CN109642196A - 配备有主动支持物材料的固态发酵反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于从气体、或气体和液体原料生产气体、液体或固体的主动固态发酵生物反应器以及使用该反应器的发酵方法。根据本发明的生物反应器包括三个主要的相；包括多孔固体支持物的固相、包括液体的液相和气相。固相包括多孔固体支持物，其中至少20％的孔体积具有如下尺寸：如果这些孔充满液体，所述尺寸导致约0.01至约0.1巴的液体吸力；用所需微生物接种多孔固体支持物；气相的体积是生物反应器体积的20％至60％，并且液相是反应器体积的至少20％。生物反应器的填充/充填固体材料的不饱和毛细管传导率为至少0.1cm/h。本发明提供了固态发酵生物反应器，其能够具有大的气‑液界面，并且其中填充材料具有良好的毛细管传导率，尽管是不饱和状态的。

Description

配备有主动支持物材料的固态发酵反应器
技术领域
本发明涉及用于从气体、或气体和液体原料生产气体、液体或固体的活动固态发酵生物反应器，以及涉及使用所述反应器的发酵方法。
背景技术
固态发酵作为用于生产微生物产品的潜在技术出现，所述微生物产品如饲料、燃料、食品、工业化学品和药品。固态发酵方法提供优于液体发酵方法的多种优势。固态发酵在固态反应器中进行，其可以自然地提供大的气相并且同时形成充满孔系统的连续液体。此外，可以在充足的表面积上获得潮湿固体颗粒上相当密集的微生物生长，导致高的发酵效率。在其中目的在于构建低成本生物反应器的情况中，由于终产品的低单位价格，具有低的维持成本，固态方法特别适用于大规模发酵过程和生物反应器。
也存在一些与固态发酵相关的缺陷。例如，由于改变的物理和化学环境条件，微生物生长及其效率在反应器中的固态支持物颗粒上可能不均匀地分布。由于固态生物反应器不能通过搅拌均质，微生物对营养素的利用率可能不均匀，并且可能难以提供pH控制。此外，通气或气体物质在生物反应器的不同部位之间的转移可能是有限的。例如，这可能是由于冷凝水或生物反应中产生的水阻断了颗粒间的空间引起的。另一方面，在其中生物反应没有产生水的情况中，固体颗粒可能由于重力或气流而脱水，降低了反应器中的液体产物的毛细管传导率，并且同时降低了微生物的发酵能力。
现有的固态发酵器设计不是特别先进。特别是固态发酵缺乏精巧的机械结构来监测生物反应器中的多个加工参数，如pH、温度、通气以及氧转移和水分等。
固态生物反应器中的重要问题是怎样同时维持高的气体体积和液体毛细管传导率。对于气体的停留时间足够长以在反应器中反应，需要大的气体体积/空间。需要气体和液体之间大的界面面积，以获得高的气体到液体的转换效率。
一旦气体空间/体积增加，由于界面总是进入较小的孔中的事实，液体和气体之间的界面增大。然而，对于维持用于微生物的合适的营养成分和pH-值，当反应器填充材料被动时，需要连续的液体循环。被动填充材料不能控制反应器中的液体的营养成分和pH-值。
固态发酵生物反应器中的一个问题是反应器的气体空间越大，液体的毛细管传导率越小。如果原料或产物是液体，低的毛细管传导率引起孔被液体充满并且降低了通过气-液界面的气体转移。
发明内容
本发明的目的是提供用于固态发酵的装置和用于固态发酵的方法，使得解决以上问题，尤其是生物反应涉及气体原料和液体、气体或固体反应产物或其混合物时。通过特征在于独立权利要求中所述的配置和方法来实现本发明的目的。
本发明涉及一种生物反应器，其包括气体、或气体和液体分配系统和气体、液体或固体收集系统，其中生物反应器包括固相、液相和气相，固相包括多孔固体支持物，其中至少20％的孔体积具有如下尺寸：如果这些孔充满液体，所述尺寸导致约0.01至约0.1巴的液体吸力；用所需微生物接种多孔固体支持物；气相的体积是生物反应器体积的20％至60％，并且液相是反应器体积的至少20％。生物反应器的填充/充填固体材料的不饱和毛细管传导率为至少0.1cm/h，并且所述固体支持物具有至少0.1mmol/g的阳离子交换能力，至少0.01mmol/g的阴离子交换能力，和至少5m2/g的比表面积。
