CN103194374A - 一种发酵生产γ-聚谷氨酸的柱式固定化反应器及其工艺 - Google Patents
一种发酵生产γ-聚谷氨酸的柱式固定化反应器及其工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103194374A CN103194374A CN2013101114490A CN201310111449A CN103194374A CN 103194374 A CN103194374 A CN 103194374A CN 2013101114490 A CN2013101114490 A CN 2013101114490A CN 201310111449 A CN201310111449 A CN 201310111449A CN 103194374 A CN103194374 A CN 103194374A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- immobilization
- reactor
- polyglutamic acid
- stirring reactor
- gamma
- 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.)
- Granted
Links
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 title claims abstract description 69
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 title claims abstract description 69
- 229920002643 polyglutamic acid Polymers 0.000 title abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 87
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 44
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 23
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000006052 feed supplement Substances 0.000 claims description 26
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 23
- 238000012262 fermentative production Methods 0.000 claims description 22
- 235000014469 Bacillus subtilis Nutrition 0.000 claims description 20
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 13
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 claims description 13
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 claims description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 11
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 10
- 244000063299 Bacillus subtilis Species 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 claims description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 abstract 1
- 108700022290 poly(gamma-glutamic acid) Proteins 0.000 description 44
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 18
- 235000013379 molasses Nutrition 0.000 description 14
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 10
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 10
- 238000011218 seed culture Methods 0.000 description 10
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 8
