【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及乳酸生产相关，尤其是一种用于连续发酵生产乳酸的乳酸连续发酵系统和乳酸连续发酵方法。
技术介绍
1、乳酸是一种天然存在的有机酸。乳酸和其衍生物在食品、日化、医药、纺织、烟草、造纸和工业制造等领域具有广泛的应用。根据光学构型不同，乳酸产品有d-乳酸和l-乳酸之分，其中l-乳酸占据市场主导地位。近些年来，以l-乳酸为原材料合成的聚-l-乳酸作为一种生物可降解聚合物，具有显著的生态和环境保护意义，已经成为热门的绿色环保材料。因此在未来几年，乳酸的市场需求还将继续增加。
2、目前乳酸主要以微生物液相发酵法生产获得，而传统乳酸发酵又以间歇发酵为主。乳酸作为一种次级代谢产物，有明显的产物抑制效应，这意味着乳酸根在发酵液中的积累会逐渐降低菌种的比乳酸生产速率。因此时常可以观察到间歇发酵后期的产酸速率只有前期的几分之一，导致发酵周期延长，在保证转化率的基础上单批产酸速率很难达到5g/l·h以上。此外，乳酸抑制效应还会造成发酵后期乳酸/杂酸的相对生产速率下降，导致杂质率升高，增加下游提纯的成本，无法支持发酵工序连续化运行。
3、因此，如果能在间歇发酵过程中控制液相中乳酸根的浓度，可大幅提升产酸速率并降低杂质率。其中一种实现的方法是在发酵过程中用氢氧化钙作为中和剂，和乳酸反应生成乳酸钙。由于乳酸钙在水中的溶解度和温度正相关，操作人员可以通过控制发酵温度，将液相中的乳酸根浓度控制在某一上限，迫使过量的乳酸根作为乳酸钙沉淀析出，从而减轻乳酸抑制效应。该方法理论可行，但是现实存在两大难点。其一，如果让乳酸钙在发酵罐内自
4、因此，迫切需要可以有效降低乳酸抑制效应，从而增加产酸速率，提升乳酸纯度的乳酸连续发酵新方法和相关的系统。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种乳酸连续发酵系统和乳酸连续发酵方法，旨在解决乳酸发酵过程中存在的明显的产物抑制效应。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术一方面提供了一种乳酸连续发酵系统，其包括发酵罐、熟化罐、离心机、通过冷却介质降温的第一换热单元、沉降器以及通过加热介质升温的第二换热单元，其中，所述发酵罐的出料口与所述熟化罐的进料口可控连通，所述熟化罐的出料口分别与所述离心机的进料口以及所述第一换热单元的进料口可控连通，所述离心机的出料口与所述第一换热单元的进料口可控连通，所述第一换热单元的出料口与所述沉降器的进料口连通，所述沉降器的出料口与所述第二换热单元的进料口连通，所述第二换热单元的出料口与所述发酵罐的回流口连通；
3、其中，所述离心机还设有用于回收菌体的排渣口，所述排渣口与所述发酵罐的回流口可控连通；
4、所述沉降器还设有排放口，用于排放发酵产物。
5、本专利技术另一方面提供了一种乳酸连续发酵方法，其是采用本专利技术所述的乳酸连续发酵系统，包括如下步骤：
6、间歇发酵阶段：向发酵罐中的培养基接种大肠杆菌，流加氢氧化钙溶液，兼氧环境下培养至od600为20-35；
7、填充阶段：保持od600为20-35并流加所述培养基，控制所述发酵罐与熟化罐、第一换热单元、沉降器、第二换热单元依次串联连通，断开所述离心机(30)与所述熟化罐(20)、所述第一换热单元(40)以及所述发酵罐(10)的连通，且关闭所述沉降器的排放口；
8、稳态连续发酵阶段：发酵液充满所述熟化罐、所述第一换热单元、所述沉降器以及所述第二换热单元后，流加培养基，并控制所述发酵罐与所述熟化罐、离心机、所述第一换热单元、所述沉降器、所述第二换热单元依次串联连通，并控制所述离心机(30)的排渣口与所述发酵罐(10)的回流口连通，控制冷却介质通入所述第一换热单元中，控制加热介质通入所述第二换热单元中，开启所述沉降器的排放口，获得富含乳酸钙的发酵液；
9、所述富含乳酸钙的发酵液经酸解、脱色，得到乳酸。
10、本专利技术再一方面还提供了所述乳酸连续发酵系统在乳酸生产中的用途。
11、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
12、(1)本专利技术在发酵过程中使用氢氧化钙作为乳酸的中和剂以生成乳酸钙，并根据乳酸钙在低温环境下易析出的特点，通过第一换热单元和沉降器从发酵液中连续分离乳酸根，可最大限度地缓解乳酸对产酸的抑制，从而大幅度提高产酸速率和产品纯度；同时，本专利技术还对乳酸钙进行了初步浓缩，减轻了后续分离提取过程的负担；
13、(2)本专利技术采用发酵罐和熟化罐串联的发酵体系，可以将连续排出的发酵液中的残糖浓度最小化，从而保证下游乳酸回收过程的收率；
14、(3)本专利技术的乳酸连续发酵系统中，离心机的排渣口与发酵罐的回流口连通，从而实现菌体活细胞的回用，节省部分用于细胞合成的碳源和氮源，提升发酵转化率。
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1.一种乳酸连续发酵系统，其特征在于，包括发酵罐(10)、熟化罐(20)、离心机(30)、通过冷却介质降温的第一换热单元(40)、沉降器(50)以及通过加热介质升温的第二换热单元(60)，其中，所述发酵罐(10)的出料口与所述熟化罐(20)的进料口可控连通，所述熟化罐(20)的出料口分别与所述离心机(30)的进料口以及所述第一换热单元(40)的进料口可控连通，所述离心机(30)的出料口与所述第一换热单元(40)的进料口可控连通，所述第一换热单元(40)的出料口与所述沉降器(50)的进料口连通，所述沉降器(50)的出料口与所述第二换热单元(60)的进料口连通，所述第二换热单元(60)的出料口与所述发酵罐(10)的回流口连通；
