CN107614673A - 用于向发酵液提供大量气体的装置 - Google Patents

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Abstract

根据各个方面和实施方案，提供了用于糖水溶液的需氧发酵的系统和方法。所述系统包括容器、与所述容器的内部流体连通的至少一个空气扩散器，以及被配置来将空气输送到所述至少一个空气扩散器的至少一个鼓风机。

Description

用于向发酵液提供大量气体的装置
背景
技术领域
技术领域一般涉及用于由纤维素或木质纤维素生物质生产发酵产品的方法和系统。
背景论述
木质纤维素生物质，诸如农业残余物、木质生物质、城市废物、油籽/饼和海藻用作可用于制造生物产品(诸如生物燃料和生物化学品)的可再生原料。这些生物质材料中的许多是有吸引力的，因为它们是丰富的、可再生的、国内生产的，并且可能不与食品工业用途竞争。当前，这些材料中的许多用作动物饲料、生物堆肥材料，在热电联产设施中烧毁或填埋。木质纤维素生物质由于植物细胞壁具有坚硬并且紧凑的结构而难以降解。来自可再生生物质源的糖可以通过代替、补充或取代石油和其他化石原料而成为化学和燃料工业的基础。
可发酵糖溶液可由原料的多糖组分(诸如纤维素和半纤维素)产生。为了由木质纤维素原料生产糖，首先需要将它们分解成其复合糖分子。这可通过物理和/或化学预处理来实现。化学预处理的实例是酸预处理(参见，美国专利号4,461,648)或碱预处理，诸如氨纤维爆破(AFEX)预处理。酸预处理水解大部分半纤维素，但是纤维素极少转化为葡萄糖。另一方面，碱预处理方法可能或可能不水解半纤维素，尽管在任一种情况下，碱与存在于半纤维素上的酸性基团反应以打开底物的表面。用酸或碱预处理后，纤维素然后可由纤维素酶或由进一步化学处理水解为葡萄糖。葡萄糖然后可发酵为燃料，包括但不限于乙醇、丁醇或其他化学品，所述其他化学品的实例包括糖醇和有机酸。
概述
方面和实施方案涉及用于发酵以及将气体(诸如空气)输送至发酵液的系统和方法。例如，描述了提供可用于需氧发酵的大量气体(诸如空气)的系统和方法。气体(诸如空气)可以高压压缩气体(诸如常规用于各种发酵的那些气体)成本的一小部分来提供。例如，可提供相对低压的空气(例如，小于25psig)以用于生产蛋白质，诸如酶，例如纤维素酶。除了以高压气体系统成本的一小部分提供气体(诸如空气)之外，与典型的高压系统相比，本文所述的系统和方法还具有较低的资本成本和较低的维护。
根据一个或多个实施方案，提供用于将气体输送到含水液体的系统，诸如用于含水液体的需氧发酵的系统。所述系统可包括：容器、与容器的内部流体连通的至少一个喷射管，以及被配置来将气体输送到至少一个喷射管的至少一个鼓风机。
根据一些实施方案，至少一个喷射管由多孔金属构成。根据至少一个实施方案，至少一个喷射管位于容器的下部。
根据某些实施方案，容器的纵横比为2:1。
根据另一个实施方案，系统还包括至少一个过滤器，所述过滤器被配置来将从至少一个鼓风机输送的空气过滤到至少一个喷射管。根据另一个实施方案，系统还包括热交换器，所述热交换器具有与鼓风机的出口流体连通的入口和与至少一个过滤器流体连通的出口。根据又一个实施方案，系统还包括柔性导管材料，所述柔性导管材料偶联到至少一个过滤器和热交换器。根据另一个实施方案，系统包括多个过滤器，所述多个过滤器位于容器的周边周围的等距位置处。
根据至少一个实施方案，系统还包括至少一个冷凝器，所述冷凝器与容器的内部连通并且被配置来冷凝喷射气泡。
根据另一个实施方案，系统还包括位于容器的内部的混合系统。
根据某些实施方案，至少一个鼓风机被配置来以20psi的压力输送空气。
根据一个或多个实施方案，提供用于向发酵工艺提供气体的系统。系统包括：发酵液和至少一个与发酵液体流体连通的气体鼓风机。
根据另一实施方案，至少一个气体鼓风机包括：被配置来产生气体的气体产生部分，和被配置来向发酵液提供气体的气体输送部分。
以下详细讨论另一些方面、实施方案以及这些示例性方面和实施方案的优点。此外，应该理解，上述信息和以下详述都仅是各个方面和实施方案的说明性实例，并且旨在提供对于理解被要求权利的方面和实施方案的性质和特征的概述或框架。本文公开的实施方案可与其他实施方案组合，并且对“实施方案”、“实例”、“一些实施方案”、“一些实例”、“替代性实施方案”、“各个实施方案”、“一个实施方案”、“至少一个实施方案“，“本实施方案和其他实施方案”、”某些实施方案“等的提及不一定是相互排斥的，并且旨在指示可在至少一个实施方案中可包括所述的特定特征、结构或特性。本文的此类术语的出现不一定都是指相同的实施方案。
附图简述
至少一个实施方案的各个方面在下面参考附图进行讨论，所述附图不旨在按比例绘制。附图被包括以便提供对各个方面和实施方案的说明和进一步理解，并且并入和构成本说明书的一部分，但不旨在作为任何特定实施方案的限制的定义。附图与说明书的其余部分一起用来解释所描述和要求权利的方面和实施方案的原理和操作。在附图中，各图中示出的各相同或接近相同的部件由类似数字表示。出于清楚的目的，并不是每个部件均可在每个图中加以标记。在图中：
图1是说明根据本公开的一个或多个方面将生物质原料转化为一种或多种产物的工艺流程图；
图2是根据本公开的一个或多个方面将糖转化成二氧化碳气体和糖醇的示意图表示；
图3是根据本公开的一个或多个方面的发酵系统的透视图；
图4是根据本公开的一个或多个方面的鼓风机滑动件的透视图；
图5是图4所示的鼓风机滑动件的侧视图；
图6是图4所示的鼓风机滑动件的顶视图；
图7是图3所述的发酵系统的示意图；
图8是根据本公开的一个或多个方面的入口过滤装置的透视图；
图9是图8所示的入口过滤装置的另一个透视图；
图10A是根据本公开的一个或多个方面的冷凝器的透视图；
图10B是图10A所示的冷凝器的侧视图；
图11是根据本公开的一个或多个方面的出口过滤组件的透视图；
图12是图11所示的出口过滤组件的顶视图；
图13A是根据本公开的一个或多个方面的混合系统的侧视图；
图13B-1是图13A所示的混合系统的第一叶轮的顶视图；
图13B-2是第一叶轮的侧视图；
图13C-1是图13A所示的混合系统的第三叶轮的顶视图；
图13C-2是第三叶轮的侧视图；