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 210000001822 immobilized cell Anatomy 0.000 description 6
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- WHUUTDBJXJRKMK-VKHMYHEASA-N L-glutamic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(O)=O WHUUTDBJXJRKMK-VKHMYHEASA-N 0.000 description 4
- 239000001888 Peptone Substances 0.000 description 4
- 108010080698 Peptones Proteins 0.000 description 4
- 229960002989 glutamic acid Drugs 0.000 description 4
- 235000019319 peptone Nutrition 0.000 description 4
- 239000002054 inoculum Substances 0.000 description 3
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- FRXSZNDVFUDTIR-UHFFFAOYSA-N 6-methoxy-1,2,3,4-tetrahydroquinoline Chemical compound N1CCCC2=CC(OC)=CC=C21 FRXSZNDVFUDTIR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013475 authorization Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- PXEDJBXQKAGXNJ-QTNFYWBSSA-L disodium L-glutamate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C(=O)[C@@H](N)CCC([O-])=O PXEDJBXQKAGXNJ-QTNFYWBSSA-L 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 235000013923 monosodium glutamate Nutrition 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 229940073490 sodium glutamate Drugs 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000009418 renovation Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 239000003352 sequestering agent Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
本发明公开一种发酵生产γ-聚谷氨酸的柱式固定化反应器，该装置由搅拌式反应器部分和好氧固定化柱部分组成，两部分通过恒流泵相连接进行物料交换。搅拌式反应器部分，由搅拌式反应器、补料装置、第一通气装置及搅拌装置组成；好氧固定化柱部分，由固定化柱、恒温水浴及第二通气装置组成。本发明还公开了利用上述柱式固定化反应器发酵生产γ-聚谷氨酸的工艺。本发明工艺具有γ-聚谷氨酸生产强度高、时间短、产物浓度高等优点，有利于实现工业化，是一种有效的生产方法。
Description
技术领域
本发明属于发酵工程和过程工程技术领域，涉及一种发酵生产γ-聚谷氨酸的柱式固定化反应器及其工艺。
背景技术
γ-聚谷氨酸（γ-polyglutamic acid，简称γ-PGA）是由微生物产生的一种聚氨基酸型生物高分子，它由一分子谷氨酸的γ-羧基与另一分子谷氨酸的α-氨基缩合而成，分子量可达2000kDa以上，结构式如式（1）所示。γ-PGA具有极佳的生物可降解性、成膜性、成纤维性、可塑性、粘结性、保湿性等许多独特的理化和生物学特性，在注重环保、强调可持续发展的今天，γ-PGA及其衍生物有十分广阔的应用前景，可用于化妆品、肥料增效剂、食品、分散剂、螯合剂、建筑涂料、防尘等领域。
目前，国际上有关γ-PGA的研究比较热门，国内对γ-PGA发酵研究起步于2000年左右，但均为γ-PGA游离发酵研究，未见采用除游离细胞以外的生产方式生产γ-PGA的报道。
固定化细胞具有可重复利用、批次生产时间较短、产量稳定等优点，能够有效提高产物的生产效率。传统的固定化方法主要采用凝胶包埋法，但凝胶包埋法包埋的细胞难以维持氧传递与物质交换，并不适合活细胞发酵，难以实现γ-PGA高粘发酵。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种发酵生产γ-聚谷氨酸的柱式固定化反应器。
