CN100445395C - 发酵方法 - Google Patents

发酵方法 Download PDF

Info

Publication number
CN100445395C
CN100445395C CNB028193628A CN02819362A CN100445395C CN 100445395 C CN100445395 C CN 100445395C CN B028193628 A CNB028193628 A CN B028193628A CN 02819362 A CN02819362 A CN 02819362A CN 100445395 C CN100445395 C CN 100445395C
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
reactor
oxygen
nutrient medium
loop reactor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
CNB028193628A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1561386A (zh
Inventor
亨里克·埃里克森
库尔特·斯特兰德
拉斯·乔根森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kallista Inc
Original Assignee
Norferm DA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from GB0120025A external-priority patent/GB0120025D0/en
Priority claimed from GB0208906A external-priority patent/GB0208906D0/en
Application filed by Norferm DA filed Critical Norferm DA
Publication of CN1561386A publication Critical patent/CN1561386A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100445395C publication Critical patent/CN100445395C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/20—Degassing; Venting; Bubble traps
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23J—PROTEIN COMPOSITIONS FOR FOODSTUFFS; WORKING-UP PROTEINS FOR FOODSTUFFS; PHOSPHATIDE COMPOSITIONS FOR FOODSTUFFS
    • A23J1/00—Obtaining protein compositions for foodstuffs; Bulk opening of eggs and separation of yolks from whites
    • A23J1/001—Obtaining protein compositions for foodstuffs; Bulk opening of eggs and separation of yolks from whites from waste materials, e.g. kitchen waste
    • A23J1/005—Obtaining protein compositions for foodstuffs; Bulk opening of eggs and separation of yolks from whites from waste materials, e.g. kitchen waste from vegetable waste materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/18—External loop; Means for reintroduction of fermented biomass or liquid percolate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203—Sheets
    • B01J2219/3221—Corrugated sheets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203—Sheets
    • B01J2219/32213—Plurality of essentially parallel sheets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203—Sheets
    • B01J2219/32224—Sheets characterised by the orientation of the sheet
    • B01J2219/32227—Vertical orientation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203—Sheets
    • B01J2219/32224—Sheets characterised by the orientation of the sheet
    • B01J2219/32231—Horizontal orientation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203—Sheets
    • B01J2219/32237—Sheets comprising apertures or perforations

Abstract

本发明提供生物质的生产方法，该方法在水性液体培养基中培养一种微生物，该培养基在环流反应器内循环，该反应器具有废气清除区，由此从反应器中除去含有二氧化碳的废气，在其上游具有脱气区，由此引入驱动气，以驱使液相中的二氧化碳进入可分离的废气相，在所述脱气区的上游还具有营养气引入区，由此向反应器引入氧，优选还有甲烷，并与其中的液体培养基混合，其特征在于在所述营养气引入区中的氧引入是在沿所述环流反应器流经路径的大量位置上进行的，速率是这样的，利用极谱氧电极所测量的所述液体培养基的平均溶解氧含量不超过25ppm。