图14是根据本公开的一个或多个方面的发酵装置的内部的透视图；并且
图15A是根据本公开的一个或多个方面的喷射管配置的一个实例的顶视图；
图15B是根据本公开的一个或多个方面的喷射管配置的第二实例的顶视图；
图15C是根据本公开的一个或多个方面的喷射管配置的第三实例的顶视图；并且
图15D是根据本公开的一个或多个方面的附接到容器的喷射管的侧视图。
详述
根据一个或多个实施方案，提供用于发酵(诸如需氧发酵)的方法和系统。根据一个实施方案，系统包括与气体(诸如空气)组合使用的至少一个鼓风机或涡轮机，并且可包括扩散器，诸如喷射管，例如圆柱形或圆形喷射管，以将空气气泡引入容器(例如，例如含有包含一种或多种微生物诸如一种或多种真菌细胞的发酵液的发酵容器)中。本文公开的方法和系统提供用于将气体(诸如空气)引入工艺(诸如发酵工艺)中的更划算和有效的方法。因此，改进的系统(例如需氧发酵系统)可降低发酵的操作成本，特别是在发酵时间非常长(例如为数天或甚至数周)时。例如，用于使用如本文所公开的鼓风机或涡轮机系统在STP(标准温度和压力)下输送1000CFM(立方英尺/分钟)的功率要求通常在约25-50kW的范围内。相比之下，使用旋转式压缩机系统提供的相同空气将需要约150-200kW的范围内的功率。对于以0.5vvm运行(每分钟容器容积在这种情况下为7500加仑/分钟或大致1000CFM)，并且使用约0.10美元/kWH的平均成本的15,000加仑发酵容器，成本为约2.50美元/小时，或60美元/天，或600美元/10天发酵。典型的制造工厂一年可能进行1000次此类发酵，对于与空气相关的电力成本，这将花费约600,000美元。相比之下，旋转式压缩机系统的每年成本将为约所述数额的六倍，或约3,600,000美元。
本文公开的根据本文发明的方面不限于其在以下描述中阐述或附图中示出的部件的构造和布置的细节中的应用。这些方面能够以各种方式假设其他实施方案并且实践或执行。具体实施方式的实例在本文中仅出于说明的目的而提供，并不旨在限制。特别地，结合任何一个或多个实施方案讨论的动作、部件、元件和特征不旨在从任何其他实施方案中的类似作用中排除。
同样，本文所使用的措辞和术语是出于描述的目的并且不应被视为限制性的。对以单数形式提及的本文中系统和方法的实例、实施方案、部件、元件或动作的任何提及还可涵盖包括复数的实施方案，并且以复数形式对本文中任何实施方案、部件、元件或动作的任何提及还可涵盖仅包括单数(singularity)的实施方案。单数或复数形式的提及不旨在限制当前公开的系统或方法、其部件、动作或元件。“包括(including)”、“包含(comprising)”、“具有(having)”、“含有(containing)”及其变型其在本文中的使用意欲涵盖其后列出的项目及其等效物以及另外的项目。对“或”的提及可解释为包括性的，使得使用“或”描述的任何术语可指示单个、多于一个和所有所述项目中的任一个。此外，在本文件与以引用方式并入本文的文件之间的术语用法不一致的情况下，并入的参考文献中的术语用法是对本文件的术语用法的补充；对于不可调和的不一致，以本文件中的术语用法为准。此外，为了方便读者，可在说明书中使用标题或副标题，这应对本发明的范围没有影响。
根据某些实施方案，本文所述的发酵工艺可为通常在图1中以100指示的更大工艺的一部分，所述图1为示出将生物质原料转化为一种或多种产物的流程图。在一个特定实施方案中，在动作110处，原料可被物理预处理以减小其尺寸，随后进行电子束照射以减少其在动作120处的抗降解性(recalcitrance)。在动作130处，原料用可通过发酵工艺产生的一种或多种酶(如以下参考动作125所述)来糖化，以形成糖溶液。糖溶液然后在发酵工艺中在动作140处进行生物处理以产生所需产物，诸如醇或有机酸，诸如乳酸、乳酸盐、琥珀酸或琥珀酸盐。因此，根据各个方面，本文公开的发酵系统可用于任何发酵产物，诸如在动作125处或在动作140处的发酵工艺。如图1中在动作125处所指出，酶可通过发酵工艺(例如需氧发酵)诸如真菌细胞发酵工艺，例如使用里氏木霉(Trichoderma reesei)(T.reesei)诸如菌株RUTC30来提供。真菌细胞发酵工艺可进行许多天，例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或甚至12天或更长时间，并且因此降低所提供空气的成本是对酶的成本有利的。来自发酵工艺的所得产物可进行进一步加工，诸如蒸馏、SMB(模拟移动床)色谱或电渗析形式，以在动作150处产生最终产物。根据一些实施方案，糖化和发酵可在相同的容器中进行。
发酵概述
根据一个或多个实施方案，发酵是分子(诸如糖，诸如葡萄糖、果糖和蔗糖)转化成其他分子(诸如醇)和代谢产物(诸如二氧化碳)和热形式的能量的生物过程。例如，葡萄糖和/或木糖可使用一种或多种细菌(诸如，乳杆菌)来发酵为乳酸或葡萄糖，并且氮源可共发酵以产生肽或多肽，诸如蛋白质或酶。如图2所示，例如，将糖水溶液引入容器中，并且在发酵过程中，用作碳水化合物底物的糖水溶液在需氧条件下用微生物来接种。微生物的最佳产生需要的糖水溶液中的氧溶液的速率足以代替由代谢过程消耗的氧。微生物的产生速率以及因此厌氧容器的生产能力在很大程度上受溶液中氧的速率限制。如图2所示，在需氧发酵的情况下，氧气可以细小气泡的形式引入糖水溶液中，如以下所进一步讨论，这可通过空气扩散器诸如喷射管来产生。在厌氧发酵的情况下，引入的气体可为例如二氧化碳、氮气、氩气或甚至甲烷。将溶液混合到糖水溶液中可由叶轮来提供。常常，所利用的叶轮(或混合系统中的至少一个叶轮)适于将空气或其他气体“拍打(beat)”到溶液中，因为气体通常在液体中具有低溶解度，例如对于水中的空气的情况，大约为8mg/L。这种叶轮常常称为径流式叶轮，并且实例包括Rushton叶轮或Rushton型叶轮。氧溶液的速率主要是气泡表面积和气泡糖水溶液接触时间的函数。通常，氧转移速率可通过减小气泡尺寸、增加剪切力(例如通过使用径流式叶轮)、增加停留时间(诸如制作具有高L与D比率的反应器)或将Rushton型叶轮夹持在下泵(在顶部上)叶轮与上泵(在底部上)叶轮之间来改善。可使用其他技术，诸如使用氧水平增强的空气或纯氧(在需氧发酵的情况下)或通过降低发酵的温度，并且从而增加气体在发酵液中的溶解度。
