CN101386815B

CN101386815B - 扩张床吸附原位提取琥珀酸发酵分离的耦合装置和工艺

Info

Publication number: CN101386815B
Application number: CN2007101216179A
Authority: CN
Inventors: 邢建民; 李强; 李望良; 苏志国; 王丹
Original assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2007-09-11
Filing date: 2007-09-11
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2027-09-11
Also published as: CN101386815A

Abstract

本发明属于扩张床吸附原位提取琥珀酸发酵分离的耦合装置和工艺，具体地说是采用发酵方法生产琥珀酸的工艺、扩张床分离琥珀酸的工艺以及发酵分离耦合过程。本发明的装置是将扩张床层析柱与琥珀酸生物反应器偶联，原位提取琥珀酸。利用扩张床层析柱允许带有固体物料的微生物发酵液直接进入扩张床层析柱这一特点，避免了以往采用固定床与生物反应器直接偶联导致固定床层析柱的堵塞问题，省略了生物反应器和扩张床层析柱之间额外的膜分离器，实现了扩张床层析柱与生物反应器的直接偶联，原位吸附目标物质而不造成扩张床层析柱的堵塞。建立一个扩张床吸附原位提取琥珀酸发酵分离的耦合系统，满足消毒灭菌和无污染运转。

Description

扩张床吸附原位提取琥珀酸发酵分离的耦合装置和工艺

技术领域

本发明属于扩张床吸附原位提取琥珀酸发酵分离的耦合装置和工艺，具体地说是采用发酵方法生产琥珀酸的工艺、扩张床分离琥珀酸的工艺以及发酵分离耦合过程。

技术背景

琥珀酸是合成大宗日用品和重要化学品的平台化学物质，有着巨大的经济价值。目前，只有食品市场的琥珀酸是发酵法生产的，其余都是石化方法合成。随着能源紧缺，利用生物发酵和生物催化法生产琥珀酸的前景非常广阔。而琥珀酸发酵就是一个典型的产物抑制性发酵过程，如果不及时将产物中和或分离，发酵反应进程将无法持续下去。琥珀酸发酵过程中，琥珀酸的积累严重抑制了琥珀酸放线杆菌的生长和琥珀酸的合成，甚至使菌体停止生长。

目前琥珀酸发酵产量最高的微生物是琥珀酸放线杆菌(Actinobacillussuccinogenes)，又名130Z^T，保存于美国菌种保藏中心(ATCC)，编号ATCC55618(Int.J Syst.Bacteriol.，1999，49，207，1999)。此外，属于假丝酵母属(genus Candida)的微生物(JP 56～17077B)、产琥珀酸厌氧螺菌(Anaerobiospirllum succiniproducens)(USP5143834)，重组大肠杆菌(CP96198547.X)都具有相当的产酸能力。

传统发酵法生产琥珀酸，为了消除产物抑制作用，发酵液中加入Ca(OH)₂中和琥珀酸并结晶出琥珀酸的钙盐(USP5143833)，然后用浓硫酸回收提取琥珀酸。将钙离子加入含有琥珀酸的盐溶液中并收集琥珀酸钙作为沉淀的方法中(JP62-294090A)，大量钙盐副产物除去的过程复杂。其缺点是要处理大量的固体和浆液，产生于琥珀酸等量的石膏副产物；发酵过程中气味和颜色的污染影响了琥珀酸的商业应用。目前从琥珀酸发酵液中提取纯化琥珀酸的费用占整个生物质转化过程费用的60％(Metab.Eng.，7，229，2005)；电渗析的方法(JP02-283289A，JP03-151884A，USP5143834，USP5958744)难以除去所述发酵液中包含的其它短链有机酸，因为它们与琥珀酸的性质相似；操作过程中产生的热量容易导致菌种失活，而且较强的反向对流使得该过程不能达到高收率。萃取技术(Enzyme.Microb.Tech.，39，352，2006)选择性强、适用范围广，是目前最有可能取代钙盐法进行有机酸大批量提取的工艺，反应萃取过程基于萃取剂和中短链有机酸的可逆反应，通过根据酸的pKa值调节混合酸液的pH达到选择性地分离有机酸，利用疏水的胺基萃取剂回收琥珀酸多数具有很好的选择性和萃取率，同真空蒸馏一样可以基本去除副产物有机酸(乙酸)，但是目前萃取的方法还是停留在模型阶段，而且反萃问题尚未得到很好的解决。离子交换、吸附的方法与萃取相比对微生物细胞不存在毒性，经济性优于上述方法，但是现有的层析柱都是固定床层析柱，料液进样之前要经过液固分离和复杂的预处理；分离的方法都是间歇性的，这样就无法实现连续发酵，也无法消除发酵过程中的产物抑制，从而限制了产量。现有的琥珀酸提取方法都是发酵过程与分离过程分离的，即发酵结束以后才能从发酵液中分离、精制琥珀酸，基质的转化率和产率都很低，提取步骤冗繁，而发酵和扩张床分离耦和的方法就可以克服这一缺点，迅速地原位分离目标产物或在线移除抑制物。原位产物分离技术可以解除发酵过程中产物抑制(Adv.Biochem.Eng.Biotechnol，80，150，2003)，而且越来越趋向于一级反应(发酵分离耦合)，来取代多级反应(发酵放罐再分离)。