Description

发酵方法
发明领域
本发明涉及用于使微生物发酵的方法中和与之有关的改进，例如用于生成由微生物产生的生物质(biomass)或者制备由其产生的材料，还涉及用于进行该方法的发酵装置，特别是使用气态营养物在环流反应器中培养微生物的方法。
背景技术
最近，针对新的蛋白质来源的开发已经受到关注，这些蛋白质来源可以掺入到食物中，供人和/或动物消耗。大量不同的含有蛋白质的材料已被提出在人类食物和动物饲料中作为更多传统蛋白质来源的替代，例如鱼肉、大豆产品和血浆。这些材料包括单细胞微生物，例如真菌、酵母和细菌，它们含有高比例的蛋白质。通过微生物在烃或其他底物上的生长，它们可以繁殖生长，产生生物质。今天，最普遍使用的含有蛋白质的微生物(这里也称为“单细胞蛋白质”)是从真菌或酵母衍生的。
单细胞蛋白质材料可以直接用在食物中，例如作为喷雾干燥的产物，或者可以在使用前进一步加工生物质，例如水解和/或分离。
除了简单用作生物质来源以外，还可以使微生物生长、收获，充当有用的化学品来源，例如药用化合物、蛋白质、类胡萝卜素等。因而例如，Du Pont在WO 02/18617、WO 02/20815、WO 02/20728和WO 02/20733(其内容结合在此作为参考)中描述了甲烷营养细菌在类胡萝卜素制备中的用途，特别是Methylomonas 16a(ATCC PTA 2402)。
DK-B-170824(Dansk Bioprotein A/S)和WO 01/60974(NorfermDA)--二者内容结合在此作为参考--描述了一种环流反应器，用于培养微生物生成生物质，例如培养甲烷营养细菌生成一种材料，例如能够用在人类食物或动物饲料中或者用作前体。
DK-B-170824所述环流反应器(loop reactor)具有与导管连接的顶部单元，该导管按顺序具有下流区段、基本上水平流动的区段、上流区段和非垂直外流区段。顶部单元是圆柱形的，它的轴是垂直的，导管的下流区段与底部连接。导管的外流区段从顶部单元的一侧沿正切方向延伸。按照这种方式，从外流区段进入顶部单元的废气和液体培养基可以被有效地分离，从顶部单元的液上空间抽出气体，液体返回到导管的下流区段。驱使水性液体培养基在反应器内环流，气态和非气态营养物(例如氧、甲烷、氮源和矿物质)被引入到导管中，与其中的液体培养基混合，从导管中抽出含有生物质的培养基，从顶部单元中抽出废气(例如含有二氧化碳的气体)。营养物的加入和废气的抽出一般是连续的，而生物质的抽出可以是连续的或分批的。
在DK-B-170824所述环流反应器中，反应介质的循环速率一般为约30至90秒每圈。由于废气中未被消耗的氧和甲烷将有可能爆炸，并且由于氧和甲烷将因被浪费而不经济，气态营养物的加入不可能在导管的所有位置。同样，为了确保从液体反应介质中有效地分离二氧化碳以便顶部单元通气，气/液混合也不可能在导管的所有位置进行。因此在实践中，在DK-B-170824的环流反应器中，气态营养物的加入是这样的，在培养基到达导管上流区段顶部之时，培养基中的溶解氧含量将下降至约零。
不过，尽管DK-B-170824所述环流反应器能够成功地用于生物质生产，当用于高生物质浓度时(例如5g/L以上)，生产方法容易受偶然的突发性失败的影响，要求使用新鲜的活细菌重新开始。
我们现已发现，这个问题是可以减少或避免的，只要向导管内供应营养气(例如己烷和/或氧，特别是氧)，以便缩短培养基本质上不含必需营养物的时间，和/或以便避免或最小化过高浓度营养气在培养基中的周期。
发明内容
因而在一方面，本发明提供生物质的生产方法，该方法在水性液体培养基中培养一种微生物，优选甲烷营养细菌，该培养基在环流反应器内循环，该反应器具有废气(effluent gas)清除区，在那里从反应器及其上游中除去含有二氧化碳的废气；在其上游是脱气区(degassing zone)，向其中引入驱动气体，驱使液相中的二氧化碳进入可分离的废气相和所述脱气区的上游；在脱气区上游是营养气引入区，其中向反应器引入氧，优选地还有甲烷，与其中的液体培养基混合，其特征在于在所述营养气引入区中的氧引入是在沿所述环流反应器流经路径的多个位置进行的，速率是这样的，(例如在反应器的无混合器区段)利用极谱氧电极所测量的所述液体培养基的平均溶解氧含量不超过25ppm，更优选20ppm，尤其15ppm，更尤其10ppm，优选地也是这样的，所述液体培养基的溶解氧含量在每个所述位置(所述脱气区下游的第一所述位置是可选的例外)为至少0.5ppm，尤其至少1ppm，更尤其至少3ppm。
在这方面发明中，氧引入位置优选地是这样间隔的，流经两个位置之间的时间小于20秒，尤其小于16秒，特别小于6秒，更优选小于5秒，进而更优选小于4秒，最后与第一位置之间除外(也就是紧邻脱气区上游和下游的那些)。
平均溶解氧含量表示沿反应器横截面直径的平均值。若反应器的横截面不是圆形的，则术语直径应当被理解为表示内壁之间的最大尺寸。这样一种平均值可以这样求算，在沿直径的若干、例如3、5或7个等距离点测量溶解氧含量。
溶解氧含量应当可取地在环流反应器的无混合器部分加以测量，也就是反应器内横截面不穿过混合装置的位置。可取地，溶解氧含量是在氧引入区的无混合器区段下游和随后的混合器处加以测量的。
因而，培养基的溶解氧含量适宜这样测量，利用极谱氧电极(在商业上例如可从Ingold获得)，在氧引入位置之间，距离前一这类位置下游足够远处，以便氧和培养基的混合基本上是完全的。
为了在氧引入之时可以避免氧浓度极限，引入优选地是通过每个引入位置的大量窗孔(apertures)进行的，例如一组窗孔，横向分布于流经方向的片上，可选地也沿着流经方向分布。可以这样实现之，在反应器中分散有多臂穿孔气体分配器(multiarmed，perforated gas distributors)，优选地分配器的压降从内至外为至多6巴，例如0.4至3巴，尤其0.6至1巴。这类分配器适宜排列在反应器中相邻静态混合器组之间的缝隙处。在一种优选的实施方式中，气体分配器也排列在静态混合器组内，例如沿混合器通道排列穿孔管，或者利用穿孔波纹嵌板，它既充当气体分配器，也充当混合器组内的平板。还可以使用中空的嵌板混合器平板，冷却剂(例如冷水)流过其中，以冷却反应器中的培养基。
溶解氧含量优选地是在每个氧引入位置的上游测量的，测量值输入计算机，以便控制营养物引入速率、冷却、生物质抽出等。按照这种方式，溶解氧含量得以维持在所需范围内，遍及反应器，并且长达整个操作阶段。
可取地，废气清除区中或者环路中最低溶解氧浓度点处的培养基氧含量小于0.1ppm，按重量计。这使生物质产物作为饲料具有更大的生物利用度。
尽管液体培养基的溶解氧含量可以下降至可忽略或者不可检测的水平，也就是约0ppm，按重量计，不过优选的是它应当在至少显著比例的穿过反应器的路径长度上保持在可检测的水平。因而鉴于另一方面，本发明提供生物质的生产方法，该方法在水性液体培养基中培养一种微生物，优选甲烷营养细菌，该培养基在环流反应器内循环，该反应器具有废气清除区，由此从反应器中除去含有二氧化碳的废气，在其上游具有脱气区，由此引入驱动气，以驱使液相中的二氧化碳进入可分离的废气相，在所述脱气区的上游还具有营养气引入区，由此向反应器引入氧，优选还有甲烷，并与其中的液体培养基混合，其特征在于在所述营养气引入区中的氧引入是这样的，在所述营养气引入区与所述脱气区之间，液体培养基的溶解氧含量不降至3ppm以下，按重量计(优选至少4ppm，尤其至少5ppm)。
鉴于另一方面，本发明提供生物质的生产方法，该方法在水性液体培养基中培养一种微生物，优选甲烷营养细菌，该培养基在环流反应器内循环，该反应器具有废气清除区，由此从反应器中除去含有二氧化碳的废气，在其上游具有脱气区，由此引入驱动气，以驱使液相中的二氧化碳进入可分离的废气相，在所述脱气区的上游还具有营养气引入区，由此向反应器引入氧，优选还有甲烷，并与其中的液体培养基混合，其特征在于向所述液体培养基的氧引入是这样进行的，所述液体培养基的溶解氧含量在相当于30秒以上、优选20秒、更优选10秒、尤其5秒的环流反应器路径长度上不降至3ppm以下，按重量计(优选至少4ppm，尤其至少5ppm)。
鉴于另一方面，本发明提供生物质的生产方法，该方法在水性液体培养基中培养一种微生物，优选甲烷营养细菌，该培养基在环流反应器内循环，该反应器具有废气清除区，由此从反应器中除去含有二氧化碳的废气，在其上游具有脱气区，由此引入驱动气，以驱使液相中的二氧化碳进入可分离的废气相，在所述脱气区的上游还具有营养气引入区，由此向反应器引入氧，优选还有甲烷，并与其中的液体培养基混合，其特征在于在所述营养气引入区中的氧引入是这样的，在所述营养气引入区与所述脱气区之间，液体培养基的溶解氧含量不降至Xppm以下，按重量计，其中X是由X＝1.35Y.B所定义的，其中B是培养基的生物质含量，以g/L计，Y是0.75至1.25，优选0.80至1.20，尤其0.85至1.15，更优选0.90至1.10，更尤其0.95至1.05，B大于5，尤其大于10，特别是15至30，尤其是18至25。