根据各个实施方案，糖(诸如，通过使纤维素或木质纤维素原料糖化所产生的那些糖)和其他分子(诸如氮源)可转化为一种或多种有用的产物，诸如醇，诸如糖醇(例如赤藓糖醇或木糖醇)或其他醇，诸如丁醇。其他产物(诸如柠檬酸、赖氨酸、谷氨酸、蛋白质和酶)也可通过使各种发酵液与一种或多种微生物接触来产生。例如，梭菌属种(Clostridiumspp.)可用于将糖诸如果糖或葡萄糖转化为丁醇。梭菌属种还可用于生产乙醇、丁酸、乙酸和丙酮。乳杆菌属种(Lactobacillus spp.)可用于生产乳酸。如以下所进一步讨论，还可在发酵过程中使用其他微生物，包括酵母菌和发酵单胞菌属(Zymomonas)细菌。根据各个方面，糖化可部分或完全完成以产生进行发酵的混合物。
根据各个方面，发酵工艺将各种营养物(诸如由糖化过程产生的糖水溶液)转化为一种或多种产物，诸如糖醇。此类产物的非限制性实例包括乙二醇、甘油、赤藓糖醇、苏糖醇、阿糖醇、木糖醇、核糖醇、甘露糖醇、山梨糖醇、半乳糖醇、艾杜糖醇、肌醇、庚七醇、异麦芽糖醇、麦芽糖醇、乳糖醇、麦芽三糖醇、麦芽四糖醇、聚糖醇(polyglycitol)、丁酸、葡萄糖酸、柠檬酸和多元醇(诸如甘油、季戊四醇、乙二醇)和蔗糖。其他产物可包括氨基酸、肽、多肽、蛋白质和酶。
发酵系统部件
参考图3，示出根据本公开的一个或多个方面并且总体上以300指示的发酵系统。如以下所进一步讨论，发酵系统300可包括容器302、包括一个或多个鼓风机306的鼓风机滑动件304、用于使由鼓风机306产生的空气进入的至少一个入口过滤器装置310、至少一个喷射管312、冷凝器314和出口过滤组件316。
容器
根据各个方面，如图3所示，发酵诸如真菌、细菌或酵母细胞发酵可部分地或完全地在容器302中进行。在某些实施方案中，糖水溶液和/或其他营养物或发酵添加剂可引入容器的入口(在本文还称为进料流入口)，所述入口可位于容器的顶部、容器的底部或之间的适于实现本文所述的发酵方法的任何地方。如本文所用，术语“容器”广泛地意指适于限制一种或多种工艺组分(包括气体、液体和固体组分及其混合物)的任何结构。根据一些实施方案，容器的尺寸可被设计成具有至少1000加仑的容积。例如，容器的尺寸可被设计成具有1500加仑的容积。根据另一实例，容器的尺寸可被设计成具有2500加仑的容积。根据其他实施方案，容器的尺寸可被设计成具有至少10,000加仑的容积。例如，容器的尺寸可被设计成具有15,000加仑的容积。根据一些实施方案，容器的尺寸可被设计成具有至少100,000加仑的容积。
根据某些实施方案，容器可能不是高度加压的，例如不是认证的ASME压力容器。根据某些实施方案，容器中的压力可能不超过12psig，例如小于10、9、8、7、6、5、4、3.5、3、2.5、2、1.5或小于0.5psig。根据其他实施方案，容器可能是封闭的或部分封闭的，以在诸如高于1巴、1.5、2.0或2.5巴的压力下操作。在某些应用中，容器可被构造来提供对于诸如发酵液的组分的厌氧或需氧环境。容器的尺寸和形状可根据所需应用和进料量来设计以提供所需的产物输出体积。容器还可包括至少一个出口(如图14所示)，在所述出口中可从容器中去除产物，诸如糖醇、蛋白质或酶。
根据各个实施方案，容器可由适于本文所述的方法和系统的目的的任何材料构成。合适材料的非限制性实例包括钢、不锈钢、哈斯特洛伊耐蚀镍基合金(hastelloy)、钛和铝。一个或多个实施方案可包括根据所需的容器形状具有一个或多个侧壁的容器。例如，圆柱形容器可具有一个侧壁，而正方形或矩形容器可具有四个侧壁。在某些实施方案中，容器可具有圆柱形形状，具有位于第一壁与第二壁之间的一个连续侧壁。在某些其他实施方案中，容器可以是封闭的，其中一个或多个侧壁在第一壁与第二壁之间延伸。根据至少一个实施方案，容器的尺寸和形状可被设计成具有2:1或更小(例如，1.8/1、1.6/1、1.4/1、1.2/1、1/1、0.8/1、0.6/1或小于0.5/1)的纵横比L/D。根据其他实施方案，容器的纵横比可为1:1。根据某些方面，容器的尺寸和形状可被设计成优化或以其他方式增强发酵工艺。例如，纵横比为2:1的容器可反映糖水溶液体积与进入空气体积的比例。例如，12,000加仑的罐的工艺要求为需要泵入的6000加仑空气。同样，一个50,000加仑的罐需要25,000加仑空气。根据某些实施方案，当鼓风机能够产生25psig或更小，例如小于20、小于19、18、17、16或15psig时，容器的最大高度(测量为喷射管到液面顶部的平均距离)不多于40英尺，例如小于38、37、35、33、31、29、27、25或小于20英尺。
喷射管
一个或多个喷射管312或扩散器还可位于容器302周围的各个位置处。虽然喷射管312被示出为在图3所示的容器302的外部，但是每个喷射管312连接到入口过滤器装置310并延伸到容器中，并且用于出于刺激微生物生长的目的将细小气泡注入发酵液中。根据各个实施方案，喷射管可由特殊烧结的多孔金属材料构成。烧结的喷射管材料可通过进行热等静压压制工艺来制成，在所述热等静压压制工艺中高等静压力在进行中在高温下施加到构成的粉末材料，并且退火工艺在完成之前终止。这产生适于产生细小气泡的多孔材料。用于喷射管的合适多孔金属的非限制性实例包括不锈钢、不锈钢合金(诸如AISI316L)、钛、镍和镍合金。根据一些实施方案，喷射管由多孔金属元件、螺纹配件和在某些情况下的加强杆构成。喷射管可以凸缘安装到容器的侧面。喷射元件的形状可为许多不同的形状，包括圆柱形或圆形。在具体实施方案中，喷射元件的形状为圆形，并且分布在整个罐周围。根据某些实施方案，喷射管的孔隙尺寸小于100微米，例如小于90、80、70、60、50、40、30、20、15、14、13、12、11、10、9、8、7、6、5、4、3、2、1或甚至小于0.9微米，例如0.8、0.7、0.6、0.5、0.4或甚至小于0.25微米。根据某些实施方案，例如为了使压降最小化，喷射元件的孔隙率大于50％，例如大于60％、70％、80％、85％、88％、90％或甚至大于95％孔隙率。如图3所示，四个喷射管312可位于容器302的周边周围的等距位置处。喷射管312还可定位成将空气引入容器302的下部和容器302内保持的发酵液的底部，这允许更有效地分布空气，而不是将空气入口放置在容器302的顶部附近。如将理解的，喷射管的数目可根据容器的尺寸和工艺要求来增加或减少。喷射管可被配置来在一个方向、多个方向或所有方向上(诸如以360度布置)产生微尺寸气泡。
