌结束后，打开进气阀，向发酵罐中通入步骤S0制备的无菌富氧空气，富氧含量在30％～70％，使罐体内富氧空气压力一直要高于罐体外大气压，打开发酵罐夹套冷却水，降低罐内营养液温度至25
‑
35℃时，开始接种；从发酵罐接种口倒入含嗜甲醇菌摇瓶种子1000mL，随后控制发酵温度在28～30℃，转速150rpm，溶氧40％～50％，培养20～24h后，得一级种子；
[0013]S3、二级种子培养
[0014]二级种子培养在5m3发酵罐中进行；在发酵罐内配制3m3营养液，二级种子营养液配制成分包括：85wt％磷酸45L，二水硫酸钙1.2kg，硫酸钾24kg，七水硫酸镁18kg，甘油108kg和微量元素溶液9L，其余为水；所述的微量元素溶液为：五水硫酸铜14g/L，碘化钾0.08g/L，一水硫酸锰4g/L，二水钼酸钠0.1g/L，硼酸0.1g/L，六水合氯化钴1g/L；
[0015]按照步骤S2灭菌方法对二级种子营养液进行蒸汽灭菌，灭菌完成后，用35wt％的氨水调营养液pH值至4.8～5.0，然后将培养好的一级种子30L接种到3m3的营养液中，接种量为1％；接种前应检查一级种子质量，镜检种子菌体整齐，健壮，无杂菌污染，接种时二级种子罐罐压在0.1～0.3barg，一级种子罐罐压在0.5～1.0barg，通过富氧空气压力将一级种子从一级种子罐压到二级种子罐中，接种完成后，保持二级种子罐温度30～32℃，通风比1:1～1.5vol，罐压0.5barg，pH5.0～5.5，培养24～30h，得二级种子；
[0016]S4、发酵罐甲醇蛋白生产
[0017]按照步骤S3的蒸汽灭菌方法、及所需成分和配比，制备含二级种子的营养液2罐共10m3，然后以3～4m3/h的进料速度，泵打含二级种子营养液至层流罐中，同时打开蒸汽阀门，将蒸汽与发酵营养液混合，使发酵培养基温度达到121～125℃，进入在层流罐中维持20min后，进入100m3发酵罐中，总进料量为发酵罐体积的10％，即10m3；接种完毕后，关闭进料阀，并将100m3发酵罐温度维持在121℃30min，此时，用蒸汽对与100m3发酵罐相连的富氧空气过滤器、发酵罐取样口、出料口、排气口管道进行灭菌，保证100m3发酵罐及与之相连管道呈无菌状态，灭菌结束后，对100m3发酵罐内的发酵营养液降温到30℃～35℃；用40wt％的氨水调发酵营养液至pH5.0后开始发酵，发酵温度30～32℃，通风比1:1.5～2vol，罐压0.4barg，pH5.0～5.5，培养16～20h；在此过程中蒸汽灭菌后富氧空气不断通入发酵罐底部，并通过搅拌促进氧气溶解；待罐内料液中的甘油消耗完，溶氧开始持续上升，罐内菌体OD600达到36～40，发酵液密度达到100～120g/L，向100m3发酵罐内流加甲醇，甲醇流加量为5～6克/升.小时，当溶氧高于60％以上时，加大甲醇流加量，最大流加量达到10～15克/升.小时，发酵过程中，每8小时补加一次微量元素溶液，每次流加15升，直至发酵结束，发酵72～84小时后，取样测定菌体湿重达550～600g/L，发酵结束，得发酵液；甲醇蛋白合成的副产CO2与电
解单元的电解制氢，反应合成粗甲醇，反应热用于下游粗甲醇精馏辅热，甲醇精馏塔中通入甲醇合成塔中反应合成的粗甲醇，精甲醇用于上述甲醇蛋白合成过程；水电解制氢、生物质气化炉、甲醇合成三个反应热经余热锅炉处理，产生低压过热蒸汽分别用于流化床生物质气化炉、粗甲醇精馏、后续甲醇蛋白的干燥，富裕余热可回收制备饱和蒸汽外送输出，亦可用于溴化锂制备工艺冷却水，在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于生物质合成的甲醇蛋白高效低碳生产方法，其特征是，采用电解制氢为原料，副产氧气与空气复配得到富氧含量在30％～70％的富氧空气通入发酵罐，以提高菌种新陈代谢效率，相应地提高甲醇蛋白的生产效率；秸秆生物质配料经流化床生物质气化炉处理，生物质合成气脱硫后参与反应合成甲醇，环保节能，同时，甲醇蛋白合成的副产CO2经脱碳捕集、净化压缩回收后补充参与反应合成甲醇，实现零碳排放；水电解制氢、生物质气化炉、甲醇合成三个反应热经余热锅炉处理，产生低压过热蒸汽分别用于流化床生物质气化炉、粗甲醇精馏、后续甲醇蛋白的干燥，富裕余热可回收制备饱和蒸汽外送输出，亦可用于溴化锂制备工艺冷却水，在发酵过程环境温度过高需要时给甲醇蛋白合成系统补充冷量，或作为冷源输出，使能量进一步充分回收利用。