鉴于另一方面，本发明提供生物质的生产方法，该方法在水性液体培养基中培养一种微生物，优选甲烷营养细菌，该培养基在环流反应器内循环，该反应器具有废气清除区，由此从反应器中除去含有二氧化碳的废气，在其上游具有脱气区，由此引入驱动气，以驱使液相中的二氧化碳进入可分离的废气相，在所述脱气区的上游还具有营养气引入区，由此向反应器引入氧，优选还有甲烷，并与其中的液体培养基混合，其特征在于在所述营养气引入区中的氧引入是这样的，液体培养基的溶解氧含量在至少30％(优选至少50％，更优选至少60％)的环流反应器路径长度上为至少10ppm，按重量计，液体培养基的溶解氧含量在所述脱气区中所述驱动气的引入之前不久为至少3ppm，按重量计(优选至少4ppm，尤其至少5ppm)，所述废气的氧含量为至少1摩尔％(优选至少2摩尔％，例如2至8摩尔％)。
这里作为发明另外方面所描述的这些方法优选地与如第一方面所定义的发明方法联用。
本发明的方法中，优选的是利用推进器驱使液体培养基在环流反应器内循环。尤其优选的是利用具有重叠的或多个径向弯曲的叶片的推进器，也就是下部空化推进器(low-cavitation propeller)。这类下部空化推进器在水下设计领域中是所熟知的。重叠的叶片意味着存在至少一条这样的线，它平行于推进器的轴，并且穿过至少两个叶片。径向弯曲的叶片意味着在穿过叶片底部和顶端的径向线之间存在一个角度。这类推进器在环流发酵反应器中的应用是新颖的，构成本发明的另一方面。因而鉴于另一方面，本发明提供生物质的生产方法，该方法在水性液体培养基中培养一种微生物，优选甲烷营养细菌，该培养基在环流反应器内循环(该反应器优选地具有废气清除区，由此从反应器中除去含有二氧化碳的废气，在其上游具有脱气区，由此引入驱动气，以驱使液相中的二氧化碳进入可分离的废气相，在所述脱气区的上游还具有营养气引入区，由此向反应器引入氧，优选还有甲烷，并与其中的液体培养基混合)，其特征在于所述液体培养基是在推进器的作用下在所述环流反应器中循环的，该推进器具有重叠的或多个径向弯曲的叶片。
利用这类下部空化推进器，有可能比常规推进器泵送具有更大气体含量的液体，因而有可能在尽可能接近推进器的上游向液体培养基引入营养气。按照这种方式，可以减少溶解气体含量低的反应器路径长度的比例。
向液体培养基混入营养气是进行本发明方法的重要方面。我们已经发现，在营养器注射点下游应用各自包含一组混合板(an array of mixer plates)的静态混合器，即使气∶液体积比相当低也导致特别高效的营养气溶解。混合板组在环流发酵反应器中的这类应用是新颖的，构成本发明的另一方面。鉴于这一方面，本发明提供生物质的生产方法，该方法在水性液体培养基中培养一种微生物，优选甲烷营养细菌，该培养基在环流反应器内循环(该反应器优选地具有废气清除区，由此从反应器中除去含有二氧化碳的废气，在其上游具有脱气区，由此引入驱动气，以驱使液相中的二氧化碳进入可分离的废气相，在所述脱气区的上游还具有营养气引入区，由此向反应器引入氧，优选还有甲烷，并与其中的液体培养基混合)，其特征在于营养气和液体培养基是通过穿过静态混合器而混合在所述环流反应器内的，该混合器包含一堆平行的、带波纹的、柔韧的(优选开孔的)平板，这些平板是这样排列的，堆积方向垂直于所述流体培养基的流动方向，其纹脉(corrugation ridges)与所述流动方向成一定角度(例如20至70°，优选40至50°，尤其45°，相对于流动方向而言)，它们与流动方向的角度基本上与相邻平板是相等和相反的。
堆积方向、也就是置于混合器两个主表面之一上的平片表面正向，可以是在垂直与水平之间的任意方向。不过，在连续堆积之间的堆积方向优选地旋转90°，更优选80至90°，最优选约90°、0°、90°、0°等，或+45°、-45°、-45°，相对于垂直方向而言。尤其优选地，连续堆积的堆积方向不是0°、0°、0°等，相对于垂直方向而言。
在发明的这后两个方面中，甚至在发明的大多数方面中，环流反应器优选地具有至少40m、更优选至少80m的中心线，也就是流经路径长度。
鉴于另一方面，本发明提供生成生物质的方法，该方法在液体反应介质中培养微生物，该介质在环流反应器内循环，该反应器在废气清除区上游具有废气-液体反应介质分离区，其特征在于在所述分离区中向液体反应介质送入氧和/或甲烷。
鉴于另一方面，本发明提供发酵装置，包含环流反应器，该反应器在废气清除区上游具有废气-液体反应介质分离区，其特征在于所述分离区具有入口，用于将氧和/或甲烷送入其中的液体反应介质。
用在本发明方法中的环流反应器优选地依赖于推进力而非气体浮升力使液体培养基围绕环路运动。由于更容易使营养气和液体培养基在环路的基本上水平的部分中恰当地混合，并且由于物质传递(也就是营养气向液相的传递)随着培养基的压力增加而增加，环路优选地在废气清除区之后包含基本上垂直的下流区(down flow zone)，继之以基本上水平(例如“U”型)的区域，进而继之以基本上垂直的上流区，引导废气返回清除区。为了使废气/液体培养基脱气应当是特别有效的，在基本上垂直的上流区与废气清除区之间，需要具有基本上不垂直的、例如水平的外流区。在其中发生大多数或全部废气/液体培养基的分离，它可以具有均匀的梯度，可以逐渐变得更加水平，或者可以逐步向水平方向改变。驱动气、也就是用于置换溶解相中的二氧化碳的气体(通常为氮，但是也可以是另一种惰性的不可燃气体)，例如可以在一个或多个点引入，从基本上垂直的上流区开始到废气清除区入口，不过特别优选的是一个或多个在上流区垂直部分上部(例如上面20％，更优选上面10％)与外流区最平直(也就是最水平)的部分开始之间的引入点。尤其优选地，驱动气是在上流区垂直部分上部引入的。在这种背景中，将被理解的是可以引入气体的“点”可以在环路内的液体路径内具有延伸的长度，例如通过一系列入口端口或者通过多个开孔的入口端口引入气体。
一般而言，若环路中心线在气体洗脱清除区之外改变方向，这将由环路的曲率而非尖锐的角度弯曲所致，以便改善液体培养基的流动性质。
气体洗脱清除区中的顶部空间气压将优选为-0.5至+1.0个大气压，相对于环境压力而言，尤其是+0.2至+0.6。在外流区末端的气-液表面与水平区环路的中心线之间的垂直下降优选为至少10m，尤其至少18m，例如18至30m。
环流反应器(气体洗脱清除区之外)的横截面积可以是恒定的，但是优选地至少在外流区中增加至最大值，例如至少2.0倍、更优选至少4.0倍于下流区和水平流动区的最小横截面积部分(它们通常可以位于推进器之前)。通常，气体洗脱清除区之外环路的内径可以在30cm至3.0m范围内，尤其是1.0至2.5m。通常，除气体洗脱清除区以外的环路的中心线长度在40至200m范围内，优选80至150m，在水平区中该长度优选为至少50％，更优选至少60％，尤其至少70％。外流区的中心线长度优选为0.5至10m，尤其是1.5至8m。
环路反应器在气体清除区之外的横截面一般将是圆形的；不过在分离区中，也可以采取其他外形，例如矩形、椭圆形或卵形横截面，以增强气体/液体分离。
环路中的营养气引入优选地是在沿环路长度的至少三个、更优选至少六个位置进行的，优选地至少60％是在水平区中引入的。
尽管优选的是营养气是在下流部分被引入的，不过可能需要使用下部空化推进器，用于随后推进液体培养基。这类推进设计在水下建筑领域中是所熟知的。
典型的下部空化推进器可以具有重叠的叶片或者多个(例如至少6个)径向弯曲的叶片(也就是底部和顶端在径向上彼此移置的叶片)。在以前的反应器设计中，营养气的输入被设计成开始于脱气区，这样培养基的溶解氧含量基本为零，然而需要以这样的量引入营养气，特别是氧，以便在脱气区开始处的溶解氧含量为至少3ppm。为此，需要在上流区中引入一定量的营养气，例如高达约25％的营养气。
由于过量的营养气能够对培养在反应器中的微生物引起毒性问题，氧引入优选地是这样的，液体培养基中的最大溶解氧含量不多于25ppm，尤其不多于20ppm，更尤其不多于15ppm。
同样为了使生物质生产方法效率最大化，引入甲烷的摩尔比优选为1∶1至1∶3，尤其1∶1.2至1∶2.5，更尤其约1∶1.8，相对于氧而言。
可以使用甲烷的纯化形式或气体混合物，例如天然气或富含甲烷的天然气。同样可以使用纯化的氧或含氧气体混合物(例如空气或富含氧的空气)。若使用空气，则优选地过滤之，以避免毒性杂质的引入。
所用甲烷和氧同样可以是气态(例如压缩的)或液化形式；不过在后者情况下，一般将需要预先加热，以防止营养气过分冷却液体培养基。
天然气主要由甲烷组成，不过它的组成将因不同的气田而异。通常，可以预期天然气含有约90％甲烷、约5％乙烷、约2％丙烷和一些高级烃。在天然气的发酵期间，甲烷被甲烷营养细菌氧化为生物质和二氧化碳。甲醇、甲醛和甲酸是代谢中间体。甲醛和一些二氧化碳被同化为生物质。不过，甲烷营养细菌不能利用包含碳-碳键的底物进行生长，天然气的其余组分、即乙烷、丙烷和一些高级烃，被甲烷营养细菌氧化，生成对应的羧酸(例如乙烷被氧化为乙酸)。这类产物可能对甲烷营养细菌而言是抑制性的，因此重要的是它们的浓度在生物质生产期间保持低水平，优选低于50mg/l。该问题的一种解决方案是一种或多种异养细菌的联合使用，它们能够利用由甲烷营养细菌所产生的代谢产物。
这类细菌还能够利用由细胞溶解产物释放至发酵液的有机材料。这一点很重要，目的是避免泡沫的形成，还能够使培养物被不需要的细菌污染的危险最小化。甲烷营养与异养细菌的组合导致稳定和高收率的培养。
除了氧和甲烷以外，一般还将向液体培养基加入其他营养物，例如矿物质和氮源(例如氨、硝酸盐、尿素等)。不过不象氧和甲烷，脱气操作不会对它们的浓度产生决定性影响，因而它们的加入一般可以各自在沿环路的一个、两个或三个点。不过就某些矿物质而言，特别是铜，可能需要在沿环路的更多数量的点进行引入。就铜而言，增加铜浓度能够增加甲烷的消耗。
