CN108913564A - 一种l-色氨酸的发酵生产装置及生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种L‑色氨酸的发酵生产装置及其生产工艺，所述装置包括依次连通的第一发酵罐、全自控真空刮板浓缩器和第二发酵罐，在连通管路上分别设有带传感器闸阀，所述全自控真空刮板浓缩器上还设置有真空表，所述全自控真空刮板浓缩器的底部设有电磁搅拌电机，所述全自控真空刮板浓缩器上方连通有冷凝器，所述全自控真空刮板浓缩器和冷凝器之间设有单向止逆阀；所述发酵生产装置通过设置蒸发收集系统，有效地解决了发酵中后期乙酸浓度过高造成的对菌体活力的抑制，有利于提高产量和转化率；且浓缩器为真空全自控，工作条件温和且无菌，不会影响菌体的活力，保证发酵的正常运行，适合大规模工业化生产的需要。
Description
技术领域
本发明涉及氨基酸发酵技术领域，尤其是一种L-色氨酸的发酵生产装置及生产工艺。
背景技术
现有的氨基酸主要生产方法为微生物发酵法，各个酸种均有涉及，其中色氨酸发酵工艺控制较为复杂和严苛。且该工艺虽然产量高，产业化成熟，但在色氨酸微生物发酵生产中仍存在糖酸转化率低、副产物抑制严重等问题，这都制约着色氨酸产业的进一步发展。
在工业生产中利用微生物发酵法生产色氨酸时，常以大肠杆菌作为工程菌生产色氨酸，但由于补糖速率或溶氧水平很难把控，如果控制不当都会导致菌体产副产物乙酸等其他杂酸，对菌体产生毒害作用，不仅浪费了碳源，还限制菌体生长。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种L-色氨酸的发酵生产装置。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种利用上述发酵生产装置的L-色氨酸的生产工艺。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种L-色氨酸的发酵生产装置，包括依次连通的第一发酵罐(1)、全自控真空刮板浓缩器(2)和第二发酵罐(5)，在连通管路上分别设有带传感器闸阀，所述全自控真空刮板浓缩器(2)上还设置有真空表(9)，所述全自控真空刮板浓缩器(2)的底部设有电磁搅拌电机(3)，所述全自控真空刮板浓缩器(2)上方连通有冷凝器(7)，所述全自控真空刮板浓缩器(2)和冷凝器(7)之间设有单向止逆阀(8)，所述冷凝器(7)另一侧连通有真空泵(6)，所述冷凝器(7)的下端连接有冷凝液回收罐(4)。
优选的，上述L-色氨酸的发酵生产装置，所述全自控真空刮板浓缩器(2)的上部设有弧形罩(6)，所述弧形罩(6)上设有通孔，以进一步实现气液分离的目的。
优选的，上述L-色氨酸的发酵生产装置，所述全自控真空刮板浓缩器(2)的下部平行设有第一液位计(2-1)和第二液位计(2-2)。
优选的，上述氨基酸的发酵生产装置，所述全自控真空刮板浓缩器(2)上各进料口和出料口的闸阀均为电磁阀。
优选的，上述L-色氨酸的发酵生产装置，所述全自控真空刮板浓缩器(2)外部设有夹套(2-3)，所述全自控真空刮板浓缩器(2)内部的刮板(2-4)与器内壁间距为5mm，刮板(2-4)上方设置有碟片分布器(2-5)，使料液由进料口打入时方向是沿器内壁切线方向，保证料液成膜。
一种L-色氨酸的发酵生产工艺，由大肠杆菌为工程菌株发酵生产L-色氨酸，对整罐发酵液进行蒸发处理，每次处理需要若干次蒸发过程，具体步骤如下：装置工作时，通过调节发酵液的流量，从第一发酵罐由压力差以切线方向打入所述全自控真空刮板浓缩器进行减压恒温蒸发，料液暂存在全自控真空刮板浓缩器下方的缓冲区，待此次蒸发过程完成后，暂存在全自控真空刮板浓缩器底部的料液再由无菌空气加压打入第二发酵罐中继续发酵，全自控真空刮板浓缩器会自动进行下一次蒸发过程，如此反复直至整罐发酵液处理完成。