本发明还涉及一种通过固态发酵产生液体产物的方法，其包括步骤a)提供根据本发明的生物反应器，b)将气体、或气体和液体加入反应器中，c)将所述一种或多种气体、或气体和液体厌氧地或需氧地生物转化成气体、液体或固体产物，和d)从生物反应器收集所述产物。
本发明的特定实施方案列于从属权利要求中。从以下的附图、详述和实施例，本发明的其他方面、细节、实施方案和优势将变得清楚。
本发明通过使用主动填充材料替代被动的避免了营养成分控制和pH-值控制的问题。这使得能够从填充材料孔部分地排空液体，因此使得气体和液体之间能够存在大面积。所用的填充材料的孔径分布决定了不饱和材料的毛细管传导率。
本发明提供了能够具有大的气体-液体界面并且其中填充材料尽管是不饱和状态但具有良好的毛细管传导率的固态发酵生物反应器。
附图简述
在下文中，将参照附图通过优选实施方案更详细地描述本发明，其中
图1显示了示例性生物反应器的示意图，其中通过引力实现了抽吸和不饱和状态。当不饱和的毛细管传导率足够高时，反应器没有被水(液体)饱和，如果例如反应产生水(液体)。
图2显示了示例性生物反应器的示意图，其中通过引力实现了抽吸和不饱和状态，并且通过多孔板引起的抽吸增强了引力的影响。为了成功，增强需要良好的不饱和状态下的毛细管传导率。
图3显示了示例性生物反应器的示意图，其中通过引力实现了抽吸和不饱和状态，并且通过多孔板引起的抽吸和超压增强了引力的影响。
图4说明了液体产物通过引力排出固态生物反应器。该图显示了45小时研究阶段的过程中，出口气体中的气体组分(CH4，CO2)(vol％)、氢供给、氢转化率(％)和功率(生产力)(进行二氧化碳和氢的生物催化甲烷化)。
发明详述
本发明涉及一种生物反应器和固态发酵(SSF)方法，其中通过在多孔固体支持物上生长的所需微生物，将一种或多种气体、或一种或多种气体和一种或多种液体转变成一种或多种气体或一种或多种液体或一种或多种固体。根据本发明的生物反应器包括三个主要的相；包括多孔固体支持物的固相、包括液体的液相和气相。
为了获得足够长的用于原料的反应时间和足够大的液体-固体界面，特别重要的是固体支持物提供了在整个生物反应器均匀分布的气相，其体积为生物反应器体积的20％至60％。同样重要的是材料中连续的充满液体的毛细管孔体积，尽管高的气体空间。液相是反应器体积的至少20％。气相越高，反应时间越长，并且因此生物反应器更有效。
由于需要不饱和状态，并且同时大的气体空间，设计了反应器，使得存在水饱和的小尺寸和中等尺寸的孔，其中微生物能够粘附和安置。
在本发明的生物反应器中，通过多孔板或通过超压和使用多孔板，通过引力或通过引起液相的抽吸或通过两者的组合，获得合适的气-液状态。
固相包括多孔固体支持物，以获得充分的发酵条件。固体支持物颗粒的内孔优选在纳米和微米规模的范围内。液体通过由吸附和表面张力引起的毛细管力结合固体支持物的孔。可以通过压力单位，如帕斯卡尔(Pascal)或巴，来表示结合的强度。给定的孔径对应于特定的结合强度。假定孔是圆柱状管，可以从以下的等式[1]计算充满液体的最大孔的半径：
r＝2γ/ΔP
其中r是孔的半径(m)；
γ是液体的表面张力，N/m；
ΔP是气-液表面的气相和液相之间的压力差，N/m2。
适用于本发明的固体支持物应当是使得至少20％的孔体积具有如下的孔直径：如果这些大小之间的孔充满液体，所述孔直径导致约0.01至约0.1巴的液体吸力。这相当于约300μm至约30μm的孔径。优选生物反应器中的液-气界面尽可能地大。含有液-气界面面积的孔越小，界面面积的总和越大。这提供了其中毛细管传导率是良好的优选条件(表1中所示的)。
在一些实施方案中，固体支持物包括或是对于至少50％的颗粒具有0.1mm至5mm直径的颗粒形式。这个范围内的任何粒径或其任意组合可以用于本发明的生物反应器和相关的方法中。这个粒径在不饱和的状态下同时提供了高的液-气界面面积和良好的液体毛细管传导率。