可以使用空气或纯氧进行氧化，优选地使用氨作为氮源。除了这些营养物以外，细菌培养通常还将需要水、磷酸盐(例如磷酸的形式)和若干矿物质，可以包括镁、钙、钾、铁、铜、锌、锰、镍、钴和钼，通常使用硫酸盐、氯化物或硝酸盐的形式。所有用在单细胞材料生产的矿物质都应当是食品级的。
在本发明的方法中，需要监测废气中的二氧化碳、氧和甲烷含量，和培养基的生物质、氮、溶解氧、磷酸盐和矿物质含量。生物质含量可以使用为进一步加工而提取的含生物质介质样本加以测量；例如离心分离生物质和液体，称重。在这种经过提取的材料中也可以测量氮、磷酸盐和矿物质含量，例如利用标准的工艺，例如原子吸收等。溶解氧含量也是借助标准工艺测量的，优选地在环路上的两个或多个点监测之。优选地对废气取样，冷却至约5℃，然后优选地通过红外光谱法测量气体和甲烷和二氧化碳的顺磁性，测定氧。通常，当该方法顺利进行时，氧含量优选为约7.5％(v/v)，甲烷含量为约4.0％(v/v)，二氧化碳含量为约35％(v/v)。
氨浓度优选为至多200ppm，尤其是0.1至5ppm，按重量计。
生物质浓度优选为至多30g/L，例如5至20g/L。
培养基中的磷酸盐含量优选为至少10ppm，按重量计，以便使反应器顶部的发泡最小化，尤其约100至200ppm。
培养基中的钾、镁和钙含量分别优选为至少5、0.5和0.5ppm，按重量计，尤其约100-200、20-50和20-50ppm。可以适宜地在所提取的生物质中测量铜和铁含量；优选地，它们的最小含量分别为5和200mg/kg。
在单细胞材料的生产期间，一般将调节发酵混合物的pH在约5.5与7.5之间，例如6.5±0.3。本领域技术人员可以容易地选择适合于pH调节的酸/碱。特别适用于这一点的是氢氧化钠和硫酸。在发酵期间，发酵器内的温度应当优选地维持在40℃至50℃的范围内，最优选45℃±2℃。
在本发明方法的操作中，优选地将可选含有止泡剂的液体(例如一些或全部的液体营养物、为补偿生物质除去而加入的液体、从反应器抽出、冷却并返回反应器以控制温度的液体部分等)喷在脱气区中的液体培养基表面，以减少泡沫的形成。同样，脱气区的水平流动区段优选地在其上部区段具备横向延伸的挡板，以对抗泡沫的形成。作为进一步的止泡措施，反应器可以在脱气区排列有蒸汽入口，以将蒸汽注射到液体表面上的顶部空间。
按照本发明的方法，可以生产任何单细胞蛋白质材料。不过，优选的微生物包括细菌和酵母。可以使用任何被批准用在食品中的细菌或酵母，本领域技术人员可以容易地选择适合的种类。特别优选地，用在本发明中的单细胞将是一种微生物培养物，它由甲烷营养细菌组成，可选地联合有一种或多种异养细菌，尤其优选甲烷营养与异养细菌的组合。本文所用的术语“甲烷营养”涵盖任何利用甲烷或甲醇进行生长的细菌。术语“异养”用于表示利用除甲烷或甲醇以外的有机底物进行生长的细菌。
尽管本发明的方法尤其适合于生产仅需相对少量的进一步加工即可用作饲料或食品添加剂的生物质，不过该方法还可以用于制备由液体培养基中的微生物生成的特殊化学品。在这种情况下，培养基的发酵后处理将牵涉分离出有关的特定化学品，例如借助常规的化学技术，可选地继之以微生物细胞的溶解，以释放有关的化学品。在这种发明实施方式中，可以使用天然产生有关化学品(例如蛋白质、药物、类胡萝卜素等)或者经过遗传修饰而产生有关化学品的微生物。很多这类微生物是文献已知的；不过特别优选的是使用甲烷营养细菌。
优选用在本发明中的细菌包括荚膜甲基球菌(Methylococcuscapsulates)(Bath)，它是最初从Bath，England温泉分离的嗜热细菌，在TheNational Collections of Industrial and Marine Bacteria，Aberdeen，Scotland的保藏号为NCIMB 11132。荚膜甲基球菌(Bath)在约45℃下具有最佳生长，不过生长也可以发生在37℃与52℃之间。它是革兰氏阴性的、不能动的球形细胞，通常成对存在。细胞内膜排列成I型甲烷营养菌特有的囊状盘束。荚膜甲基球菌(Bath)在遗传上是非常稳定的生物体，没有已知的质粒。它能够利用甲烷或甲醇进行生长，利用氨、硝酸盐或分子氮作为氮源进行蛋白质合成。
其他适合用在本发明中的细菌包括异养细菌Ralstonia sp.(以前名为Alcaligenes acidovorans)DB3(NCIMB 13287)、Brevibacillus agri(以前名为坚强芽孢杆菌)DB5(NCIMB 13289)和Aneurinibacillus sp.(以前名为短芽孢杆菌)DB4(NCIMB 13288)，它们各自在约45℃的温度下具有最佳生长。
Ralstonia sp.DB3是革兰氏阴性的、需氧的、能动的杆菌，属于假单胞菌科，它能够利用乙醇、乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐进行生长。Aneurinibacillus sp.DB4是革兰氏阴性的、形成内孢子的、需氧的杆菌，属于芽孢杆菌属，它能够利用乙酸盐、D-果糖、D-甘露糖、核糖和D-塔格糖进行生长。Brevibacillus agri DB5是革兰氏阴性的、形成内孢子的、能动的、需氧的杆菌，属于芽孢杆菌属，它能够利用乙酸盐、N-乙酰葡糖胺、枸橼酸盐、葡糖酸盐、D-葡萄糖、甘油和甘露糖醇进行生长。
尤其优选用在本发明中的是这样一种微生物培养物，它包含甲烷营养细菌荚膜甲基球菌(Bath)(NCIMB 11132)与异养细菌Ralstonia sp.DB3(NCIMB 13287)和Brevibacillus agri DB5(NCIMB 13289)的组合，可选地联合有Aneurinibacillus sp.DB4(NCIMB 13288)。Ralstonia sp.DB3的作用是利用由荚膜甲基球菌(Bath)从天然气中的乙烷和丙烷所产生的乙酸盐和丙酸盐。Ralstonia sp.DB3可以占所得生物质总细胞数的至多10％，例如约6至8％。Aneurinibacillus sp.DB4和Brevibacillus agri DB5的作用是利用培养基中的溶解产物和代谢产物。通常，在连续发酵期间Aneurinibacillussp.DB4和Brevibacillus agri DB5将各自占细胞数的不到1％。
适合用在本发明方法中的酵母可以选自由酵母属和念珠菌属组成的组。
如果需要的话，可以使用经过遗传修饰的细菌(或酵母)进行本发明的方法，以便生成所需的化合物，然后可以从反应器中收获细胞内液或生物质，从中提取这些化合物。科技与专利文献含有大量这类遗传修饰微生物的实例，尤其包括甲烷营养细菌。
在一种尤其优选的发明实施方式中，使用WO 02/18617所述类型的甲烷营养细菌进行该方法，以生产类胡萝卜素，例如花药黄质、adonixanthin、虾青素、角黄素、玉米黄质和其他在WO 02/18617第39和40页所提到的类胡萝卜素。为此，特别适合使用甲烷营养细菌甲基单胞菌16a(ATCCPTA 2402)。可以如WO 02/18617、WO 02/20728和WO 02/20733所述从液体培养基中分离出按照这种方式所生产的类胡萝卜素。
理想地，从天然气的发酵作用所生产的生物质将包含60至80重量％粗蛋白；5至20重量％粗脂肪；3至15重量％灰分；3至15重量％核酸(RNA和DNA)；10至30g/kg磷；至多500mg/kg铁；和至多250mg/kg铜。特别优选地，生物质将包含68至73％、例如约70重量％的粗蛋白；9至11％、例如约10重量％的粗脂肪；5至10％、例如约7重量％的灰分；8至12％、例如约10重量％的核酸(RNA和DNA)；10至25g/kg的磷；至多310mg/kg的铁；和至多110mg/kg的铜。蛋白质成分的氨基酸分布应当在营养学上是可取的，具有高比例的重要氨基酸半胱氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、赖氨酸、色氨酸和精氨酸。通常，它们的含量可以分别为约0.7％、3.1％、5.2％、7.2％、2.5％和6.9％(以氨基酸总量的百分比表示)。一般地，脂肪酸将主要包含饱和的棕榈酸(大约50％)和单不饱和的棕榈烯酸(大约36％)。产品的矿物质成分通常将包含大量的磷(约1.5重量％)、钾(约0.8重量％)和镁(约0.2重量％)。
本发明的生物质产品尤其可用作食品中的组分或前体，特别是用作动物饲料和宠物食品中的天然血浆代用品。当用在宠物食品中时，可以向产品加入另外的成分，例如脂肪、糖、盐、矫味剂、矿物质等。然后可以使产品形成块状，在外观和纹理上类似于天然的肉块。本发明的产品具有进一步的优点，它容易配制成含有必需的营养物，容易被动物消化，是动物的美味。
本发明的产品可以进一步用作肉产品(例如肉团)中的构造剂，常用作新鲜肉类填充剂的血浆蛋白代用品、以增加重量和体积，用作乳化剂(例如在敷料等中)，和用在面包产品中、以提高生面团的性质。
当用在食品中时，生物质或经过加工的生物质材料的用量通常将为1至10重量％，优选至多5重量％。精确的比例将依赖于材料的所需功能，本领域技术人员能够容易地确定之。通常，当用作胶凝剂时，其含量可以是至多20重量％，例如5至10重量％(基于产品的干物质含量)。