参考图15A-15D，示出适于本文公开的一个或多个工艺和系统的喷射管的几个不同实例。图15D是喷射管312如何附接到容器302的总体说明。图15A所示的配置是位于罐302内的一个喷射管的实例的顶视图，并且图15B所示的配置是位于罐302内的几个喷射管的实例的顶视图。图15A和15B的喷射管的形状通常为圆柱形，并且以线性或直线长度延伸到容器302中，并且在这种情况下，喷射管跨过容器的整个宽度膨胀，但是其他长度也处于本公开的范围内，诸如图14所示的喷射管，其部分地(并且稍微向下)延伸到容器中。相比之下，图15C所示的喷射管被弯曲成以总体沿着容器内部的圆周的圆形延伸。如图所示，这种配置的喷射管可紧邻容器302的内壁定位。
鼓风机滑动件部件
根据一个或多个实施方案，如图3-6所示，发酵系统可包括向容器302中的发酵液供应气体(诸如氧气或空气)的鼓风机滑动件304。鼓风机滑动件304包括至少一个鼓风机306和热交换器308。鼓风机滑动件304还可包括至少一个压力计318和324、至少一个温度计320和至少一个流量计322。
根据一些实施方案，发酵系统300可包括至少一个动力操作的鼓风机306。每个离心式燃气涡轮机驱动的鼓风机306包括配备有以高速旋转的转子的主驱动电动机，并且用于将诸如空气的气体排放到容器中。根据至少一个实施方案，每个鼓风机的尺寸可根据工艺要求和容器的尺寸来设计。例如，根据一个实施方案，每个鼓风机可包括12.5hp的电动机。鼓风机的尺寸指示可喷射到容器中的以每分钟立方英尺计的空气量。如上所述，12,000加仑的容器的工艺要求可为每分钟1000、2000、3000、4000、5000或6000或更多加仑的空气，这转而指示鼓风机的尺寸设计。例如，根据各个方面，发酵可在曝气情况下使用喷射管(如上所述)和空气和/或氧气供应来进行，以将溶解氧水平维持在约10％以上，诸如约20％以上。此外，空气需求可分布到多个鼓风机而不是使用单个鼓风机，因为购买和操作单个鼓风机可能是显著更昂贵的。例如，图3的发酵系统使用两个11kW鼓风机代替单个22kW鼓风机。此外，可选择在最大psi的情况下操作鼓风机。例如，鼓风机可产生20psi的最大压力。根据一些实施方案，合适的鼓风机可购自Spencer Turbine Co.(Windsor,CT)，诸如Spencer2500系列鼓风机，包括Spencer型号CS21R96。使用一个或多个鼓风机将空气驱动到容器中是比使用压缩机更划算和更有效的。例如，制造、维护和操作压缩机是昂贵的，并且可能承担的能量成本是一个或多个鼓风机的能量成本的至少四倍，例如六倍。
根据至少一个实施方案，离开鼓风机306的空气在进入入口过滤器装置310(以下进一步讨论)和容器302之前穿过水冷式热交换器308。根据一些实施方案，可利用多个热交换器。例如，一个热交换器可用于过程调整，并且第二热交换器可用于微调气体的离开温度。例如，第一热交换器可运行温度在80℉与110℉之间(诸如在85℉与100℉之间)的冷却流体(诸如水)，并且第二热交换器可运行温度小于65℉(例如小于60℉、58℉或小于55℉)的流体。根据一些实施方案，进入鼓风机306的空气可处于室温(约25℃)下，并且然后由鼓风机加热到200℉或更高的温度。根据各个实施方案，热交换器308用于冷却进入容器302的空气或其他气体，使得其不会杀死生物体和/或提高在容器中发生的批处理或其他处理的温度。因此，进入热交换器308的空气可处于200℉或更高的温度下，然后冷却至低于100℉(诸如90℉、85℉、80℉)的温度，并且在某些情况下由热交换器308回到25℃的室温。热交换器308的尺寸是进入容器302的空气的流量的函数。由热交换器308使用的除了水之外的其他冷却流体可包括制冷剂和低温液体。热交换器308可为壳管式热交换器，其中冷却剂流体在管内流动，并且空气或其他气体流过翅片。本领域普通技术人员将认识到，其他类型的热交换器也处于本公开的范围内。根据一些实施方案，热交换器308是管翅片型热交换器(tube and fin type heat exchanger)。例如，管和翅片均可由不锈钢构成，或者管可由不锈钢构成，并且翅片可由铝材料构成。在另一些实施方案中，管和翅片可由铜制成。
如图3-5所示，鼓风机滑动件304还可包括一个或多个压力计318和324、温度计320和流量计322。例如，离开鼓风机的加热空气的温度和压力读数可由温度计320和压力计318来采集。如图4和图5所示，止回阀328也可包括在鼓风机滑动件组件中以防止反向流动。移动到发酵容器302的空气的流量可通过流量计322来测量。如以下所进一步讨论，第二压力计324还可在空气被分成多个流动路径并且分布到入口过滤器装置310之前测量空气的压力。
入口过滤器装置
根据某些实施方案，如图3、8和9所示，发酵系统包括至少一个过滤器装置310(本文还称为入口过滤器装置)。离开鼓风机306和热交换器308并被引入发酵工艺的气体(诸如空气或氧气)可首先需要灭菌，以便不干扰发酵化学。根据图3所示的实施方案，离开鼓风机滑动件组件304的空气使用柔性导管来分成多个流动路径，诸如图3所示的四个单独的流动路径。每个柔性导管的尺寸可被设计成避免产生大的压降。例如，柔性导管的尺寸可被设计成具有至少两英寸的直径。如图8和9所更清晰地示出，每个流动路径均配备有过滤器装置310。每个过滤器装置均可包括膜过滤器。膜过滤器的孔隙率可为约50％至约95％，例如介于约60％与约80％之间，并且孔隙尺寸可介于约0.1微米与2微米之间，诸如介于0.2微米与1微米之间。例如，来自鼓风机滑动件组件304的暖空气可被迫使穿过将空气颗粒和细菌以及许多病毒向下去除到0.2微米的过滤器。入口过滤器装置310在鼓风机滑动件304(包括热交换器308)的出口侧而不是在鼓风机前的入口侧的放置确保穿过过滤器的空气相对于环境处于正压力下。过滤器之后或之前的任何泄漏将因此不会充当微粒进入气流的路径。膜可由任何一种或多种疏水性材料(包括聚合物)构成。合适的过滤器包括聚四氟乙烯(PTFE)Pall EmflonTM过滤器(Pall Corporation,East Hills,Long Island,New York)。