传统的吸附过程都是在固定床中进行的，乳酸菌固定化细胞原位分离发酵生产乳酸(CN200310106657.8)中就是将发酵液先经过筛网过滤以后进入固定床层析柱；但绝大多数微生物发酵过程无法进行细胞固定化，这样发酵液带着细胞流入固定床层析柱很容易发生堵塞，无法实现原位分离过程。而扩张床技术的出现开始于上世纪九十年代初(Adv.Biochem.Eng.Biotechnol，92，101，2005)，本身就是一个集成的过程，作为一个单元操作，它整合了固液分离和产物回收。其特点是它具有流化床的特性，能处理含悬浮颗粒的液体，又具有固定床的优点，流动接近活塞流，返混程度低，分离效率高；还具有提高收率、降低投资费用、缩短操作时间等优点。扩张床的动力学原则基于介质和装置设计，从而找到目标产物在扩张床中的行为和方法论。

发明内容

本发明的目的在于提供扩张床吸附原位提取琥珀酸发酵分离的耦合装置。

本发明的再一目的是提供利用扩张床吸附原位提取琥珀酸发酵分离的耦合装置原位提取琥珀酸的工艺，以提高琥珀酸的发酵产率，选择性清除抑制发酵的非目标产物，解除反馈抑制，提高目标产物的生成量，以克服现有技术的诸多缺陷。

本发明的装置是将扩张床层析柱与琥珀酸生物反应器偶联，原位提取琥珀酸。利用扩张床层析柱允许带有固体物料的微生物发酵液直接进入扩张床层析柱这一特点，避免了以往采用固定床与生物反应器直接偶联导致固定床层析柱的堵塞问题，省略了生物反应器和扩张床层析柱之间额外的膜分离器，实现了扩张床层析柱与生物反应器的直接偶联，原位吸附目标物质而不造成扩张床层析柱的堵塞。建立一个扩张床吸附原位提取琥珀酸发酵分离的耦合系统，满足消毒灭菌和无污染运转。

本发明的扩张床吸附原位提取琥珀酸发酵分离的耦合装置，包括生物反应器，扩张床层析柱，电脑控制系统，传输泵，第一储液罐，第二储液罐，高位储液罐，阀门。如附图1所示。

两个或两个以上并联的扩张床层析柱(可根据需要并联多个)的底部均开有循环液进口，扩张床层析柱的顶部均开有循环液出口；

一构成循环液回路的循环液总管路，在该总管路上带有三通阀门、四通阀门；

所述的在扩张床层析柱上部处的循环液总管路上的四通阀门的四个端口，分别通过管路与所述扩张床层析柱顶部的循环液出口、与生物反应器连通的一总管路、及连通四通阀门之间的管路相连通，且第一个并联的扩张床层析柱的循环液出口处管路上的四通阀门的一端口，与连通三通阀门的一端口的管路相连通，该三通阀门的一端口通过管路与产物第一储液罐相连通；

所述的在扩张床层析柱底部处的循环液总管路上的四通阀门的四个端口，分别通过管路与所述扩张床层析柱底部的循环液进口、每个扩张床层析柱各自的传输泵的循环液出口、及连通四通阀门之间的管路相连通，且第一个并联的扩张床层析柱的循环液进口处管路上的四通阀门的一端口，与连通上述三通阀门的一端口的管路相连通；最后一个并联的扩张床层析柱的循环液进口处管路上的四通阀门的一端口，通过管路与连接该扩张床层析柱顶部循环液出口管路的循环液总管路上的四通阀门的一端口相连通；