优选的，上述L-色氨酸的发酵生产工艺，每次蒸发过程由真空刮板浓缩器上的液位计传感电磁阀自动控制，蒸发出的气体由真空泵抽出待处理。
优选的，上述L-色氨酸的发酵生产工艺，在发酵中期后开始，每4h进行一次蒸发处理，处理次数根据发酵状态视情况而定。
优选的，上述L-色氨酸的发酵生产工艺，全自控真空刮板浓缩器工作时，通过热水加热，一般温度控制在40-60℃，真空度为-0,095MPa，可以最大程度保证菌体活力。
本发明结构有如下有益效果：
上述L-色氨酸的发酵生产装置，设计简单巧妙，通过设置蒸发收集系统，有效地解决了发酵中后期乙酸浓度过高造成的对菌体活力的抑制，有利于提高产量和转化率；且浓缩器为真空全自控，工作条件温和且无菌，不会影响菌体的活力，保证发酵的正常运行，L-色氨酸的发酵生产工艺，由大肠杆菌为工程菌株发酵生产L-色氨酸，在适宜发酵时刻后每4h间歇地将部分发酵液中的易挥发的副产物(如乙酸等)分离出来，以达到解除或减轻副产物抑制的目的，适合大规模工业化生产的需要。
附图说明
图1是本发明所述氨基酸的发酵生产装置的结构示意图。
图2是本发明所述氨基酸的发酵生产装置的全自控真空刮板浓缩器的结构示意图。
具体实施方式
为进一步说明本发明，现配合附图进行详细阐述：
实施例1
如图1-2所示，所述L-色氨酸的发酵生产装置，包括依次连通的第一发酵罐1、全自控真空刮板浓缩器2和第二发酵罐5，在连通管路上分别设有带传感器闸阀(均为电磁阀)，所述全自控真空刮板浓缩器2上还设置有真空表9，所述全自控真空刮板浓缩器2的底部设有电磁搅拌电机3，采用电磁搅拌，保证其气密性；所述全自控真空刮板浓缩器2的上部设有弧形罩6，所述弧形罩6上设有通孔，以进一步实现气液分离的目的，所述全自控真空刮板浓缩器2的下部平行设有第一液位计2-1和第二液位计2-2，受第一液位计2-1和第二液位计2-2的传感控制，两液位计控制命令如下：当液位达到第一液位计2-1位置时，第一液位计2-1指示灯亮，依次关闭全自控真空刮板浓缩器2上方的物料进料口阀门1-2、气相出料口阀门1-4并依次开启无菌空气进料口阀门1-1、料液出料口阀门1-3，液位指示灯熄灭后该第一液位计2-1不控制任何阀门；当液位降至第二液位计2-2以下时，第二液位计2-2指示灯亮，依次关闭料液出料口阀门1-3、无菌空气进料口阀门1-1并依次开启物料进料口阀门1-2、气相出料口阀门1-4，液位指示灯熄灭后该第二液位计2-2不控制任何阀门，由此可实现全自控真空刮板浓缩器2的全自控，所述全自控真空刮板浓缩器(2)外部设有夹套2-3，所述全自控真空刮板浓缩器2内部的刮板2-4与器内壁间距为5mm，刮板2-4上方设置有碟片分布器2-5，使料液由进料口打入时方向是沿器内壁切线方向，保证料液成膜；所述全自控真空刮板浓缩器2上方连通有冷凝器7，所述全自控真空刮板浓缩器2和冷凝器7之间设有单向止逆阀8，工作时压力为真空负压状态，能够使物料快速蒸发形成气体挥发，并彻底隔绝所挥发物质与料液，能够最大程度地蒸发溶剂，达到气液分离的目的，所述冷凝器7另一侧连通有真空泵6，所述冷凝器7的下端连接有冷凝液回收罐4，装置工作时适量料液从第一发酵罐1因压力差以适当的流速并以切线方向打入所述全自控真空刮板浓缩器2进行减压恒温蒸发，待此次蒸发过程结束后，料液再由压力打入第二发酵罐5中继续发酵，全自控真空刮板浓缩器2会自动进行下一次蒸发；蒸发出的气体由真空泵6抽出，经单向止逆阀8和冷凝器7冷凝后收入冷凝液回收罐4待处理，从而达到分离料液中副产物的目的。
实施例2