本发明还要解决的一个技术问题是提供利用上述装置单批次或多批次发酵生产γ-聚谷氨酸的工艺。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种发酵生产γ-聚谷氨酸的柱式固定化反应器，该装置由搅拌式反应器部分与好氧固定化柱部分组成，两部分通过恒流泵相连接进行物料交换；
搅拌式反应器部分，由搅拌式反应器、补料装置、第一通气装置及搅拌装置组成；搅拌装置位于搅拌式反应器内；补料装置位于搅拌式反应器外并通过恒流泵与其连接；第一通气装置向搅拌式反应器内通气；
好氧固定化柱部分，由固定化柱、恒温水浴及第二通气装置组成，固定化材料置于固定化柱中；恒温水浴与固定化柱的夹套连通以控制固定化柱内部温度；第二通气装置向固定化柱内通气。
其中，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，当需要进行补料操作时，补料瓶通过恒流泵将培养基补入搅拌式反应器中，空气过滤器置于补料瓶密封口处。
其中，所述的第一通气装置，由空气流量计、空气过滤器、通气进管及相互连接的管路所构成，通入进搅拌式反应器中的空气，经空气流量计调节流量，并经空气过滤器进行过滤后通过通气进管进入搅拌式反应器中。
其中，所述的固定化材料经支撑材料绕成桶状或螺旋状固定于固定化柱中而不影响通气与物质交换。所述的固定化材料为植物纤维、动物纤维或合成纤维；所述的支撑材料为耐高温塑料、不锈钢材料或铝制材料等而不影响通气管路将空气通入固定化柱中。
其中，所述的第二通气装置由空气流量计、空气过滤器及相互连接的管路所构成，通入固定化柱中的空气，经空气流量计调节流量，并经空气过滤器进行过滤后由固定化柱的底部带孔气体分布器均匀分布通入固定化柱中。
利用上述柱式固定化反应器发酵生产γ-聚谷氨酸的工艺，将γ-聚谷氨酸生产菌枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis NX-2接入装有灭菌发酵培养基的搅拌式反应器后，开启恒流泵实现搅拌式反应器和固定化柱中的物质交换，开启恒温水浴实现固定化柱中的物料温度恒定且与搅拌式反应器中的物料温度相同，培养24～100h，实现B.subtilis NX-2在固定化材料上的固定与γ-聚谷氨酸单批次固定化发酵。
其中，γ-聚谷氨酸单批次固定化发酵结束后，将搅拌式反应器及固定化柱中的γ-聚谷氨酸发酵液全部移出，仅保留固定于固定化材料中的枯草芽孢杆菌Bacillus subtilisNX-2，将新鲜灭菌后的发酵培养基补入搅拌式反应器中，通过恒流泵继续实现下一批次γ-聚谷氨酸的固定化发酵生产，如此循环操作，即可实现γ-聚谷氨酸的多批次固定化发酵生产。
其中，搅拌式反应器中发酵反应温度为28～37℃，初始pH为6.0～7.5，通气量为0.5～1.5vvm，搅拌转速为300～1000r/min；固定化柱中反应温度为28～37℃，初始pH为6.0～7.5，通气量为0.5～1.5vvm。
其中，所述的γ-PGA生产菌为枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis NX-2，目前该菌株保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心（简称CGMCC），保藏地址：北京市朝阳区大屯路中国科学院微生物研究所，邮编：100101。登记入册的编号是CGMCCNO：0833，保藏日期是：2002年11月18日。该菌株的特性已经在授权专利ZL02151746.0中公开，该株菌株所产生γ-PGA由D-谷氨酸和L-谷氨酸共同缩合而成。
有益效果：
与传统的游离细胞发酵生产γ-PGA的装置及工艺相比，本发明所述的固定化柱式反应器生产γ-PGA的装置及工艺具有如下优点：
1、生产效率高：固定化柱式反应器应用于γ-PGA生产，γ-PGA产量可达62.5g/L，远高于游离细胞发酵γ-PGA的35.3g/L，且生产时间大幅缩短，这对于γ-PGA发酵生产是非常有利的。
2、传质效率高：传统的凝胶包埋固定化难以实现γ-PGA生产菌株的氧传递与物质传递，不适用于γ-PGA发酵。通过好氧式固定化柱式反应器的开发，将氧气鼓入经支撑材料固定的固定化纤维材料固定化柱中，由于氧气与物料的强制交换，使固定化柱式反应器中氧传递效率和物质传递效率高于搅拌式反应器中，实现了γ-PGA的高效发酵。
3、细胞的高效吸附与不断更新：纤维床反应器中的纤维材料利用自身的网状结构，能够保证一定数量菌体的高效吸附。同时，与以前的固定化方法不同，只有具有高效活性的细胞才能结合于纤维床上，处于衰退期或菌体活力较差时细胞会自动脱落，保证了纤维床上细胞的活力，可实现连续多批次固定化发酵生产。
附图说明
图1是发酵生产γ-PGA的固定化反应器装置结构示意图。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
由图1所示，本发明的发酵生产γ-PGA的柱式固定化反应器，该装置由搅拌式反应器部分与好氧固定化柱部分组成，两部分通过恒流泵3-2相连接进行物料交换。