当反应器没有满足上述溶解氧含量条件时(特别是存在过高的溶解氧含量)，并且当达到某一生物质含量时，尽管反应器也能继续令人满意地运转很多小时，不过氨的使用会相当突然地下降，并且在仅仅两三个小时内，活的细菌种群(以及材料的生物质成分，如果继续从反应器中提取的话)也下降至事实上为零。
尽管在有些情况下，立即停止氨的供应、减少或停止从反应器中提取生物质和增加或降低氧的供应能够“治愈”微生物种群和恢复生物质收率，不过在很多情况下这都是不够的。对死亡细菌的研究显示，尽管它们还没有被溶解，不过内部的细胞器结构也已经被显著地破坏了。这表明细菌的基因组是迄今未被认识的病毒核酸序列的宿主，它们在反应器中的非常条件下被活化而表达终止正常细胞操作的产物。据信单细胞微生物的这类基因组前噬菌体而非质粒病毒感染迄今还没有得以鉴别，可能同样证实在需氧环流反应发酵器的大规模生物质操作中是成问题的，例如细菌、真菌(例如新月菌素)、酵母或经过遗传修饰的细胞(例如细菌、哺乳动物(例如人、仓鼠、小鼠等))，本发明的另一方面是使用本发明的溶液在细菌、真菌、酵母或经过遗传修饰的细胞的需氧环流反应器发酵中减少消耗溶解氧的反应器路径长度，例如用于生产醇(尤其是甲醇或乙醇)、食品或食品添加剂或其前体、药物、抗体等。
针对方法故障所观察到的微生物细胞器重排一般还可以用作发酵反应器反馈控制的控制参数，特别是环流反应器，例如利用在所有阈值水平之下或之上的细胞器重排观察结果，用以引发营养物供应的增加，特别是氧和/或甲烷的供应，或者减少或终止氨的供应等。这类观察结果例如可以针对从反应器的提取或取样端口除去的细胞、利用流式细胞术获得。这种形式的发酵反应器反馈控制构成本发明的另一方面。
本发明方法操作故障的主要指标是培养基出现pH降低，尽管加入碱(例如NaOH)调节pH也会复发。这似乎是由于甲酸的生成或者甲酸被甲烷营养细菌不适当地转化为二氧化碳。监测细菌的细胞内甲酸浓度能够获得这一问题的预警，例如将培养基取样，溶解细胞，用光谱测定法测定甲酸。若所检测的甲酸浓度上升至预先设置的阈值之上，可以采取预防性措施，例如减少氧和/或氨的供应速率等。除了细胞内甲酸以外，还可以监测细胞外甲酸浓度，也用作方法控制参数。同溶解氧浓度一样，可以监测溶解甲烷浓度和溶解氨浓度，用作方法控制参数。可取地，这类监测是在线进行的，也就是在反应器处，可以使用常规的监测装置(例如光谱计等)。这类监测和控制构成本发明的另一方面。
鉴于另一方面，本发明提供适用于一种或多种根据本发明的方法的发酵反应器，例如包含适当定位的营养气入口、下部空化推进器、堆积平板静态混合器等。
鉴于另一方面，本发明提供由本发明方法所生产的生物生成产物(例如生物质、药物、抗体、醇等)和它们的用途，例如用于或者用作食品前体、用作药物、用作化学品原料等。
若利用环流反应器进行细胞培养，从培养基中除去溶解所溶解的二氧化碳是重要的，氮特别适合用于这一点(也就是用作如上所述的驱动气)。
其结果是，尤其有利的是将反应器布置在对氧有很大需求的装置附近(例如1km以内)，例如酒精或乙醇生产厂，按照这种方式，在一家工厂为生产氧所进行的空气分离(例如液化)中所产生的氮可以用在发酵装置中，如果需要的话以及少量的氧(例如作为发酵器中的营养气)。而且，如果发酵器产物需要被干燥，尤其如果它在干燥时是氧敏感性的，这正是用于生物蛋白的生物质生产的情况，那么氮还可以用作喷雾干燥器中的干燥气。氮/氧分离器、发酵器和氧需求工厂的这类协作共同布置构成本发明的另一方面。
若需要本发明方法的大规模操作，当然有可能简单地增加反应器的尺寸和驱动马达的功率即可。不过替代选择是操作一组反应器，例如从中心单元放射排列，中心单元容纳所有反应器的脱气区。利用一组(例如2、3、4或5个)反应器的一个优点是可以借助接种来自已经处于操作中的反应器的液体培养基而启动一个反应器中的反应。由于反应器一般不得不需要停机时间进行清洗或维修，这样一种排列确保了操作可以连续进行，并且可以显著减少个别反应器的启动时间。
附图说明
现在将参照附图进一步描述本发明方法和装置的实施方式，图中：
图1是根据本发明的环流反应器的流程图；
图2是图1反应器水平区段的横截面，显示其中静态混合器平板的排列；
图3是根据本发明的另一环流反应器的图示；
图4是图1或图3反应器水平区段的横界面，显示其中静态混合器平板的排列。
参照图1，显示了环流反应器1，其中的环路包含用于除去废气的顶部单元2、垂直下流区段3、水平流动区段4、垂直上流区段5和水平废气/液体反应介质分离区段6。下流区段3连接在圆柱形顶部单元2的圆锥形基部，而分离区段6正切进入顶部单元2的一侧，以便实现旋流式气/液分离。
从顶部单元2的顶部，通过出口端口7除去废气。顶部单元的顶部还具备紧急排放口8，如果顶部单元中的废气压力超过预先设置的最大值，例如环境压力以上0.5个大气压，8会自动打开。
用马达11(例如650kW马达)驱动推进器10，使液体培养基9围绕环路循环。推进器10的上游是出口端口12，从中除去生物质，进行脱水和进一步的加工，例如水解、喷雾干燥等。
在环路的水平区段4内，放置有一系列营养气(例如O2和CH4)入口13(例如扩散平板(diffuser plate))和静态混合器14。优选地在下流和上流区段3和5也具备营养气入口15和16。优选地围绕环路具备氨和矿物质入口17和18和取样端口。优选地围绕环路和顶部单元2的顶部空间还具备监测和取样端口(没有显示)。
向上流区段5的顶部提供驱动气(例如氮)入口19，例如扩散平板。
在分离区段6的基部，优选地具备用于营养气(尤其是氧)的多孔扩散器20，它沿着流动方向延长，以便将营养气供应到从这一区段中分离的液体中。
参照图2，显示环流反应器含有一堆平行的、水平的、带波纹的、开孔的平板21，依次放置，波纹集中在一起(in registry)但是改变了方向，以便为培养基提供流经通道22。
参照图3，显示了环流反应器1，其中的环路包含用于除去废气的顶部单元2、垂直下流区段3、水平流动区段4、垂直上流区段5和水平废气/液反应介质分离区段6。下流区段3连接在圆柱形顶部单元2的圆锥形基部，而分离区段6进入顶部单元2的一侧。从顶部单元2的顶部，通过出口端口7除去废气。顶部单元的顶部还具备紧急排放口，如果顶部单元中的废气压力超过预先设置的最大值，例如环境压力以上0.5个大气压，它会自动打开。
用马达11(例如650kW马达)驱动垂直分布的驱动杆，驱动推进器，使液体培养基9围绕环路循环。受垂直分布的驱动杆驱动的推进器的上游是出口端口12，从中除去生物质，进行脱水和进一步的加工，例如水解、喷雾干燥等。
在环路的水平区段4内，放置有一系列营养气(例如O2和CH4)入口13(例如扩散平板)和静态混合器。优选地围绕环路具备氨和矿物质入口17和18和取样端口。优选地围绕环路和顶部单元2的顶部空间还具备监测和取样端口(没有显示)。
向上流区段5顶部提供驱动气(例如氮)入口19，例如扩散平板。
利用反应器内的探针23测量溶解氧含量。利用反应器收获出口中的探针24和25测量氨浓度和细胞密度，利用出气排放管线中的探针26测量气体组成(CO2，O2，CH4)。利用探针27和28测量反应器内的温度和pH。利用来自这些探针的信息作为反馈控制，由此基于发酵过程的机械模型计算收率最佳的气体和氨分布，反复为O2、CH4和NH3引入阀门、培养基从反应器流入热交换器和返回到反应器内和酸/碱加入(以优化pH)提供最佳设置。
图4显示更优选的混合器排列。在这种实施方式中，平行的、垂直的、带波纹的、开孔的平板21是这样放置的，它们的波纹与流动方向形成一定角度，并且在取向上是交替的。
混合器平板优选地是柔韧的，因为按照这种方式，它们是可自我清洁的。为此，它们适宜由不锈钢制成，厚度为至少0.2mm，例如约0.5至1.5mm，尤其是0.8至1.2mm。最大平板间距、也就是波纹之间的通道高度，优选为至少25mm，例如50至250mm，更优选为80至150mm，尤其是90至110mm。
具体实施方式
下列非限制性实施例进一步阐述本发明。
实施例1-匀化生物质的制备
在45℃、pH 6.5下，在铵/矿质盐培养基(AMS)中，借助天然气的连续需氧发酵作用，在环流型发酵器中生产微生物培养物，其中包含荚膜甲基球菌(Bath)(NCIMB 11132)、Ralstonia sp.(以前名为Alcaligenesacidovorans)DB3(NCIMB 13287)和Brevibacillus agri(以前名为Bacillusfirmus)DB5(NCIMB 13289)，可选地和优选地还有Aneurinibacillus sp.DB4(NCIMB 13288)。每升AMS培养基含有下列成分：10mg NH3，75mgH3PO4，380mg MgSO4.7H2O，100mg CaCl2.2H2O，200mg K2SO4，75mgFeSO4.7H2O，1.0mg CuSO4.5H2O，0.96mg ZnSO4.7H2O，120μg CoCl2.6H2O，48μg MnCl2.4H2O，36μg H3BO3，24μg NiCl2.6H2O和1.20μg NaMoO4.2H2O。
将水在125℃下加热灭菌10秒钟，加入到发酵器内。按照它们的消耗量调节不同营养物的加入。逐步形成连续发酵，得到1-3％生物质(在干重的基础上)。
将生物质在工业连续离心机中离心，转速3,000rpm，可选地继之以在工业匀化机中匀化(压降：1000巴(100Mpa)；入口温度：15℃，形成匀化的生物质)，继之以超滤，滤膜的排除尺寸为200,000道尔顿。