所述的连接传输泵之间循环液进口的管路上有四通阀门，该阀门的另两个端口分别通过管路与连通生物反应器下部的一循环液总管路、产物第二储液罐的一总管路相连通。

所述的生物反应器带有搅拌装置、高位储液罐、pH电极，顶部分别开有发酵循环液的进口、进气口和出料口；下部的一循环液总管路与连接传输泵之间的管路相连通。

所述的电脑控制系统控制三通阀门、四通阀门和泵的开/关，以及控制循环液的流动。

所述的生物反应器可以并联有2个，甚至多个。

本发明的利用扩张床吸附原位提取琥珀酸发酵分离的耦合装置原位提取琥珀酸的工艺：

首先设定生物反应器中适宜琥珀酸发酵的温度，通过电脑控制系统调节循环液总管路及连接传输泵之间管路上的四通阀门，使得第一个扩张床层析柱顶部与生物反应器连通，底部与其相连接的传输泵连通，传输泵与生物反应器连通，通过该传输泵可以实现发酵液在生物反应器与第一扩张床层析柱之间循环；当第一个扩张床层析柱吸附琥珀酸达到饱和吸附量时，调节连接传输泵之间管路上的四通阀门，使得第二储液罐(储液罐中的储液分别为平衡液、淋洗液、洗脱液或再生液)与该传输泵连通，第二储液罐中的储液由该传输泵进入第一扩张床层析柱，再流入生物反应器中，或打开三通阀门，使储液进入第一扩张床层析柱后再进入第一储液罐中，通过淋洗、洗脱和吸附剂再生后，使第一扩张床层析柱进入待机状态；与此同时，调节循环液总管路及连接传输泵之间管路上的四通阀门，使得并联的第二个扩张床层析柱顶部与生物反应器连通，底部与其相连接的第二个传输泵连通，该传输泵与生物反应器连通；通过该传输泵可以实现发酵液在生物反应器与第二扩张床层析柱之间循环，实现琥珀酸原位吸附过程；当第二个扩张床层析柱吸附琥珀酸达到饱和吸附量后，进入待机状态的第一个扩张床层析柱进入循环耦合的工作状态，同时第二个扩张床层析柱通过淋洗、洗脱和吸附剂再生，使第二扩张床层析柱进入待机状态，反复循环。

当使用多个扩张床层析柱，操作方法以此类推；当需要更换第一个生物反应器中微生物细胞时，关闭第一个生物反应器与扩张床层析柱和传输泵之间的阀门，打开第二个生物反应器与扩张床层析柱和传输泵之间的阀门，实现又一批发酵过程。

所述的生物反应器中适宜琥珀酸发酵的温度是20～60℃。

所述的淋洗、洗脱和吸附剂再生的温度是10～100℃。

所述的洗脱液是无机酸(HCl，H₂SO₄，H₃PO₄)液、无机碱(NaOH，KOH)液或盐溶液(NaCl，MgCl₂)，它们的浓度范围分别是0.5wt％～90wt％。

所述的生物反应器中添加有发酵培养基，生物反应器中菌种能够在高糖浓度下发酵，糖浓度在20g/l～200g/l之间。调节pH值为6.4～7.4，115℃灭菌30分钟，于无菌操作条件下，在生物反应器中加入种子液，接种量为1％～10％，开启搅拌，通入发酵所需气体，在适宜温度下发酵；所述发酵和吸附温度是菌种适宜温度20～60℃。生物反应器中菌种能够在高糖浓度下发酵。发酵过程中可以补料、通气、搅拌。电脑控制系统自动控制琥珀酸发酵的适宜酸度范围在pH值5.0～7.9之间，并且控制琥珀酸发酵的适宜浓度以不抑制发酵过程为宜。扩张床层析柱的数量视发酵生产量以及发酵规模决定，整个工艺形成一个无菌、封闭式的pH平衡发酵分离系统。当琥珀酸累积到一定程度时，控制系统自动接通电源，传输泵工作，使得发酵液开始向扩张床层析柱转移，扩张床层析柱原位分离装置特异性很高的吸附琥珀酸，同时允许微生物细胞和发酵液通过。经扩张床层析柱除去发酵产生的琥珀酸，未被吸附的培养基成分连同菌体流经扩张床层析柱的床层返回到生物反应器中，同时pH值回升，控制系统切断电源，传输泵停止工作，发酵继续进行，从而消除产物的反馈抑制，实现原位分离发酵液生产琥珀酸。所述扩张床层析柱的淋洗、洗脱、吸附剂再生温度是扩张床层析柱介质适宜的温度10～100℃。所述的洗脱液可以是无机酸液、无机碱液或盐溶液，浓度范围可以是0.5wt％～90wt％。经过若干次循环，扩张床层析柱达到吸附饱和，淋洗床层，淋洗液合并到生物反应器中，然后使用解吸液在线洗脱，回收，再生液再生扩张床层析柱；与此同时，生物反应器通过阀门切换到另外一个扩张床层析柱，实现发酵、分离、解吸、再生循环同步进行。