入口过滤器装置310除了膜过滤器之外还可包括几个其他部件。例如，图8和图9示出可用于测量来自鼓风机滑动件304的进入空气的压力和温度的压力计和温度计。这种空气可穿过滤器，在所述滤器中灭菌。第二压力计在离开过滤器的空气被发送穿过止回阀(防止回流和污染)并向前进入容器302之前测量其压力。
参考图3，如以上参考喷射管312所述，发酵系统300可包括位于容器302的周边周围的等距位置处的四个入口过滤器装置310。入口过滤器装置310的数目可为一个或多个工艺参数的函数，所述一个或多个工艺参数诸如待处理的发酵液的体积、工艺中使用的微生物的类型(其可指示工艺所需的空气或氧气的必需量)以及罐的尺寸和/或形状。如图3所示，每个入口过滤器装置310可被配置成连接到延伸到容器302中的喷射管312。在一些实施方案中，诸如在喷射管包括可用于将系统的不同部件配对在一起的流体密封连接器的情况下，喷射管312可连接到罐的外部位置处的入口过滤器装置310。在其他实施方案中，喷射管312完全位于容器302的内部，使得连接区域(诸如管道)延伸穿过容器302并且在一端连接到过滤器装置并且在另一端连接到喷射管312。如图3、8和9所示，入口过滤器装置310的顶部还可包括可用于将滤芯的顶部附接并稳定到容器302的一个或多个电缆或其他附接构件。
用于容器的冷凝器
根据各个实施方案，发酵系统300还可包括用于将流体冷凝至罐中的冷凝器314。冷凝器314示于图3、10A和10B中。容器302内的由喷射产生的压力导致水从容器302中排出。另外，需要包含喷射过程中雾化的水颗粒或以其他方式阻止其进入出口过滤组件316(以下讨论)，以便防止水在过滤器中冷凝。因此，冷凝器314可位于容器的顶部并且用于冷凝从容器302的底部浮动到容器302的顶部的喷射气泡。根据各个方面，冷凝器314可配备有由周围环境空气冷却的多个管；从而允许喷射气泡冷凝为水，并流回到容器302中。根据某些实施方案，离开冷凝器314的空气被进一步加热，以便在其进入出口过滤组件316之前驱除任何水分。
根据一些实施方案，冷凝器可为壳管式冷凝器。根据一些实施方案，冷凝器为管翅片型冷凝器(tube and fin type condenser)。例如，管和翅片均可由不锈钢构成，或者管可由不锈钢构成，并且翅片可由铝材料构成(为了更大的效率)。在另一些实施方案中，管和翅片可由铜制成。
出口过滤组件
根据至少一个实施方案，发酵系统300包括过滤组件316(本文还称为出口过滤组件)。出口过滤组件可发挥许多功能，包括阻止细菌和其他污染物反向流动回到容器302中。出口过滤组件316可包括几个过滤器，诸如以上参考入口过滤器装置310所讨论的那些过滤器。根据某些实施方案，出口过滤组件316可通过可被加热的导管与冷凝器314流体连通。例如，不是所有从容器中逸出的水均可由冷凝器314捕获并再次冷凝回到容器中。因此，可在导管中加热另外的水，以便使所有剩余的液体蒸发。根据一些实施方案，离开出口过滤组件的空气放出到大气，并且在某些情况下可放出到外部环境。
用于容器的叶轮/搅拌器
参考图13A、13B-1、13B-2、13C-1和13C-2，容器的内部可配备有用于机械地混合容器的内容物并使氧气转移最大化的混合系统326。根据一些实施方案，混合系统326可包括一个或多个叶轮。混合系统326可垂直地定位在容器302的中心。混合系统326可由包括垂直定位的叶轮叶片的电动中心轴驱动。例如，如图13A所示，第一叶轮可位于容器内部的上部，第二叶轮位于容器的中心附近，并且第三叶轮可位于容器的下部。第一叶轮的顶视图和侧视图分别示于图13B-1和13B-2中，并且第三叶轮的顶视图和尺寸视图分别示于图13C-1和13C-2中。每个叶轮均可被配置来发挥不同的功能。在图13A所示的配置中，第一(顶部)和第三(底部)叶轮通过将空气捕获在这两个叶轮之间的间隔中来增加喷射到容器中的空气的停留时间。例如，底部叶轮被配置来产生提升力或上升力，所述提升力或上升力通过顶部叶轮的推动力或下降力来抵消。如上所述，第二中叶轮可为Rushton涡轮机，其产生“拍打”或以其他方式增强气体溶解到周围发酵液中的径向流动高剪切力。每个叶轮的速度可取决于容器的尺寸和加工的类型。例如，用于2500加仑罐的叶轮的速度可小于100rpm，例如小于80、70、60或小于50rpm。叶轮叶片由不干扰化学发酵工艺的材料构成，诸如金属，包括钢或金属合金。混合系统326还可配备有变速度控制器，使得一个或多个叶轮的速度可在发酵工艺过程中调节。电动机，诸如15hp电动机可用于驱动中心轴。
混合系统326的尺寸和形状可适合位于容器302的内部。例如，根据一个实例，第一叶轮的直径可为23英寸(584mm)，第二叶轮的直径可为34英寸(864mm)，并且第三叶轮的直径可为12.8英寸(325mm)。此外，第一叶轮的水平中心线与第二叶轮的水平中心线之间的距离可为30英寸(762mm)，并且第二叶轮的水平中心线与第三叶轮的水平中心线之间的距离可为22英寸(559mm)。位于第一叶轮上方并且向下延伸穿过第二叶轮的轴的直径可为2.5英寸(64mm)。位于第三叶轮上方的轴的部分的直径可为1.5英寸(38mm)。如将理解的，混合系统326及其部件的其他尺寸和配置也处于本公开的范围内。尺寸可根据容器的尺寸和应用的类型而变化。
参考图14，示出包括混合系统326的发酵容器302的内部，所述混合系统326包括三个垂直定位的叶轮叶片，诸如以上参考图13A所讨论的那些叶轮叶片，所述混合系统326在图14中呈现为圆柱体。还包括四个喷射管312的视图，所述四个喷射管312位于容器302的周边周围并稍微向下延伸到容器的中心底部部分中。如上所述，每个喷射管312可向发酵液提供促进发酵液中微生物生长的均匀小气泡。
发酵工艺概述和条件
参考图7，示出图3所示的需氧发酵系统300的示意图表示。在操作期间，糖水溶液通过入口(图7中未示出)泵入发酵容器302中。在一些实施方案中，入口可被注入位于容器上部的一个或多个口(port)中，并且在某些情况下，发酵液可被引入位于容器内的流体线上方的任何口中。根据一些实施方案，在发酵开始时，使用具有至少5重量％的初始葡萄糖浓度的葡萄糖溶液进行发酵。此外，可在已开始发酵之后稀释葡萄糖溶液。