Claims (19)

1、生物质的生产方法，该方法在水性液体培养基中培养一种微生物，该培养基在环流反应器内循环，该反应器具有废气清除区，由此从反应器中除去含有二氧化碳的废气，在其上游具有脱气区，由此引入驱动气，以驱使液相中的二氧化碳进入可分离的废气相，在所述脱气区的上游还具有营养气引入区，由此向反应器引入氧，并与其中的液体培养基混合，其特征在于在所述营养气引入区中的氧引入是在沿所述环流反应器流经路径的很多位置上进行的，速率是这样的，利用极谱氧电极所测量的所述液体培养基的平均溶解氧含量不超过25ppm，按重量计。
2、如权利要求1所要求保护的方法，其中所述液体培养基含有甲烷营养细菌，其中向所述反应器引入氧和甲烷，并与所述液体培养基混合。
3、如权利要求1和2之一所要求保护的方法，进一步包含从所述反应器中收获生物质，和可选地加工所收获的生物质。
4、如权利要求1和2之一所要求保护的方法，进一步包含从所述反应器中收获含有生物质的液体培养基，和从中分离由所述微生物产生的化合物。
5、如权利要求1至4任意一项所要求保护的方法，其中在所述营养气引入区中的氧引入是在沿所述环流反应器流经路径的很多位置上进行的，其速率是这样的，利用极谱氧电极所测量的所述液体培养基的平均溶解氧含量不超过15ppm，按重量计。
6、如权利要求1至5任意一项所要求保护的方法，其中在所述营养气引入区中的氧引入是在沿所述环流反应器流经路径的很多位置上进行的，速率是这样的，所述液体培养基的溶解氧含量在每一所述位置(可选的例外是所述脱气区下游的第一所述位置)为至少0.5ppm，按重量计。
7、如权利要求1至6任意一项所要求保护的方法，其中在所述营养气引入区中的氧引入是这样的，液体培养基的溶解氧含量在至少30％的环流反应器路径长度上为至少10ppm，按重量计，液体培养基的溶解氧含量在所述脱气区中引入所述驱动气之前不久为至少3ppm，按重量计，所述废气的氧含量为至少1摩尔％。
8、如权利要求1至7任意一项所要求保护的方法，其中在所述营养气引入区中的氧引入是这样的，在所述营养气引入区与所述脱气区之间，液体培养基的溶解氧含量不降至3ppm以下，按重量计。
9、如权利要求1至8任意一项所要求保护的方法，其中向所述液体培养基的氧引入是这样进行的，所述液体培养基的溶解氧含量在相当于30秒以上的环流反应器路径长度上不降至3ppm以下，按重量计。
10、如权利要求1至9任意一项所要求保护的方法，其中所述流体培养基是在推进器的作用下在所述环流反应器内循环的，该推进器具有重叠的或多个径向弯曲的叶片。
11、如权利要求1至10任意一项所要求保护的方法，其中营养气和液体培养基是通过穿过静态混合器而混合在所述环流反应器内的，该混合器包含一堆平行的、带波纹的、柔韧的平板，这些平板是这样排列的，堆积方向垂直于所述流体培养基的流动方向，其纹脉与所述流动方向成一定角度，它们与流动方向的角度基本上与相邻平板是相等和相反的。
12、如权利要求1至11任意一项所要求保护的方法，其中在所述营养气引入区中的氧引入是这样的，在所述营养气引入区与所述脱气区之间，液体培养基的溶解氧含量不降至Xppm以下，按重量计，其中X是由X＝1.35Y.B所定义的，其中B是培养基的生物质含量，以g/L计，Y是0.75至1.25，B大于5至B为30。
13、生成生物质的方法，该方法在液体反应介质中培养一种微生物，该介质在环流反应器内循环，该反应器在废气清除区上游具有废气-液反应介质分离区，其特征在于氧和/或甲烷被送入所述分离区中的液体反应介质。
14、生物质的生产方法，该方法在水性液体培养基中培养一种微生物，该培养基在环流反应器内循环，其特征在于所述液体培养基是在推进器的作用下在所述环流反应器内循环的，该推进器具有重叠的或多个径向弯曲的叶片。
15、生物质的生产方法，该方法在水性液体培养基中培养一种微生物，该培养基在环流反应器内循环，其特征在于营养气和液体培养基是通过穿过静态混合器而混合在所述环流反应器内的，该混合器包含一堆平行的、带波纹的、柔韧的平板，这些平板是这样排列的，堆积方向垂直于所述流体培养基的流动方向，其纹脉与所述流动方向成一定角度，它们与流动方向的角度基本上与相邻平板是相等和相反的。
16、如权利要求1至15任意一项所要求保护的方法，其中所述环流反应器具有至少40m的流经路径。
17、发酵装置，包含环流反应器，该反应器在废气清除区上游包含废气-液反应介质分离区，其特征在于所述分离区具有将氧和/或甲烷送入其中的液体反应介质中的入口。
18、发酵装置，包含环流反应器，该反应器含有静态混合器，该混合器包含一堆平行的、带波纹的、柔韧的平板，这些平板是这样排列的，堆积方向垂直于所述流体培养基的流动方向，其纹脉与所述流动方向成一定角度，它们与流动方向的角度基本上与相邻平板是相等和相反的。
19、发酵装置，包含环流反应器，该反应器含有推进器，该推进器具有重叠的或多个径向弯曲的叶片。
CNB028193628A 2001-08-16 2002-08-16 发酵方法 Expired - Lifetime CN100445395C (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB0120025A GB0120025D0 (en) 2001-08-16 2001-08-16 Fermentor
GB0120025.2 2001-08-16
GB0208906A GB0208906D0 (en) 2002-04-18 2002-04-18 Method
GB0208906.8 2002-04-18