发酵产生的琥珀酸经吸附剂吸附后，用pH计检测流穿液的pH值，当第一扩扩张床层析柱到饱和吸附，则将发酵液切换入第二扩张床层析柱吸附，第二扩张床层析柱达到饱和后切入第三扩张床层析柱，由此类推，扩张床层析柱的数量根据发酵生产量以及发酵规模来决定，将已经饱和的扩张床层析柱用洗脱装置中洗脱液洗脱出粗琥珀酸，粗琥珀酸再进入脱色装置、除杂装置和浓缩装置，经过脱色、除杂和浓缩精制后得到高纯度的琥珀酸，洗脱后的扩张床层析柱经过再生后重复使用，扩张床层析柱经过20次吸附-解吸-再生循环后，吸附解吸性下降不低于原来的90％。

用于本发明的扩张床层析柱填充介质有具体的限制，所述的吸附剂是具有符合扩张床层析柱流体力学性质的、具有一定粒径分布的大孔吸附树脂、弱碱性阴离子交换树脂、强碱性阴离子交换树脂。可以调整吸附剂中不同强、弱碱基数目，以及交联度。

本发明首次将扩张床层析柱吸附与发酵过程耦合使带有微生物的发酵液直接进入扩张床层析柱，避免以往采用固定床吸附与生物反应器直接偶联导致的堵塞问题，省略了生物反应器和扩张床层析柱之间额外的膜分离器，实现了扩张床层析柱与生物反应器的直接偶联，在线吸附抑制物质而不造成层析柱的堵塞。使得发酵与产物分离同时进行，解决了产物的反馈抑制，提高了基质的转化率和产率。由于允许未经预处理的发酵液连同微生物细胞通过扩张床层析柱，是一种能直接从发酵液或细胞匀浆中捕获目标产物，集固液分离、浓缩和初步纯化于一体的设备；减少了下游的纯化步骤。同时不影响发酵过程，提高了发酵的产量。

附图说明

图1.本发明的扩张床吸附原位提取琥珀酸发酵分离的耦合装置示意图。

附图说明

1.生物反应器 2.扩张床层析柱 3.控制系统 4.传输泵

5.第一储液罐 6.第二储液罐 7.高位储液罐 8.阀门

下面结合图1和实施例对本发明进一步说明。虽然下例实施例只列举了琥珀酸的原位分离发酵生产的工艺，但是因本发明可以广泛应用于发酵过程中因产物浓度增加而产生抑制作用的酸性初级代谢物和次级代谢物的生产，以及利用扩张床层析柱实现固液分离和原位提取的工艺，所以本发明的权利要求并不限于下例实施例。

下面的实施例中，使用杭州争光、南开化工厂、美国陶氏、美国罗门哈斯或美国伯乐公司的阴离子交换树脂吸附剂，以及大孔吸附树脂吸附剂或美国瑞利公司的聚乙烯吡啶树脂吸附剂，上述吸附剂均对采用本发明的原位分离琥珀酸有效。选择合适的树脂必须考虑这种型号的树脂能优先吸附琥珀酸，同时使大部分糖、氨基酸、多肽、蛋白、细胞和其它固形物通过。选择时考虑的树脂性能包括树脂对琥珀酸与其它杂质的相对亲和力，吸附性能、解吸性能和再生性能。

具体实施方式

实施例1.