2.根据权利要求1所述的乳酸连续发酵系统，其特征在于，所述第一换热单元(40)还包括第一阀门(41)、第二阀门(42)、第三阀门(43)、第四阀门(44)以及第一换热器(45)；所述第一换热单元(40)的进料口通过所述第一阀门(41)与所述第一换热器(45)的进料口连通，所述第一换热单元(40)的出料口通过所述第二阀门(42)与所述第一换热器(45
3.根据权利要求2所述的乳酸连续发酵系统，其特征在于，所述第一换热单元(40)包括第五阀门(46)、第六阀门(47)、第七阀门(48)以及第八阀门(49)；所述第一换热单元(40)的进料口还通过所述第五阀门(46)与所述第一换热器(45)的出料口连通，所述第一换热单元(40)的出料口还通过所述第六阀门(47)与所述第一换热器(45)的进料口连通，所述第一换热器(45)的冷却介质入口还通过所述第八阀门(49)与外部冷却介质供给装置的入口连通，所述第一换热器(45)的冷却介质出口还通过所述第七阀门(48)与外部冷却介质供给装置的出口连通。
4.一种乳酸连续发酵方法，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的乳酸连续发酵系统，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的乳酸连续发酵方法，其特征在于，所述发酵罐(10)和所述熟化罐(20)的全程运行温度为40-45℃，碳源为葡萄糖；所述发酵罐(10)中的发酵液pH为6.8-7.1。
6.根据权利要求4所述的乳酸连续发酵方法，其特征在于，所述间歇发酵阶段中，还向所述发酵罐(10)中流加氨水；优选地，当OD600为10以上时，以氢氧化钙溶液替换氨水。
7.根据权利要求4所述的乳酸连续发酵方法，其特征在于，所述第一换热单元(40)将所述发酵液冷却至15-30℃；所述第二换热单元(60)将所述发酵液升温至34-40℃。
8.根据权利要求4所述的乳酸连续发酵方法，其特征在于，所述稳态连续发酵阶段中，所述流加的培养基的稀释率为0.015-0.03h-1；所述发酵罐(10)中的发酵液中的碳源浓度为5-10g/L，铵根离子的浓度为0.25-0.4g/L；所述发酵液在所述熟化罐(20)中的停留时间为1h，所述熟化罐(20)的出料口处的碳源浓度小于1g/L，铵根离子的浓度小于0.4g/L。
9.根据权利要求4所述的乳酸连续发酵方法，其特征在于，所述发酵罐(10)中的乳酸浓度为70-105g/L；所述沉降器(50)的排放口处的乳酸浓度为220-350g/L；所述第二换热单元(60)的进料口处的乳酸浓度为50-80g/L。
10.根据权利要求4-9任一项所述的乳酸连续发酵方法，其特征在于，所述离心机(30)为碟式离心机；优选地，所述发酵液在所述离心机(30)中的停留时间为1-10秒，所述离心机(30)的排渣口处的固含率为5-10wt％。
...【技术特征摘要】
1.一种乳酸连续发酵系统，其特征在于，包括发酵罐(10)、熟化罐(20)、离心机(30)、通过冷却介质降温的第一换热单元(40)、沉降器(50)以及通过加热介质升温的第二换热单元(60)，其中，所述发酵罐(10)的出料口与所述熟化罐(20)的进料口可控连通，所述熟化罐(20)的出料口分别与所述离心机(30)的进料口以及所述第一换热单元(40)的进料口可控连通，所述离心机(30)的出料口与所述第一换热单元(40)的进料口可控连通，所述第一换热单元(40)的出料口与所述沉降器(50)的进料口连通，所述沉降器(50)的出料口与所述第二换热单元(60)的进料口连通，所述第二换热单元(60)的出料口与所述发酵罐(10)的回流口连通；
2.根据权利要求1所述的乳酸连续发酵系统，其特征在于，所述第一换热单元(40)还包括第一阀门(41)、第二阀门(42)、第三阀门(43)、第四阀门(44)以及第一换热器(45)；所述第一换热单元(40)的进料口通过所述第一阀门(41)与所述第一换热器(45)的进料口连通，所述第一换热单元(40)的出料口通过所述第二阀门(42)与所述第一换热器(45)的出料口连通，所述第一换热器(45)的冷却介质入口通过所述第三阀门(43)与外部冷却介质供给装置的出口连通，所述第一换热器(45)的冷却介质出口通过所述第四阀门(44)与外部冷却介质供给装置的入口连通。
3.根据权利要求2所述的乳酸连续发酵系统，其特征在于，所述第一换热单元(40)包括第五阀门(46)、第六阀门(47)、第七阀门(48)以及第八阀门(49)；所述第一换热单元(40)的进料口还通过所述第五阀门(46)与所述第一换热器(45)的出料口连通，所述第一换热单元(40)的出料口还通过所述第六阀门(47)与所述第一换热器(45)的进料口连通，所述第一换热器(45)的冷却介质入口还通过所述第八阀门(49)与外部冷却介质供给...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙晨昊，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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