根据各个实施方案，发酵工艺可根据连续操作的方法使用多个批次来进行。例如，发酵工艺的完成可通过以下发酵液性质中的一种或多种来指示：营养物的浓度、一种或多种产物的浓度、pH、溶解气体的量和发酵时间周期。
根据某些方面，发酵开始时的高初始糖浓度可能有利于糖醇的产生。因此，可在与产生糖醇的微生物组合之前浓缩糖化的原料溶液以增加溶液的葡萄糖水平。浓缩可通过任何所需技术，例如通过加热、冷却、离心、反渗透、色谱法、沉淀、结晶、蒸发、吸附及其组合来进行。根据一些实施方案，浓缩通过从糖化的原料中蒸发至少一部分液体来进行。在某些方面，浓缩将葡萄糖含量增加至大于约5重量％、大于约10重量％、大于约20重量％、大于约30重量％、大于约40重量％以及大于约50重量％。
根据至少一个实施方案，糖化的原料可在浓缩之前或之后纯化。可进行纯化以将葡萄糖含量增加至除了水之外的所有组分的大于约50重量％，诸如大于约60重量％、大于约70重量％、大于约80重量％、大于约90重量％以及大于约99重量％。纯化可通过本领域已知的任何技术来进行，非限制性实例包括加热、冷却、离心、反渗透、色谱法、沉淀、结晶、蒸发、吸附或其任何组合。
如以下所进一步讨论，一旦在容器302中，糖水溶液就可与一种或多种微生物接触。根据至少一个实施方案，微生物从先前的工艺(诸如从种子训练过程的最终容器)插管到容器中。在一些实施方案中，接触步骤包括双阶段工艺，包括细胞生长步骤和发酵步骤。例如，双阶段发酵工艺可包括初始细胞生长阶段，随后是产物生产阶段。在生长阶段，可选择工艺条件以优化细胞生长，而在生产阶段，可选择工艺条件以优化一种或多种所需发酵产物的生产。一般来说，生长培养基中低的糖水平(诸如介于0.1与10重量％之间、或介于0.2与5重量％之间的那些糖水平)有利于细胞生长，并且发酵培养基中较高的糖水平(诸如大于约5重量％、大于约10重量％、大于约20重量％、大于约30重量％以及大于约40重量％的那些糖水平)利于产物生产。此外，可针对每个阶段修改其他工艺参数。例如，温度、搅拌、糖水平、营养物和/或pH可根据工艺的阶段来调节。此外，出于优化工艺的目的，可在每个阶段监测工艺条件。例如，可监测工艺的细胞生长阶段以实现最佳密度，例如约50g/L、大于约60g/L、大于约70g/L或大于约75g/L，并且可以加入浓缩的糖化溶液以触发产物形成的开始。任选地，所述工艺可例如通过用探针监测和调节pH或充氧水平以及自动进料来优化，以控制细胞生长和产物形成。根据另一方面，可控制并监测其他营养物以优化所述工艺，所述其他营养物诸如氨基酸、维生素、金属离子、酵母提取物、蔬菜提取物、蛋白胨、碳源以及蛋白质。
双阶段发酵在Biotechnological production of erythritol and itsapplications,Hee-Jung Moon等,Appl.Microbiol.Biotechnol.(2010)86:1017-1025中有所描述。在某些情况下，高的初始葡萄糖浓度在发酵开始时有利于赤藓糖醇生产，但如果高浓度维持太长时间，则其可能对微生物有害。高的初始葡萄糖浓度可如上所讨论在糖化期间或之后通过浓缩葡萄糖来实现。在允许发酵开始的初始发酵期之后，可用合适的稀释剂稀释发酵培养基以使葡萄糖的水平低于约60重量％、低于约50重量％、或低于约40重量％。稀释剂可为水或具有另外组分(诸如氨基酸、维生素、金属离子、酵母提取物、蔬菜提取物、蛋白胨、碳源以及蛋白质)的水。
参考图7，发酵工艺可在曝气情况下使用喷射管和空气和/或氧气供应来进行，以将发酵液中的溶解氧水平维持在约10％以上，诸如约20％以上。这可通过采集室温空气并使其穿过一个或多个鼓风机来实现，所述鼓风机产生必需的力以推动空气穿过位于容器302中的热交换器308、入口过滤器装置310和喷射管312。如上所述，使用热交换器308将离开鼓风机的空气从室温加热至约200℃，然后分成四个流动路径。穿过每个流动路径的空气首先穿过入口过滤器装置310中的0.2微米过滤器，以在通过喷射管312被引入发酵液中之前去除污染物。
如上所述，发酵容器302的尺寸和形状可被设计以优化一个或多个工艺条件。例如，在某些情况下，由鼓风机306产生的最大气压为20psi。为了使这种空气到达至容器302的顶部区域，容器可以较短，因为较高的罐将产生高静水压力。根据一些实施方案，容器可不被加压，但是可装备有可用于灭菌目的的一个或多个蒸汽喷嘴。蒸汽可使用大的隔膜阀来注射，所述隔膜阀可将容器加压至约0.5psi，或者替代地，蒸汽可用对大气开放的一个或多个阀门来注射，使得容器保持在大气压力下。
参考图3，发酵容器302中的压力可由包括压力计的一个或多个卸压阀330控制。卸压阀可由如以下所进一步讨论的控制器控制，并且用于在容器302内的压力超过预定值(诸如2psi)时从容器302释放压力。图3所示的卸压阀330延伸跨过罐的整个直径，并且包括位于容器顶部的两个压力计。
根据各个实施方案，喷射混合可在发酵过程中使用。喷射混合可通过一个或多个叶轮(诸如以上参考图13A所讨论的混合系统326)来进行。叶轮用于混合容器302的内容物并增强氧转移至微生物。
根据一些实施方案，发酵可在范围为pH 4至7的pH下进行。取决于所用微生物的类型，pH可维持在一定的值范围内。例如，当使用酵母作为微生物时，将pH维持在pH 4-5的范围内，而当使用发酵单胞菌属时，将pH维持在pH 5-6的范围内。根据一些实施方案，使用位于容器侧面的pH探针测量发酵液的pH。在某些实施方案中，可加入氢氧化铵以将pH维持在所需的水平。
根据一些实施方案，发酵可进行持续预定时间。例如，发酵可进行24至168小时，诸如24至96小时、或24至120小时。
根据各个实施方案，发酵在20℃至40℃(例如26℃至40℃)范围内的温度下进行。温度可取决于所用微生物的类型。例如，嗜热微生物喜欢较高的温度。
根据各个实施方案，可在发酵工艺过程中加入微生物的营养物。例如，基于食品的营养物包装，诸如美国专利申请公布号2012/0052536中所述的那些，所述专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。