请参见图1。扩张床吸附原位提取琥珀酸发酵分离的耦合装置，包括1个生物反应器1，两个并联的扩张床层析柱2，电脑控制系统3，两个传输泵4，2个并联的第一储液罐5，4个并联的第二储液罐6，两个并联的高位储液罐7，5个四通阀门8和1个三通阀门8。

两个并联的扩张床层析柱的底部均开有循环液进口，扩张床层析柱的顶部均开有循环液出口；

一构成循环液回路的循环液总管路，在该总管路上带有1个三通阀门、4个四通阀门；

所述的在扩张床层析柱上部处的循环液总管路上的两个四通阀门的四个端口，分别通过管路与所述扩张床层析柱顶部的循环液出口、与生物反应器连通的一总管路、及连通该两个四通阀门之间的管路相连通，且第一个并联的扩张床层析柱的循环液出口处管路上的四通阀门的一端口，与连通三通阀门的一端口的管路相连通，该三通阀门的一端口通过管路与产物第一储液罐相连通；

所述的在扩张床层析柱底部处的循环液总管路上的两个四通阀门的四个端口，分别通过管路与所述扩张床层析柱底部的循环液进口、每个扩张床层析柱各自的传输泵的循环液出口、及连通该两个四通阀门之间的管路相连通，且第一个并联的扩张床层析柱的循环液进口处管路上的四通阀门的一端口，与连通上述三通阀门的一端口的管路相连通；最后一个并联的扩张床层析柱的循环液进口处管路上的四通阀门的一端口，通过管路与连接该扩张床层析柱顶部循环液出口管路的循环液总管路上的四通阀门的一端口相连通；

所述的连接两个传输泵之间循环液进口的管路上有1个四通阀门，该阀门的另两个端口分别通过管路与连通生物反应器下部的一循环液总管路、产物第二储液罐的一总管路相连通。

利用扩张床吸附原位提取琥珀酸发酵分离的耦合装置原位提取琥珀酸的工艺如前所述。

发酵所选微生物是琥珀酸放线杆菌(Actinobacillus succinogenes)，又名130Z^T，保存于美国菌种保藏中心(ATCC)，编号ATCC55618。培养基的配制：保存培养基和活化培养基为营养丰富的TSB培养基；种子培养基配方(单位：g/L)葡萄糖10，yeast extract 6，NaCl 1，MgCl₂ 2，CaCl₂ 1.5，Na₂HPO₄ 2.9，NaH₂PO₄ 2.2；种子培养基配方(单位：g/L)葡萄糖30，yeast extract 15，尿素2，KCl 4，MgCl₂ 2，MnCl₂ 0.07，CaCl₂ 1.5，Na₂HPO₄ 4.4，NaH₂PO₄ 3.3。调节pH值为6.4～6.9，121℃灭菌30分钟。

无菌操作条件下，在发酵液中加入种子液，接种量的体积百分比为5～7％。此时琥珀酸量为0，开启搅拌，生物反应器搅拌桨的转速为125rpm～150rpm，通入过滤除菌的二氧化碳气体，气体流速≥0.25vvm。在37～39℃条件下发酵。

扩张床层析柱固液分离吸附琥珀酸，发酵过程中琥珀酸浓度逐渐累积，使得发酵液中酸度降低，当发酵液pH值降为5时，pH控制系统自动接通电源，开启传输泵，吸附琥珀酸，中和发酵液，输液泵停止工作。

发酵产生的琥珀酸经第一扩张床层析柱吸附剂吸附后，用pH计检测循环液的pH值，当第一扩张床层析柱吸附琥珀酸后的循环液的pH值持续下降时，则说明该层析柱吸附量达到饱和，然后第一扩张床层析柱在25～37℃条件下经过淋洗、洗脱、再生进入待机状态。同时将第一扩张床层析柱切换到第二扩张床层析柱进行琥珀酸吸附，将已经饱和的第二扩张床层析柱用第二储液罐中的0.5wt％～5wt％的NaOH洗脱出粗琥珀酸，粗琥珀酸可以进一步缩精制后得到纯度大于95％的琥珀酸，洗脱后的第二扩张床层析柱经过再生后重复使用。与此同时，用酶膜生物传感分析仪随时检测发酵液中的含糖量，多次循环完成后，当发酵液中糖浓度低于5g/L时，从可灭菌高位储液罐中补充浓糖液，直至发酵液中含糖浓度达到50g/L～160g/l为止。