搅拌式反应器部分，由搅拌式反应器9、补料装置、第一通气装置及搅拌装置7组成；搅拌装置7置于搅拌式反应器9内由电机5驱动；补料装置位于搅拌式反应器9外并分别通过恒流泵3-1与其连接；第一通气装置向搅拌式反应器9内通气。所述的补料装置，由恒流泵3-1、补料瓶1、空气过滤器2-1及相互连接的管路所构成，当需要进行补料操作时，补料瓶1通过恒流泵3-1将培养基补入搅拌式反应器9中，空气过滤器2-1置于补料瓶1密封口处。所述的第一通气装置，由空气流量计4-1、空气过滤器2-2、通气进管8及相互连接的管路所构成，通入进搅拌式反应器9中的空气，经空气流量计4-1调节流量，并经空气过滤器2-2进行过滤后通过通气进管8进入搅拌式反应器9底部。温度探头6接于搅拌式反应器9上与反应器中的发酵液相接触。
好氧固定化柱部分，由固定化柱10、恒温水浴13及第二通气装置组成，固定化材料11置于固定化柱10中；恒温水浴13与固定化柱10的夹套连通以控制固定化柱10内部温度并保持与搅拌式反应器9内温度一致；第二通气装置向固定化柱10内通气。所述的固定化材料11经支撑材料支撑绕成桶状或螺旋状固定于固定化柱10中而不影响通气与物质交换。所述的固定化材料11为植物纤维、动物纤维或合成纤维；所述的支撑材料为耐高温塑料、不锈钢材料或铝制材料。所述的第二通气装置由空气流量计4-2、空气过滤器2-3及相互连接的管路所构成，通入固定化柱10中的空气，经空气流量计3-2调节流量，并经空气过滤器2-3进行过滤后由固定化柱10的底部带孔气体分布器12均匀分布通入固定化柱10中。
具体生产工艺为：将枯草芽孢杆菌B.subtilis NX-2(CGMCC NO.0833)以1～8%（v/v）的接种量接种于预装有发酵培养基的搅拌式反应器9中，开启恒流泵3-2实现搅拌式反应器9和固定化柱10中的物质交换（发酵液从搅拌式反应器底部抽出进入固定化柱10底部，再从固定化柱10顶部抽出返回搅拌式反应器顶部，完成物质交换和循环），开启恒温水浴13实现固定化柱10中的物料温度恒定，搅拌式反应器中发酵温度为28～37℃，初始pH为6.0～7.5，通气量为0.5～1.5vvm，搅拌转速为300～1000r/min；固定化柱10中的反应温度为28～37℃，初始pH为6.0～7.5，通气量为0.5～1.5vvm。培养24～100h，实现B.subtilis NX-2在固定化材料上的固定与γ-PGA单批次固定化发酵。在γ-PGA单批次固定化发酵结束后，将搅拌式反应器9及固定化柱10中的γ-PGA发酵液全部移除，仅保留固定于固定化材料11中的B.subtilis NX-2，将新鲜灭菌后的发酵培养基补入搅拌式反应器9中，通过恒流泵3-2继续实现下一批次的γ-PGA的固定化发酵生产，如此循环操作，即可实现γ-PGA的多批次固定化发酵生产。
实施例1：7.5L搅拌式反应器以葡萄糖为碳源单批次游离细胞发酵生产γ-PGA（不外接固定化柱）。
以葡萄糖为碳源，利用本实验室已获得授权的枯草芽孢杆菌B.subtilis NX-2（菌种保藏号：CGMCC NO.0833）游离细胞单批次发酵生产γ-PGA。
种子培养基：葡萄糖5g/L，牛肉膏5g/L，蛋白胨5g/L，MgSO4·7H2O0.5g/L，利用NaOH溶液调pH6.8。
发酵培养基：葡萄糖总浓度80g/L（其中初始葡萄糖40g/L，剩余40g/L葡萄糖配成补料发酵培养基补入发酵液），谷氨酸钠40g/L，蛋白胨3g/L，(NH4)2SO45g/L，K2HPO4·3H2O10g/L，KH2PO40.5g/L，MgSO4·7H2O0.25g/L，pH7.0。
补料发酵培养基：500g/L葡萄糖。
刮取新鲜的B.subtilis NX-2于预装有100mL种子培养基的500mL三角瓶中，32℃，200r/min的摇床条件下培养16h，将种子液按3%（v/v）的种子量接种于预装有4.5L灭菌后的发酵培养基的7.5L发酵罐中进行培养，培养条件：32℃，600r/min，通气量4.5L/min。当发酵液中残留总糖在10g/L时，打开补料装置，补料发酵培养基补入发酵液中，控制发酵液中糖浓度保持在10～15g/L左右，进行补料发酵。发酵72h，γ-PGA浓度达到35.3g/L（分子量范围为2000-2500kDa）。
实施例2：7.5L搅拌式反应器以葡萄糖为碳源单批次固定化细胞发酵生产γ-PGA。
菌株、种子培养基、发酵培养基、补料发酵培养基同实施例1。
刮取新鲜的B.subtilis NX-2于预装有100mL种子培养基的500mL三角瓶中，32℃，200r/min的摇床条件下培养16h，将种子液按3%（v/v）的种子量接种于预装有5.5L灭菌后的发酵培养基的7.5L搅拌式反应器9进行培养，开启恒流泵3-2，实现搅拌式反应器9与固定化柱10中的物质交换，开启恒温水浴13实现固定化柱10中的物料32℃恒定，搅拌式反应器反应条件：32℃，600r/min，通气量4.5L/min。固定化柱中1.0L体积，反应温度32℃，通气量1.0L/min。控制搅拌式反应器9发酵液中残留总糖在10g/L，当低于该浓度时，打开补料装置，将补料发酵培养基补入搅拌式反应器9中，控制搅拌式反应器9中发酵液中糖浓度保持在10～15g/L左右，进行补料发酵，发酵48h，γ-PGA浓度达到47.6g/L（分子量范围为2000-2500kDa）。