根据各个实施方案，分离来自发酵工艺的产物。例如，产物可从容器的一个或多个出口提取，如图14所示，在某些情况下，所述一个或多个出口可位于容器的底部。
如上所讨论，冷凝器314可位于容器302的顶部并且用于冷凝浮动到容器302的顶部的喷射气泡。此外，容器还可配备有至少一个通气孔332，其允许气体(诸如二氧化碳、氧气和/或空气)逸出容器302。
根据一些实施方案，发酵系统包括可用于控制发酵工艺和/或设备的一个或多个方面的控制器。例如，每个入口过滤器装置310可被配置来测量进入容器302的进入空气或其他气体的温度和压力。此外，还可监测每个鼓风机的每分钟转数以及发酵液中的pH和溶解氧的量。这些工艺变量中的每一个可能需要预定的值或值范围，并且当测量值处于预定值以下或以上时，控制器可被配置来调节发酵工艺的一个或多个方面。例如，如果发酵中的溶解氧水平处于10％以下，则可增加鼓风机的每分钟转数以将更多空气推动到容器中。
根据某些实施方案，可在将低分子量糖转化为醇(诸如乙醇)之前中断发酵工艺的全部或一部分。中间发酵产物包括可能高浓度的糖和碳水化合物。糖和碳水化合物可通过本领域已知的任何方法来分离。根据各个方面，这些中间发酵产物可用于制备用于人或动物消耗的食物。另外或可替代地，可例如使用不锈钢实验室磨机将中间发酵产物研磨成细小粒度以产生面粉状物质。
根据一个或多个实施方案，可移动发酵罐可用于如国际申请号PCT/US2007/074028所述且如PCT公布号WO 2008/011598所公布的发酵工艺，所述专利的公开内容特此以引用方式整体并入。根据另一个实施方案，发酵工艺的全部或一部分可在运输过程中进行。
根据其他实施方案，厌氧生物体可用于发酵工艺中。因此，发酵工艺可在缺氧的情况下进行。发酵工艺可在存在一种或多种惰性气体(诸如氮气(N2)、氩气(Ar)、氦气(He)、二氧化碳(CO2)及其混合物)的情况下进行。此外，发酵混合物可具有在部分或全部发酵过程中流过容器的惰性气体的恒定吹扫。根据一个实施方案，二氧化碳用于在发酵工艺过程中实现或维持厌氧条件，而不添加任何其他惰性气体。
发酵剂
根据各个实施方案，发酵工艺中使用的微生物可为天然存在的微生物和/或工程改造的微生物。例如，微生物可为细菌(诸如纤维素分解细菌)、真菌(诸如酵母)、植物、原生生物(诸原生动物)或类真菌原生生物(诸如粘液霉菌)或藻类。当微生物相容时，微生物的混合物可用于发酵。
用于发酵的微生物可为能够将碳水化合物(诸如葡萄糖、果糖、木糖、阿拉伯糖、甘露糖、半乳糖、寡糖或多糖)转化成发酵产物的任何合适的微生物。根据各个方面，发酵微生物包括以下属的菌株：酵母属种(Saccharomyces spp.)(包括但不限于酿酒酵母(S.cerevisiae)(面包酵母)、糖化酵母(S.distaticus)、葡萄汁酵母(S.uvarum))、克鲁维酵母属(Kluyveromyces)(包括但不限于马克斯克鲁维酵母(K.marxianus)、脆壁克鲁维酵母(K.fragilis))、假丝酵母属(Candida)(包括但不限于伪热带假丝酵母(C.pseudotropicalis)和芸薹假丝酵母(C.brassicae))、树干毕赤酵母(Pichiastipitis)(休哈塔假丝酵母(Candida shehatae)的亲缘菌)、棒孢酵母属(Clavispora)(包括但不限于葡萄牙棒孢酵母(C.lusitaniae)和仙人掌棒孢酵母(C.opuntiae))、管囊酵母属(Pachysolen)(包括但不限于嗜鞣管囊酵母(P.tannophilus))、酒香酵母属(Bretannomyces)(包括但不限于，例如B.clausenii(Handbook on Bioethanol:Production and Utilization,Wyman,C.E.编，Taylor&Francis,Washington,DC,179-212中的Philippidis,G.P.,1996,Cellulose bioconversion technology))。其他适合的微生物包括例如运动发酵单胞菌(Zymomonas mobilis)、梭菌属种(Clostridium spp.)(包括但不限于热纤维梭菌(C.thermocellum)(Philippidis,1996,同上)、糖丁基丙酮梭菌(C.saccharobutylacetonicum)、酪丁酸梭菌(C.tyrobutyricum)、糖丁酸梭菌(C.saccharobutylicum)、略紫色梭菌(C.Puniceum)、拜氏梭菌(C.beijernckii)以及丙酮丁醇梭菌(C.acetobutylicum))、丛梗孢酵母属种(Moniliella spp.)(包括但不限于M.pollinis、M.tomentosa、M.madida、M.nigrescens、M.oedocephali、M.megachiliensis)、解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)、短梗霉属种(Aureobasidium sp.)、三型孢菌属种(Trichosporonoides sp.)、变异三角酵母(Trigonopsis variabilis)、毛孢子菌属种(Trichosporon sp.)、丛梗孢酵母属种(Moniliellaacetoabutans sp.)、变异核瑚菌(Typhula variabilis)、木兰假丝酵母(Candida magnoliae)、黑粉菌纲属种(Ustilaginomycetes sp.)、Pseudozyma tsukubaensis、接合酵母属(Zygosaccharomyces)的酵母种、德巴利酵母属(Debaryomyces)、汉逊酵母属(Hansenula)和毕赤酵母属(Pichia)、以及暗丛梗孢形圆酵母属(Torula)的真菌(例如珊瑚藻圆酵母(T.corallina))。