考察发酵耦合扩张床层析柱吸附分离过程的琥珀酸产量、补料不耦合分离发酵一次的产琥珀酸量以及补料不耦合分离过程的发酵一次的产琥珀酸量对比实验如表1所示：从实验结果可以看出，未补料的单批间歇发酵产酸量只有20.3g/L，补料半连续的发酵过程增加了产酸量一倍以上，琥珀酸的累积，无论是以酸的形式累积还是以琥珀酸盐的形式累积都会对菌种发酵产生抑制作用。而补料耦合原位分离的连续式发酵过程由于成功解除了产物的反馈抑制，一次性琥珀酸产量可以达到143.9g/L。

表1

操作情况	补料、原位分离	补料、未原位分离	未补料、未原位分离
				产物浓度(g/L)	143.9	51.1	20.3

实施例2.

采用实施例1的系统。

同实施例1的发酵和分离条件，第一次补料(包括补充浓糖液、氮源和无机盐离子)前十次循环的发酵结果如表2所示。初始糖72小时内几乎被消耗殆尽，需要补充糖液。这里没有列出其它培养基营养物质的消耗，与生物反应器连通的高位储液罐中可以储存除浓糖液外的其它营养成分，作为补料内容。

表2未补料十次分离循环的发酵结果

时间(累积小时)

总糖(g/L)

产琥珀酸量(累积g/L)

061224303648546072

120.5108.597.577.658.342.132.426.117.25.5

06.521.235.753.267.875.682.9100.5123.8

实施例3.

采用实施例1的系统。

扩张床层析柱填充树脂选用的来源和类型如表3第一至三纵列所示，树脂先用去离子水浸泡24小时，然后依次经过4次“4wt％HCl、水、4wt％NaOH和水”预处理，树脂处理为-OH型，最后用无菌水冲洗床层，至流出液pH值为中性，即可准备进样发酵液；达到饱和吸附量后，选择1wt％～3wt％NaOH或40wt％～80wt％NaCl作为洗脱剂洗脱。大孔吸附树脂或聚乙烯基吡啶吸附树脂以90℃热水或乙醇作为解吸剂，此情况下发酵液pH由补加氨水或NaOH控制。所选树脂在扩张床内经过一次吸附、洗脱、再生循环发酵液后的效果和产酸量见表3。

表3

树脂名称	来源	扩张床介质骨架	吸附性能g/g干树脂	解吸率％
					ZGA454ZG-D301ZGA330ZG-312NK-D301NK-D380XUS40285XUS40091XFS-40422Reillex 425Reillex 402IRA-93IRA-35AG-3AG-1	杭州争光杭州争光杭州争光杭州争光南开化工厂南开化工厂陶氏陶氏陶氏瑞利瑞利罗门哈斯罗门哈斯伯乐伯乐	丙烯酸系环氧系苯乙烯-二乙烯苯系丙烯酸系聚苯乙烯聚苯乙烯弱碱性聚合物弱碱性聚合物聚合物聚乙烯吡啶聚乙烯吡啶大孔聚合物大孔聚合物聚苯乙烯四胺聚苯乙烯四胺	0.050.090.120.170.090.080.060.040.070.080.020.070.110.020.03	1007498616192978197667078908180

实施例4.

采用实施例1的系统。

同实施例1的发酵条件，从可灭菌高位储液罐重流加浓糖液，直至发酵液含糖量为50g/L～80g/l为止。不同扩张床层析柱吸附剂分离耦合发酵系统的补糖时间和补糖次数不同，在补料的同时，考察了15种树脂在耦合发酵过程中经历进样、淋洗、洗脱、再生十次循环。这十次循环产生的测试结果见表4。由表4结果可以看出，本发明连续分离工艺稳定。随着发酵时间持续，菌种发酵能力有所减弱，当菌株发酵能力即菌株产酸量低于初始产酸量的60％时，则发酵终止。本实施例共补糖20次，历时300小时，发酵产酸量可以达到150g/L。