实施例3：7.5L搅拌式反应器以葡萄糖为碳源多批次固定化细胞发酵生产γ-PGA。
菌株、种子培养基、发酵培养基、补料发酵培养基同实施例1。
刮取新鲜的B.subtilis NX-2于预装有100mL种子培养基的500mL三角瓶中，33℃，220r/min的摇床条件下培养16h，将种子液按5%（v/v）的种子量接种于预装有5.5L灭菌后的发酵培养基的7.5L搅拌式反应器9进行培养，开启恒流泵3-2，实现搅拌式反应器9与固定化柱10中的物质交换，开启恒温水浴13实现固定化柱10中的物料33℃恒定，搅拌式反应器反应条件：33℃，800r/min，通气量5.4L/min。固定化柱中1.0L体积，反应温度33℃，通气量1.2L/min。控制搅拌式反应器9发酵液中残留总糖在10g/L，当低于该浓度时，打开补料装置，将补料发酵培养基补入搅拌式反应器9中，控制搅拌式反应器9中发酵液中糖浓度保持在10～15g/L左右，进行补料发酵，发酵48h，γ-PGA浓度达到50.3g/L。
移除7.5L搅拌式反应器9和1.0L固定化柱10中的所有发酵液，仅保留固定于固定化材料11中的B.subtilis NX-2，将新鲜灭菌后的发酵培养基补入搅拌式反应器9中，通过恒流泵3-2继续实现下一批次的γ-PGA的固定化发酵生产，如此循环操作，即可实现γ-PGA的多批次固定化发酵生产，连续发酵6批次，从第2批次开始，发酵条件与第1批次一致，发酵时间缩短至42h，γ-PGA7批次平均产量达49.8g/L（分子量范围为2000-2500kDa）。
实施例4：7.5L搅拌式反应器以糖蜜为碳源单批次固定化细胞发酵生产γ-PGA。
以糖蜜为发酵培养基碳源，利用本实验室已获得授权的枯草芽孢杆菌B.subtilisNX-2（菌种保藏号：CGMCC NO.0833）游离细胞单批次发酵生产γ-PGA。
种子培养基：葡萄糖5g/L，牛肉膏5g/L，蛋白胨5g/L，MgSO4·7H2O0.5g/L，利用NaOH溶液调pH6.8。
发酵培养基：糖蜜总糖浓度80g/L（其中初始总糖浓度40g/L，剩余40g/L糖蜜配成补料发酵培养基补入发酵液），谷氨酸钠40g/L，蛋白胨3g/L，(NH4)2SO45g/L，K2HPO4·3H2O10g/L，KH2PO40.5g/L，MgSO4·7H2O0.25g/L，pH7.0。
补料发酵培养基：350g/L糖蜜。
培养条件与发酵条件同实施例2，补料发酵48h，γ-PGA浓度达到55.7g/L（分子量范围为2000-2500kDa）。
实施例5：7.5L搅拌式反应器以糖蜜为碳源多批次固定化细胞发酵生产γ-PGA。
菌株、种子培养基、发酵培养基、补料发酵培养基同实施例4。
刮取新鲜的B.subtilis NX-2于预装有100mL种子培养基的500mL三角瓶中，33℃，220r/min的摇床条件下培养16h，将种子液按5%（v/v）的种子量接种于预装有5.5L灭菌后的发酵培养基的发酵罐中进行培养，开启恒流泵3-2，实现搅拌式反应器9与固定化柱10中的物质交换，开启恒温水浴13实现固定化柱10中的物料33℃恒定，搅拌式反应器反应条件：33℃，800r/min，通气量5.4L/min。固定化柱中1.0L体积，反应温度33℃，通气量1.2L/min。控制搅拌式反应器9发酵液中残留糖蜜总糖在10g/L，当低于该浓度时，打开补料装置，将补料发酵培养基补入搅拌式反应器9中，控制搅拌式反应器9中发酵液中糖蜜总糖浓度保持在10～15g/L左右，进行补料发酵，发酵48h，γ-PGA浓度达到57.2g/L。
移除7.5L搅拌式反应器9和1.0L固定化柱10中的所有发酵液，仅保留固定于固定化材料11中的B.subtilis NX-2，将新鲜灭菌后的发酵培养基补入搅拌式反应器9中，通过恒流泵3-2继续实现下一批次的γ-PGA的固定化发酵生产，如此循环操作，即可实现以糖蜜为碳源γ-PGA的多批次固定化发酵生产，连续发酵6批次，从第2批次开始，发酵条件与第1批次一致，发酵时间缩短至42h，γ-PGA7批次平均产量达56.8g/L（分子量范围为2000-2500kDa）。
实施例6：1000L搅拌式反应器以糖蜜为碳源多批次固定化细胞发酵生产γ-PGA。
菌株、种子培养基、发酵培养基、补料发酵培养基同实施例4，糖蜜总浓度为100g/L。
一级种子制备：刮取新鲜的B.subtilis NX-2(CGMCC NO:0833)接种于若干1000mL三角瓶液体培养基中，三角瓶装液量200mL，32℃，220r/min培养16h。
二级种子制备：按3%（v/v）接种量将一级种子接种在50L发酵罐中进行扩大培养。通风量为1.8m3/h，搅拌转速为250r/min，32℃下培养8h。
1000L搅拌式反应器：将二级种子液以3%（v/v）接种量接种于预装有670L灭菌后的发酵培养基的发酵罐中进行培养，开启恒流泵3-2，实现搅拌式反应器9与固定化柱10中的物质交换，开启恒温水浴13实现固定化柱10中的物料33℃恒定，搅拌式反应器反应条件：32℃，200r/min，通气量45m3/h。固定化柱中180L体积，反应温度32℃，通气量12m3/h。控制搅拌式反应器9发酵液中残留糖蜜总糖在10g/L，当低于该浓度时，打开补料装置，将补料发酵培养基补入搅拌式反应器9中，控制搅拌式反应器9中发酵液中糖蜜总糖浓度保持在10～15g/L左右，进行补料发酵，发酵48h，γ-PGA浓度达到62.5g/L。