应用实施例1所述L-色氨酸的发酵生产装置，其中，第一发酵罐的罐容量为5L，色氨酸发酵液体积为3.0L，从发酵时刻为20h时进行蒸发处理，在发酵液中乙酸浓度在处理前后有明显降低，从4.6g/L降至0.9g/L，浓缩后发酵液体积为2.7L，转入第二发酵罐后补充0.3L无菌水后继续发酵。从整体上看，色氨酸产量相较同期平均产酸水平升高了12.6％，发酵终了时的菌体浓度相较于同期平均水平升高了14.1％。可以看出，由于乙酸浓度的下降，使得其对菌体的毒害抑制作用降低，改善了菌体在发酵中后期产酸不力的情况，提高了色氨酸产量。
由此可见，所述氨基酸的发酵生产装置在发酵罐外增设的全自控真空刮板浓缩器2，在发酵期间可以将部分发酵液中的易挥发的副产物(如乙酸等)分离出来，以达到解除或减轻副产物抑制的目的，能够在无菌条件下以适当的温度快速蒸发料液，不至于影响菌体活力；同时可以有效地蒸发料液中的杂酸，减轻副产物抑制，有利于发酵生产。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种L-色氨酸的发酵生产装置，其特征在于：包括依次连通的第一发酵罐(1)、全自控真空刮板浓缩器(2)和第二发酵罐(5)，在连通管路上分别设有带传感器闸阀，所述全自控真空刮板浓缩器(2)上还设置有真空表(9)，所述全自控真空刮板浓缩器(2)的底部设有电磁搅拌电机(3)，所述全自控真空刮板浓缩器(2)上方连通有冷凝器(7)，所述全自控真空刮板浓缩器(2)和冷凝器(7)之间设有单向止逆阀(8)，所述冷凝器(7)另一侧连通有真空泵(6)，所述冷凝器(7)的下端连接有冷凝液回收罐(4)。
2.根据权利要求1所述的L-色氨酸的发酵生产装置，其特征在于：所述全自控真空刮板浓缩器(2)的上部设有弧形罩(6)，所述弧形罩(6)上设有通孔，以进一步实现气液分离的目的。
3.根据权利要求1所述的L-色氨酸的发酵生产装置，其特征在于：所述全自控真空刮板浓缩器(2)的下部平行设有第一液位计(2-1)和第二液位计(2-2)。
4.根据权利要求1所述的L-色氨酸的发酵生产装置，其特征在于：所述全自控真空刮板浓缩器(2)上各进料口和出料口的闸阀均为电磁阀。
5.根据权利要求1所述的L-色氨酸的发酵生产装置，其特征在于：所述全自控真空刮板浓缩器(2)外部设有夹套(2-3)，所述全自控真空刮板浓缩器(2)内部的刮板(2-4)与器内壁间距为0.5-1mm，刮板(2-4)上方设置有碟片分布器(2-5)，使料液由进料口打入时方向是沿器内壁切线方向，保证料液成膜。
6.一种L-色氨酸的发酵生产工艺，其特征在于：由大肠杆菌为工程菌株发酵生产L-色氨酸，对整罐发酵液进行蒸发处理，每次处理需要若干次蒸发过程，具体步骤如下：装置工作时，通过调节发酵液的流量，从第一发酵罐由压力差以切线方向打入所述全自控真空刮板浓缩器进行减压恒温蒸发，料液暂存在全自控真空刮板浓缩器下方的缓冲区，待此次蒸发过程完成后，暂存在全自控真空刮板浓缩器底部的料液再由无菌空气加压打入第二发酵罐中继续发酵，全自控真空刮板浓缩器会自动进行下一次蒸发过程，如此反复直至整罐发酵液处理完成。
7.根据权利要求6所述L-色氨酸的发酵生产工艺，其特征在于：每次蒸发过程由真空刮板浓缩器上的液位计传感电磁阀自动控制，蒸发出的气体由真空泵抽出待处理。
8.根据权利要求6所述L-色氨酸的发酵生产工艺，其特征在于：在发酵中期后开始，每4h进行一次蒸发处理，处理次数根据发酵状态视情况而定。
9.根据权利要求6所述L-色氨酸的发酵生产工艺，其特征在于：全自控真空刮板浓缩器工作时，通过热水加热，温度控制在40-60℃，真空度为-0,095MPa。
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