表4

树脂名称	来源	类型	吸附性能g/g干树脂	解吸率％
					ZGA454ZG-D301ZGA330ZG-312NK-D301RNK-D301TXUS40285XUS40091XFS-40422Reillex425Reillex402IRA-93IRA-35AG-3AG-1	杭州争光杭州争光杭州争光杭州争光南开化工厂南开化工厂陶氏陶氏陶氏瑞利瑞利罗门哈斯罗门哈斯伯乐伯乐	丙烯酸系环氧系苯乙烯-二乙烯苯系丙烯酸系聚苯乙烯聚苯乙烯弱碱性聚合物弱碱性聚合物聚合物聚乙烯吡啶聚乙烯吡啶大孔聚合物大孔聚合物聚苯乙烯四胺聚苯乙烯四胺	0.0430.0690.0930.1370.0740.0630.0480.0320.0560.0640.0160.0560.0880.0160.024	805879505176736871495258726350

Claims

1.一种扩张床吸附原位提取琥珀酸发酵分离的耦合装置，包括生物反应器，扩张床层析柱，电脑控制系统，传输泵，储液罐，阀门；其特征是：

两个或两个以上并联的扩张床层析柱的底部均开有循环液进口，扩张床层析柱的顶部均开有循环液出口；

2.根据权利要求1所述的扩张床吸附原位提取琥珀酸发酵分离的耦合装置，其特征是：所述的生物反应器并联有2个。

3.根据权利要求1或2所述的扩张床吸附原位提取琥珀酸发酵分离的耦合装置，其特征是：所述的生物反应器带有搅拌装置、高位储液罐、pH电极，顶部分别开有发酵循环液的进口、进气口和出料口；下部的一循环液总管路与连接传输泵之间的管路相连通。

4.根据权利要求1所述的扩张床吸附原位提取琥珀酸发酵分离的耦合装置，其特征是：所述的电脑控制系统控制三通阀门、四通阀门和泵的开/关，以控制循环液的流动。

5.一种利用权利要求1～4任一项所述的扩张床吸附原位提取琥珀酸发酵分离的耦合装置进行原位提取琥珀酸的工艺，其特征是：

首先设定生物反应器中适宜琥珀酸发酵的温度，通过电脑控制系统调节循环液总管路及连接传输泵之间管路上的四通阀门，使得第一个扩张床层析柱顶部与生物反应器连通，底部与其相连接的传输泵连通，传输泵与生物反应器连通，通过该传输泵实现发酵液在生物反应器与第一扩张床层析柱之间循环；当第一个扩张床层析柱吸附琥珀酸达到饱和吸附量时，调节连接传输泵之间管路上的四通阀门，使得第二储液罐与该传输泵连通，第二储液罐中的储液由该传输泵进入第一扩张床层析柱，再流入生物反应器中，或打开三通阀门，使储液进入第一扩张床层析柱后再进入第一储液罐中，通过淋洗、洗脱和吸附剂再生后，使第一扩张床层析柱进入待机状态；与此同时，调节循环液总管路及连接传输泵之间管路上的四通阀门，使得并联的第二个扩张床层析柱顶部与生物反应器连通，底部与其相连接的第二个传输泵连通，该传输泵与生物反应器连通；通过该传输泵实现发酵液在生物反应器与第二扩张床层析柱之间循环，实现琥珀酸原位吸附过程；当第二个扩张床层析柱吸附琥珀酸达到饱和吸附量后，进入待机状态的第一个扩张床层析柱进入循环耦合的工作状态，同时第二个扩张床层析柱通过淋洗、洗脱和吸附剂再生，使第二扩张床层析柱进入待机状态，反复循环。

6.根据权利要求5所述的原位提取琥珀酸的工艺，其特征是：当使用多个扩张床层析柱时，按照权利要求5的操作方法进行操作。

7.根据权利要求5所述的原位提取琥珀酸的工艺，其特征是：当需要更换第一个生物反应器中微生物细胞时，关闭第一个生物反应器与扩张床层析柱和传输泵之间的阀门，打开第二个生物反应器与扩张床层析柱和传输泵之间的阀门。

8.根据权利要求5或7所述的原位提取琥珀酸的工艺，其特征是：所述的生物反应器中适宜琥珀酸发酵的温度是20～60℃。

9.根据权利要求5所述的原位提取琥珀酸的工艺，其特征是：所述的淋洗、洗脱和吸附剂再生的温度是10～100℃。

10.根据权利要求5或9所述的原位提取琥珀酸的工艺，其特征是：所述的洗脱液是无机酸液、无机碱液或盐溶液，它们的浓度范围分别是0.5wt％～90wt％。