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1561386A CN1561386A (zh) 2005-01-05
CN100445395C true CN100445395C (zh) 2008-12-24

Family

ID=32178862

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB028193628A Expired - Lifetime CN100445395C (zh) 2001-08-16 2002-08-16 发酵方法

Country Status (9)

Country Link
US (2) US7579163B2 (zh)
EP (1) EP1419234B1 (zh)
CN (1) CN100445395C (zh)
AT (1) ATE500315T1 (zh)
AU (1) AU2002355910B2 (zh)
CA (1) CA2457225C (zh)
DE (1) DE60239344D1 (zh)
DK (1) DK1419234T3 (zh)
WO (1) WO2003016460A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111107919A (zh) * 2017-08-14 2020-05-05 凯利斯塔公司 利用气/液分离容器的进气发酵反应器、系统和方法

Families Citing this family (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0315783D0 (en) * 2003-07-04 2003-08-13 Norferm Da Use
US7081361B2 (en) * 2003-08-07 2006-07-25 Nch Corporation Biomass generator
WO2007001448A2 (en) 2004-11-04 2007-01-04 Massachusetts Institute Of Technology Coated controlled release polymer particles as efficient oral delivery vehicles for biopharmaceuticals
US9267937B2 (en) 2005-12-15 2016-02-23 Massachusetts Institute Of Technology System for screening particles
EP2007435B1 (en) 2006-03-31 2019-12-18 Massachusetts Institute Of Technology System for targeted delivery of therapeutic agents
EP2019691B1 (en) 2006-05-15 2020-08-12 Massachusetts Institute of Technology Polymers for functional particles
US9381477B2 (en) 2006-06-23 2016-07-05 Massachusetts Institute Of Technology Microfluidic synthesis of organic nanoparticles
EP2134830A2 (en) 2007-02-09 2009-12-23 Massachusetts Institute of Technology Oscillating cell culture bioreactor
WO2008124634A1 (en) * 2007-04-04 2008-10-16 Massachusetts Institute Of Technology Polymer-encapsulated reverse micelles
JP2010523595A (ja) 2007-04-04 2010-07-15 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー ポリ（アミノ酸）ターゲッティング部分
CN105770878A (zh) 2007-10-12 2016-07-20 麻省理工学院 疫苗纳米技术
US8591905B2 (en) 2008-10-12 2013-11-26 The Brigham And Women's Hospital, Inc. Nicotine immunonanotherapeutics
US8343497B2 (en) 2008-10-12 2013-01-01 The Brigham And Women's Hospital, Inc. Targeting of antigen presenting cells with immunonanotherapeutics
US8343498B2 (en) 2008-10-12 2013-01-01 Massachusetts Institute Of Technology Adjuvant incorporation in immunonanotherapeutics
US8277812B2 (en) 2008-10-12 2012-10-02 Massachusetts Institute Of Technology Immunonanotherapeutics that provide IgG humoral response without T-cell antigen
DK2376616T3 (da) 2008-12-15 2020-04-06 Unibio As U-form- og/eller nozzle-U-loop-fermentor og fermenteringsfremgangsmåde
US8961893B2 (en) 2009-07-07 2015-02-24 Nch Corporation Automated chemical diluter system having disposable components
US8551762B2 (en) 2009-07-07 2013-10-08 Nch Corporation System and apparatus for feeding, solubilizing, growing and discharging a biological material
EP2519641B1 (en) * 2009-09-06 2014-11-12 Lanzatech New Zealand Limited Improved fermentation of gaseous substrates
EP2766489B1 (en) 2011-10-13 2024-01-03 Tenfold Technologies, LLC Method for production of microbial output
WO2013167806A1 (en) 2012-05-08 2013-11-14 Maa- Ja Elintarviketalouden Tutkimuskeskus Means and methods for methane production
US9371549B2 (en) 2012-07-13 2016-06-21 Calysta, Inc. Biorefinery system, methods and compositions thereof
BR112015007638B1 (pt) 2012-10-08 2020-05-05 Calysta Inc sistemas de fermentação alimentados por gás
JP2015534831A (ja) 2012-11-09 2015-12-07 キャリスタ， インコーポレイテッド 脂肪酸誘導体の生物学的生産のための組成物および方法
US9267158B2 (en) 2013-03-14 2016-02-23 Intrexon Corporation Biological production of multi-carbon compounds from methane
CA3002810A1 (en) 2015-10-20 2017-04-27 Sharmistha MAZUMDER Apparatus, systems and methods for growing microorganisms
WO2017129576A1 (en) * 2016-01-27 2017-08-03 Ebbe Busch Larsen A process for the production of a bacterially enriched animal feed composition
CN108699502A (zh) * 2016-02-23 2018-10-23 康宁股份有限公司 灌注生物反应器及其用于进行连续细胞培养的方法
WO2017218978A1 (en) 2016-06-17 2017-12-21 Calysta, Inc. Gas-fed fermentation reactors, systems and processes
AU2018208405A1 (en) * 2017-01-10 2019-07-04 Calysta, Inc. Gas-fed fermentation reactors, systems and processes utilizing a vertical flow zone
CA3053616A1 (en) * 2017-03-01 2018-09-07 Unibio A/S Fermentation reactor and fermentation process
MX2019010195A (es) 2017-03-01 2019-10-02 Unibio As Nuevo medio de fermentacion para crecimiento de bacterias metanotrofas y metodo para producir dicho medio.
US11439172B2 (en) * 2017-07-03 2022-09-13 Oakbio, Inc. Microbial biomass based feed products
WO2020152343A1 (en) 2019-01-25 2020-07-30 Unibio A/S Improved loop-fermenter
WO2020244961A1 (en) 2019-06-04 2020-12-10 Unibio A/S Pig feed product comprising single cell protein (scp)
US20220220433A1 (en) * 2019-06-07 2022-07-14 Unibio A/S Method for optimizing a fermentation process
CA3141983A1 (en) 2019-06-13 2020-12-17 Unibio A/S Method for controlling a fermentation process
EP4041862A1 (en) 2019-10-07 2022-08-17 Calysta, Inc. Methods for culturing methanotrophic bacteria and isolating proteins from bacterial biomass
EP4040994A1 (en) 2019-10-07 2022-08-17 Calysta, Inc. Food compositions comprising methylococcus capsulatus protein isolate
JP2021094011A (ja) 2019-12-17 2021-06-24 キャリスタ， インコーポレイテッド 動物の餌を追跡するための組成物および方法
DE102020109419A1 (de) 2020-04-03 2021-10-07 Planet Biogas Group Gmbh Biologische Methanerzeugung
CN115867635A (zh) 2020-07-07 2023-03-28 尤尼比奥股份公司 生产单细胞蛋白质的方法
US20220119851A1 (en) 2020-10-20 2022-04-21 Calysta, Inc. Heme-containing cell culture media and uses thereof
WO2023006897A1 (en) * 2021-07-28 2023-02-02 Univercells Technologies Sa Bioreactor with external loop for enhanced gas transfer and/or transfection
US20230159874A1 (en) 2021-11-19 2023-05-25 Gas 2 Feed As Systems and methods for recycling gas in reactors
WO2023107901A2 (en) 2021-12-06 2023-06-15 Calysta, Inc. Integrated systems and methods for combining methanotrophic bacterial biomass production and methanation process
WO2023131673A1 (en) 2022-01-07 2023-07-13 Unibio A/S Process for producing single cell protein
WO2023242308A1 (en) * 2022-06-17 2023-12-21 Unibio A/S Oxidation stabilised biomass material and process
US20240017253A1 (en) * 2022-07-13 2024-01-18 Enplas Corporation Fluid handling system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN85109440A (zh) * 1985-12-23 1987-07-08 无锡轻工业学院 气-液环流生物反应器
EP0418187A1 (en) * 1989-08-07 1991-03-20 Dansk Bioprotein A/S Method and apparatus for performing a fermentation
WO2000070014A1 (en) * 1999-05-18 2000-11-23 Ebbe Busch Larsen U-shape and/or nozzle-u-loop fermentor and method of carrying out a fermentation process