移除1000L搅拌式反应器9和25L固定化柱10中的所有发酵液，仅保留固定于固定化材料11中的B.subtilis NX-2，将新鲜灭菌后的发酵培养基补入搅拌式反应器9中，通过恒流泵3-2继续实现下一批次的γ-PGA的固定化发酵生产，如此循环操作，即可实现以糖蜜为碳源γ-PGA的多批次固定化发酵生产，连续发酵6批次，从第2批次开始，发酵条件与第1批次一致，发酵时间缩短至42h，γ-PGA7批次平均产量达61.8g/L（分子量范围为2000-2500kDa）。
Claims (9)
1.一种发酵生产γ-聚谷氨酸的柱式固定化反应器，其特征在于，该装置由搅拌式反应器部分与好氧固定化柱部分组成，两部分通过恒流泵（3-2）相连接进行物料交换；
搅拌式反应器部分，由搅拌式反应器（9）、补料装置、第一通气装置及搅拌装置（7）组成；搅拌装置（7）位于搅拌式反应器（9）内；补料装置位于搅拌式反应器（9）外并通过恒流泵（3-1）与其连接；第一通气装置向搅拌式反应器（9）内通气；
好氧固定化柱部分，由固定化柱（10）、恒温水浴（13）及第二通气装置组成；固定化材料（11）置于固定化柱（10）中；恒温水浴（13）与固定化柱（10）的夹套连通以控制固定化柱（10）内部温度；第二通气装置向固定化柱（10）内通气。
2.根据权利要求1所述的发酵生产γ-聚谷氨酸的柱式固定化反应器，其特征在于，所述的补料装置，由恒流泵（3-1）、补料瓶（1）、空气过滤器（2-1）及相互连接的管路所构成，当需要进行补料操作时，补料瓶（1）通过恒流泵（3-1）将培养基补入搅拌式反应器（9）中，空气过滤器（2-1）置于补料瓶（1）密封口处。
3.根据权利要求1所述的发酵生产γ-聚谷氨酸的柱式固定化反应器，其特征在于，所述的第一通气装置，由空气流量计（4-1）、空气过滤器（2-2）、通气进管（8）及相互连接的管路所构成，通入进搅拌式反应器（9）中的空气，经空气流量计（4-1）调节流量，并经空气过滤器（2-2）进行过滤后通过通气进管（8）进入搅拌式反应器（9）中。
4.根据权利要求1所述的发酵生产γ-聚谷氨酸的柱式固定化反应器，其特征在于，所述的固定化材料（11）经支撑材料绕成桶状或螺旋状固定于固定化柱（10）中而不影响通气与物质交换。
5.根据权利要求4所述的发酵生产γ-聚谷氨酸的柱式固定化反应器，其特征在于，所述的固定化材料（11）为植物纤维、动物纤维或合成纤维；所述的支撑材料为耐高温塑料、不锈钢材料或铝制材料。
6.根据权利要求1所述的发酵生产γ-聚谷氨酸的柱式固定化反应器，其特征在于，所述的第二通气装置由空气流量计（4-2）、空气过滤器（2-3）及相互连接的管路所构成，通入固定化柱（10）中的空气，经空气流量计（4-2）调节流量，并经空气过滤器（2-3）进行过滤后由固定化柱（10）的底部带孔气体分布器（12）均匀分布通入固定化柱（10）中。
7.利用权利要求1所述的柱式固定化反应器发酵生产γ-聚谷氨酸的工艺，其特征在于，将γ-聚谷氨酸生产菌枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis NX-2接入装有灭菌发酵培养基的搅拌式反应器（9）后，开启恒流泵（3-2）实现搅拌式反应器（9）和固定化柱（10）中的物质交换，开启恒温水浴实现固定化柱（10）中的物料温度恒定且与搅拌式反应器（9）中的物料温度相同，培养24～100h，实现B.subtilis NX-2在固定化材料（11）上的固定与γ-聚谷氨酸单批次固定化发酵。
8.根据权利要求7所述的利用固定化反应器发酵生产γ-聚谷氨酸的工艺，其特征在于，γ-聚谷氨酸单批次固定化发酵结束后，将搅拌式反应器（9）及固定化柱（10）中的γ-聚谷氨酸发酵液全部移出，仅保留固定于固定化材料（11）中的枯草芽孢杆菌Bacillussubtilis NX-2，将新鲜灭菌后的发酵培养基补入搅拌式反应器（9）中，通过恒流泵（3-2）继续实现下一批次γ-聚谷氨酸的固定化发酵生产，如此循环操作，即可实现γ-聚谷氨酸的多批次固定化发酵生产。
9.根据权利要求7所述的利用固定化反应器发酵生产γ-聚谷氨酸的工艺，其特征在于，搅拌式反应器（9）中发酵反应温度为28～37℃，初始pH为6.0～7.5，通气量为0.5～1.5vvm，搅拌转速为300～1000r/min；固定化柱（10）中反应温度为28～37℃，初始pH为6.0～7.5，通气量为0.5～1.5vvm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310111449.0A CN103194374B (zh) | 2013-04-01 | 2013-04-01 | 一种发酵生产γ-聚谷氨酸的柱式固定化反应器及其工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310111449.0A CN103194374B (zh) | 2013-04-01 | 2013-04-01 | 一种发酵生产γ-聚谷氨酸的柱式固定化反应器及其工艺 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103194374A true CN103194374A (zh) | 2013-07-10 |