许多所述微生物菌株可公开商购获得或通过储藏所获得，所述储藏所诸如ATCC(美国典型培养物保藏中心(American Type Culture Collection),Manassas,Virginia,USA)、NRRL(农业研究机构培养物保藏中心(Agricultural Research Sevice CultureCollection),Peoria,Illinois,USA)或DSMZ(德意志微生物保藏中心(Deutsche Sammlungvon Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH),Braunschweig,Germany)。
根据一些实施方案，用于发酵的微生物可包括酵母。可商购获得的酵母包括例如RED /Lesaffre Ethanol Red(从Red Star/Lesaffre,USA购得)、(从Fleischmann’s Yeast,(Burns Philip Food Inc.,USA的一个分公司)购得)、(从Alltech(现在是Lalemand)购得)、GERT (从GertStrand AB,Sweden购得)和(从DSM Specialties购得)。
根据各个实施方案，适于使生物质材料糖化并产生糖的微生物也可出于将这些糖转化成有用产物的目的用于发酵工艺中。
实施例
本文中描述的系统和方法将通过以下实施例来进一步说明，所述实施例本质上是说明性的，并非旨在限制本公开的范围。
示例性曝气鼓风机系统
适用于本文讨论的发酵工艺和系统的鼓风机系统的实例包括可从SpencerTurbine Co.(Windsor，CT)购得的两个Spencer 2500系列Power Mizer High EfficiencyMultistage Centrifugal Cast Blower，型号CS21R96。每个鼓风机标定为650ICFM、11psig，并且包括六英寸带凸缘的入口和五英寸带凸缘的出口。每个鼓风机由50HP、460伏、三相、60Hz、3600rpm、TEFC电动机供电。
鼓风机系统还包括普通的水冷式热交换器(HEX)，其具有304SS外壳、304L SS泵壳、304SS(8英寸)带凸缘的空气入口和出口以及用于供水管线的1.5英寸铜凸缘。水冷式热交换器的实例包括可从Xchanger,Inc.(Hopkins,MN)购得的C系列，型号C-125。热交换器是由铜管和铝翅片构成的翅片管组件。这种换热器的性能度量在以下概述于表1中：
表1-HEX的性能度量
此外，热交换器的工艺介质侧的设计温度和压力分别为300℉和12.0lb/in2，并且服务介质侧的设计温度和压力分别为200℉和100.0lb/in2。
一个或多个阀门也包括在鼓风机系统中，包括调节(6英寸)阀门(例如，4-20mA)、蝶形阀(6英寸)、止回阀(6英寸)、用于换热器的水电磁阀，以及维持热交换器排放温度的温度控制阀。还包括五英寸凸缘与六英寸凸缘配套衔接头以及六英寸带凸缘的膨胀接头。还包括用于与鼓风机一起使用的六英寸入口消音器/过滤器组件。
鼓风机系统还包括一个或多个传感器以及其他测量或工艺反馈设备。例如，系统包括用于内侧和外侧鼓风机轴承以及用于热交换器的入口和出口的至少一个RTD(电阻温度检测器)传感器和发射器。内侧和外侧下轴承还包括振动传感器和发射器。RTD设备和压力传感器也用于测量普通排放的温度和压力。还使用一个或多个流量计来测量空气流速。
普通的EMBC防喘振系统也与鼓风机系统组合使用，并且包括电动机致动的放气阀、NEMA 4致动器和装有防护屏的内联TEE空气消音器。
系统内还包括NEMA 12控制面板。
本文所述的发酵系统可用于纤维素酶生产，并且其生产速率为约1g/L/天。
根据上述系统，在培养基体积为约1,600gal的情况下运行纤维素酶发酵。发酵培养基的主要组分为玉米穗轴、米糠和硫酸铵，其中玉米穗轴为主要诱导物(inductant)。将发酵用5％(V/V)种子接种物接种，并且将反应器用约64sCFM(约0.3VVM)的空气喷射，同时以约63RPM搅拌10天。将pH值保持在3.8以上，并且整个运行的温度为27±3℃。产物的滴度为约11g/L。
因此已经描述了至少一个实施例的几个方面，应理解本领域的技术人员将很容易地想到各种变更、修改和改进。例如，本文公开的实施例还可在其他情况下使用。此类变更、修改和改进旨在作为本公开的一部分，并且旨在处于本文讨论的实施例的范围内。因此，前述描述和附图仅作为举例。

Claims (13)

1.一种用于将气体输送到含水液体的系统，诸如用于含水液体的需氧发酵的系统，其包括：
容器；
至少一个喷射管，其与所述容器的内部流体连通；以及
至少一个鼓风机，其被配置来将气体输送到所述至少一个喷射管。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个喷射管由多孔金属构成。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个喷射管位于所述容器的下部。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述容器的纵横比为2:1。
5.如权利要求1所述的系统，其还包括至少一个过滤器，所述过滤器被配置来将从所述至少一个鼓风机输送的空气过滤到所述至少一个喷射管。
6.如权利要求5所述的系统，其还包括热交换器，所述热交换器具有与所述鼓风机的出口流体连通的入口和与所述至少一个过滤器流体连通的出口。
7.如权利要求6所述的系统，其还包括柔性导管材料，所述柔性导管材料偶联到所述至少一个过滤器和所述热交换器。
8.如权利要求5所述的系统，其中所述系统包括多个过滤器，所述多个过滤器位于所述容器的周边周围的等距位置处。
9.如权利要求1所述的系统，还包括至少一个冷凝器，所述冷凝器与所述容器的内部连通并且被配置来冷凝喷射气泡。
10.如权利要求1所述的系统，其还包括位于所述容器的内部的混合系统。
11.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个鼓风机被配置来以20psi的压力输送空气。
12.一种用于向发酵工艺提供气体的系统，其包括：
发酵液；以及
至少一个气体鼓风机，其与所述发酵液流体连通。
13.如权利要求12所述的系统，其中所述至少一个气体鼓风机包括：被配置来产生气体的气体产生部分，和被配置来向所述发酵液提供所述气体的气体输送部分。
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