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3150137A1 (de) * 1981-12-18 1983-06-30 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Adsorptionsverfahren zur trennung von kohlenwasserstoffen
DK157884C (da) 1987-09-04 1990-07-23 Dansk Bioprotein Fremgangsmaade til fremstilling af mikroorganismecellemasse
EP0339356A1 (de) * 1988-04-20 1989-11-02 Fried. Krupp AG Hoesch-Krupp Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Backhefe
GB0003620D0 (en) * 2000-02-16 2000-04-05 Norferm Da Method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN85109440A (zh) * 1985-12-23 1987-07-08 无锡轻工业学院 气-液环流生物反应器
EP0418187A1 (en) * 1989-08-07 1991-03-20 Dansk Bioprotein A/S Method and apparatus for performing a fermentation
WO2000070014A1 (en) * 1999-05-18 2000-11-23 Ebbe Busch Larsen U-shape and/or nozzle-u-loop fermentor and method of carrying out a fermentation process

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111107919A (zh) * 2017-08-14 2020-05-05 凯利斯塔公司 利用气/液分离容器的进气发酵反应器、系统和方法
CN111107919B (zh) * 2017-08-14 2021-12-21 凯利斯塔公司 利用气/液分离容器的进气发酵反应器、系统和方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2003016460A1 (en) 2003-02-27
AU2002355910B2 (en) 2006-07-27
WO2003016460A8 (en) 2004-04-22
DE60239344D1 (de) 2011-04-14
US20040241790A1 (en) 2004-12-02
CN1561386A (zh) 2005-01-05
US7579163B2 (en) 2009-08-25
CA2457225C (en) 2011-11-15
ATE500315T1 (de) 2011-03-15
DK1419234T3 (da) 2011-05-16
EP1419234A1 (en) 2004-05-19
EP1419234B1 (en) 2011-03-02
CA2457225A1 (en) 2003-02-27
US20090263877A1 (en) 2009-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100445395C (zh) 发酵方法
AU2002355910A1 (en) Method of fermentation
US11572539B2 (en) Gas-fed fermentation reactors, systems and processes utilizing gas/liquid separation vessels
US20220259548A1 (en) Gas-fed fermentation reactors, systems and processes
CN110382681A (zh) 利用垂直流动区的进气发酵反应器、系统和方法
CA1037398A (en) Production of microorganisms by mixed culture on methane substate
NO154349B (no) Fremgangsmate for fremstilling av naeringsproteiner ved dyrking av en sopp av slekten trichoderma
AU2006235784B2 (en) Method of fermentation
GB1579012A (en) Method and apparatus for micro biological production of single cell protein
Burgess Production of yeast protein from lactose permeate in a tower fermenter
Villadsen Single Cell Protein Production from C, Compounds
Nagar et al. FERMENTATION TECHNOLOGY
JP2024509263A (ja) 微生物塊を増殖させるための方法及びシステム
NO332516B1 (no) Fremgangsmåte for fremstilling av biomasse, samt fermenteringsreaktor
Kirsop Food from micro-organisms
Volesky A Single-cell Protein From Natural Gas And Gaseous Hydrocarbons

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: STATOIL ASA

Free format text: FORMER OWNER: NORFERM DA

Effective date: 20130916

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
C56 Change in the name or address of the patentee

Owner name: STATOIL ASA

Free format text: FORMER NAME: STATOILHYDRO ASA

Owner name: STATOILHYDRO ASA

Free format text: FORMER NAME: STATOIL ASA

CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Stavanger

Patentee after: STATOILHYDRO ASA

Address before: Stavanger

Patentee before: Statoil ASA

Address after: Stavanger

Patentee after: STATOIL ASA

Address before: Stavanger

Patentee before: Statoilhydro ASA

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20130916

Address after: Stavanger

Patentee after: STATOIL ASA

Address before: Stavanger

Patentee before: Norferm Da

ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: BIOLOGICAL PROTEIN CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: STATOIL ASA

Effective date: 20140212

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20140212

Address after: Stavanger

Patentee after: Biological protein Co.

Address before: Stavanger

Patentee before: Statoil ASA

TR01 Transfer of patent right
C56 Change in the name or address of the patentee
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Stavanger

Patentee after: Kallista, Inc.

Address before: Stavanger

Patentee before: Biological protein Co.

CX01 Expiry of patent term
CX01 Expiry of patent term

Granted publication date: 20081224