| CN103194374B CN103194374B (zh) | 2014-12-31 |
Family
ID=48717193
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310111449.0A Active CN103194374B (zh) | 2013-04-01 | 2013-04-01 | 一种发酵生产γ-聚谷氨酸的柱式固定化反应器及其工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103194374B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104531506A (zh) * | 2015-01-16 | 2015-04-22 | 南京工业大学 | 适用于需氧发酵的纤维床反应器及其生产l-鸟氨酸方法 |
| CN110042046A (zh) * | 2019-05-07 | 2019-07-23 | 南京工业大学 | 连续固定化的内置搅拌微膜曝气内循环气升式生物反应器 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101182456A (zh) * | 2007-11-29 | 2008-05-21 | 南京工业大学 | 一种发酵生产丙酸、丁酸、琥珀酸的固定化纤维床反应器 |
| CN101402914A (zh) * | 2008-11-20 | 2009-04-08 | 南京工业大学 | 甘蔗渣在发酵生产有机酸的固定化纤维床反应器中作为固定化材料的应用 |
| CN101402913A (zh) * | 2008-11-20 | 2009-04-08 | 南京工业大学 | 一种批式发酵法生产丙酸联产维生素b12的装置及工艺 |
| CN101509021A (zh) * | 2009-03-19 | 2009-08-19 | 南京工业大学 | 一种吸附固定化发酵生产ε-聚赖氨酸的工艺 |
| CN102965311A (zh) * | 2012-11-16 | 2013-03-13 | 南京轩凯生物科技有限公司 | 一种枯草芽孢杆菌及其在制备γ-D-聚谷氨酸中的应用 |
-
2013
- 2013-04-01 CN CN201310111449.0A patent/CN103194374B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101182456A (zh) * | 2007-11-29 | 2008-05-21 | 南京工业大学 | 一种发酵生产丙酸、丁酸、琥珀酸的固定化纤维床反应器 |
| CN101402914A (zh) * | 2008-11-20 | 2009-04-08 | 南京工业大学 | 甘蔗渣在发酵生产有机酸的固定化纤维床反应器中作为固定化材料的应用 |
| CN101402913A (zh) * | 2008-11-20 | 2009-04-08 | 南京工业大学 | 一种批式发酵法生产丙酸联产维生素b12的装置及工艺 |
| CN101509021A (zh) * | 2009-03-19 | 2009-08-19 | 南京工业大学 | 一种吸附固定化发酵生产ε-聚赖氨酸的工艺 |
| CN102965311A (zh) * | 2012-11-16 | 2013-03-13 | 南京轩凯生物科技有限公司 | 一种枯草芽孢杆菌及其在制备γ-D-聚谷氨酸中的应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 陈飞 等: "一种外置式植物纤维床反应器与膜分离联用的丙酸发酵装置", 《高校化学工程学报》, vol. 24, no. 6, 31 December 2010 (2010-12-31), pages 1000 - 1004 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104531506A (zh) * | 2015-01-16 | 2015-04-22 | 南京工业大学 | 适用于需氧发酵的纤维床反应器及其生产l-鸟氨酸方法 |
| CN110042046A (zh) * | 2019-05-07 | 2019-07-23 | 南京工业大学 | 连续固定化的内置搅拌微膜曝气内循环气升式生物反应器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103194374B (zh) | 2014-12-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103834696B (zh) | 一种发酵与膜分离耦合实现连续批次发酵木质纤维素水解液生产乳酸的方法 | |