2.根据权利要求1所述的一种基于生物质合成的甲醇蛋白高效低碳生产方法，其特征是，所述方法具体包括如下步骤：S0、秸秆生物质配料经流化床生物质气化炉处理，生物质合成气脱硫后参与反应合成甲醇，后续步骤甲醇蛋白合成的副产CO2经捕集、净化压缩回收后补充参与反应合成甲醇，实现CO2回收利用；电解制氢副产氧气与空气复配得到富氧含量在30％～70％的富氧空气用于后续步骤通入发酵罐；S1、摇瓶种子培养选取嗜甲醇菌接种到试管中，加入2％葡萄糖作为碳源、2％胰蛋白胨作为蛋白质、增塑剂和水，摇床振荡培养，得到摇瓶种子；上述所有试剂和试管均需蒸汽消毒；S2、一级种子培养一级种子培养在50L的发酵罐中进行；首先按照步骤S1所述成分及配比，在发酵罐中配制30L菌株营养液，对此进行蒸汽灭菌；与此同时对空气过滤器和取样口进行灭菌；灭菌结束后，打开进气阀，向发酵罐中通入步骤S0制备的无菌富氧空气，富氧含量在30％～70％，使罐体内富氧空气压力一直要高于罐体外大气压，打开发酵罐夹套冷却水，降低罐内营养液温度至25
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35℃时，开始接种；从发酵罐接种口倒入含嗜甲醇菌摇瓶种子1000mL，随后控制发酵温度在28～30℃，转速150rpm，溶氧40％～50％，培养20～24h后，得一级种子；S3、二级种子培养二级种子培养在5m3发酵罐中进行；在发酵罐内配制3m3营养液，二级种子营养液配制成分包括：85wt％磷酸45L，二水硫酸钙1.2kg，硫酸钾24kg，七水硫酸镁18kg，甘油108kg和微量元素溶液9L，其余为水；所述的微量元素溶液为：五水硫酸铜14g/L，碘化钾0.08g/L，一水硫酸锰4g/L，二水钼酸钠0.1g/L，硼酸0.1g/L，六水合氯化钴1g/L；按照步骤S2灭菌方法对二级种子营养液进行蒸汽灭菌，灭菌完成后，用35wt％的氨水调营养液pH值至4.8～5.0，然后将培养好的一级种子30L接种到3m3的营养液中，接种量为1％；接种前应检查一级种子质量，镜检种子菌体整齐，健壮，无杂菌污染，接种时二级种子罐罐压在0.1～0.3barg，一级种子罐罐压在0.5～1.0barg，通过富氧空气压力将一级种子从一级种子罐压到二级种子罐中，接种完成后，保持二级种子罐温度30～32℃，通风比1:1～1.5vol，罐压0.5barg，pH5.0～5.5，培养24～30h，得二级种子；S4、发酵罐甲醇蛋白生产按照步骤S3的蒸汽灭菌方法、及所需成分和配比，制备含二级种子的营养液2罐共10m3，然后以3～4m3/h的进料速度，泵打含二级种子营养液至层流罐中，同时打开蒸汽阀门，将蒸
汽与发酵营养液混合，使发酵培养基温度达到121～125℃，进入在层流罐中维持20min后，进入100m3发酵罐中，总进料量为发酵罐体积的10％，即10m3；接种完毕后，关闭进料阀，并将100m3发酵罐温度维持在121℃30min，此时，用蒸汽对与100m3发酵罐相连的富氧空气过滤器、发酵罐取样口、出料口、排气口管道进行灭菌，保证100m3发酵罐及与之相连管道呈无菌状态，灭菌结束后，对100m3发酵罐内的发酵营养液降温到30℃～35℃；用40wt％的氨水调发酵营养液至pH5.0后开始发酵，发酵温度30～32℃，通风比1:1.5～2vol，罐压0.4barg，pH5.0～5.5，培养16～20h；在此过程中蒸汽灭菌后富氧空气不断通入发酵罐底部，并通过搅拌促进氧气溶解；待罐内料液中的甘油消耗完，溶氧开始持续上升，罐内菌体OD600达到36～40，发酵液密度达到100～120g/L，向100m3发酵罐内流加甲醇，甲醇流加量为5...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈芳，赵纪军，
申请(专利权)人：江苏熙壤农业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：