| CN107118990B (zh) | 高产γ-PGA菌株及应用其生产γ-PGA的方法 | |
| CN101402913B (zh) | 一种批式发酵法生产丙酸联产维生素b12的装置及工艺 | |
| CN105543314A (zh) | 一种应用发酵与泡沫分离耦合生产多粘菌素e的方法 | |
| CN101130791B (zh) | 一种利用甜高粱秸秆固态发酵制备酒精的设备和方法 | |
| CN103555560A (zh) | 一种丙酮丁醇发酵偶联分离纯化制备丁醇的装置和方法 | |
| CN104745656A (zh) | 一种利用热凝胶发酵液直接生产β-1,3-葡寡糖的方法 | |
| CN101705260A (zh) | 惰性载体固态发酵法生产γ-聚谷氨酸的方法 | |
| CN113584097B (zh) | 一种回流式固体发酵生产γ-聚谷氨酸的发酵方法及装置 | |
| CN102911854B (zh) | 一种分离纯化丁醇和丙酮的装置及方法 | |
| CN103194374B (zh) | 一种发酵生产γ-聚谷氨酸的柱式固定化反应器及其工艺 | |
| CN102093990B (zh) | 微生物发酵生产低温淀粉酶的方法 | |
| CN103952447B (zh) | 一种利用厌氧条件下发酵生产丁二酸的方法 | |
| CN103146571B (zh) | 一种发酵生产鼠李糖胶的柱式固定化反应器及其工艺 | |
| CN102352383B (zh) | 利用蔗渣发酵制备丁二酸的方法 | |
| CN104830915A (zh) | 利用秸秆糖蜜混合物制备酒精及用酒糟改良盐碱地的方法 | |
| CN102617283A (zh) | 对含乙醇的液体进行真空气提的系统及方法 | |
| CN102783557A (zh) | 一种白酒酒糟生产菌体饲料的方法 | |
| CN102030417A (zh) | 一种水解处理生物燃料乙醇生产中废液的方法 | |
| CN105052700A (zh) | 一种利用破旧羽毛球制作无土栽培基质的方法 | |
| CN101659970B (zh) | 阿维菌素发酵废水和侧耳素发酵废水循环处理方法 | |
| CN109628534B (zh) | 一种菌酶联合处理降解角蛋白类废弃资源的方法 | |
| CN102766656A (zh) | 一种利用甘蔗渣廉价制备微生物絮凝剂的方法 | |
| CN101580858A (zh) | 一种dl-丙氨酸的酶法生产工艺 | |
| CN106086088B (zh) | 一种利用多粘芽孢杆菌固态发酵生产2,3-丁二醇的方法 |
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 | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200728 Address after: 210000 Building 10, Building A, Phase I, Zhongdan Life Science Industrial Park, 3-1 Xinjinhu Road, Jiangbei New District, Nanjing City, Jiangsu Province Patentee after: NANJING SHINEKING BIOTECH Co.,Ltd. Address before: 210009 Nanjing City, Jiangsu Province, the new model road No. 5 Co-patentee before: NANJING SHINEKING BIOTECH Co.,Ltd. Patentee before: NANJING TECH University |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 210000 Building 10, Building A, Phase I, Zhongdan Life Science Industrial Park, 3-1 Xinjinhu Road, Jiangbei New District, Nanjing City, Jiangsu Province Patentee after: Nanjing xuankai Biotechnology Co.,Ltd. Address before: 210000 Building 10, Building A, Phase I, Zhongdan Life Science Industrial Park, 3-1 Xinjinhu Road, Jiangbei New District, Nanjing City, Jiangsu Province Patentee before: NANJING SHINEKING BIOTECH Co.,Ltd. |