合适的颗粒材料包括，但不限于，包含蛭石、改性蛭石、蛭石-样材料或合成蛭石的材料混合物；合成的阳离子-交换树脂；各种泥炭类型；其他有机材料；及其混合物，只要它们具有或它们提供本文中所述的需要的物理和化学特征。
在一个实施方案中，固体支持物包括蛭石(40-60vol％，2-4mm)、珍珠岩(20vol％，1-2mm)和合成的阳离子交换树脂(20-40vol％，0.7mm)的混合物。
在一些其他实施方案中，固体支持物包括或是对于至少20％的孔体积具有约0.1mm至约5mm范围内的孔径分布的海绵状结构的形式。合适的海绵状材料的非限制性实例包括合成的海绵材料，如泡沫状塑料聚合物，以及天然海绵。
仍然在一些其他实施方案中，提供了作为丝状结构的固体支持物。在这样的情况中，丝状内的空间可以认为是丝状固体支持物的孔，并且它们的直径分布对于至少20％的丝间空间应当在约0.1mm至约5mm的范围内。合适的丝状材料的非限制性实例包括钢丝绒。因为钢丝绒不具有任何阳离子交换特性，可以在与具有足够的阳离子交换特性的颗粒的混合物中提供。可替换地或另外地，钢丝绒可以覆盖或施加有机材料，如聚丙烯酰胺，以获得足够的阳离子交换特性。
多孔固体支持物还可以是颗粒、海绵状材料和丝状物的任意混合物，只要它满足本文中所列的物理要求。
将固体支持物接种微生物。优选的微生物包括但不限于已知合成可以用作液体运输燃料的代谢终产物的产乙酸(Acetogenic)生物体。通常用于商业合成气发酵中的产乙酸生物体例如是热醋穆尔氏菌(Moorella thermoacetica)、伍氏醋酸杆菌(Acetobacteriumwoodii)、醋酸梭菌(Clostridium aceticum)、Clostridium autoethanogenum、扬氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)、Clostridium ragsdalei和Alkalibaculum bacchi。这些生物体的发酵产物包括醋酸酯、乙醇、丁酸酯、丁醇和2,3-丁二醇。将乙醇和丁醇用作液体运输燃料，而醋酸酯和2,3-丁二醇是化学工业中特别感兴趣的。所有产乙酸菌产生醋酸酯，通常针对特定的醋酸酯生产使用的生物体是热醋穆尔氏菌、伍氏醋酸杆菌和醋酸梭菌。主要用于乙醇生产的那些包括扬氏梭菌、C.autoethanogenum、C.ragsdalei和A.bacchi。丁醇可以通过Clostridium carboxidivorans和食甲基丁酸杆菌(Butyribacteriummethylotrophicum)来产生，而已知Clostridium drakei和粪味梭菌(Clostridiumscatologenes)产生丁酸酯。此外，2,3-丁二醇可以通过扬氏梭菌、C.autoethanogenum和C.ragsdalei来产生。甲烷和氨-氧化细菌可以用于部分地将甲烷氧化成甲醇。优选的微生物包括但不限于氨-氧化细菌(AMO)，如欧洲亚硝化单胞菌(Nitrosomonas europaea)和海洋亚硝化球菌(Nitrosococcus oceani)。此外，混合的硝化富集培养物可以用于甲烷-至-甲醇转化。
可以在任何所需的混合物或组合中使用微生物，或作为单一物种的纯培养物来使用。此外，可以使用遗传工程化的物种。根据所需的终产物来选择微生物。作为一个特定的实例，微生物可以用于单细胞蛋白(SCP)生产中。在这样的情况中，天然产生的甲烷氧化菌荚膜甲基球菌(Methylococcus capsulatus)可以用于从甲烷生产细菌蛋白中。
微生物可以获自菌种保藏或从例如沼泽分离，如泥炭沼泽或苔藓沼泽，或其他湿地。本发明的生物反应器中的生物体的选择还可以取决于发酵过程的各种因素，包括但不限于，给定生物体的营养、温度和pH要求，如本领域技术人员容易理解的。
固体支持物的多孔性不仅影响生物反应器中的水分条件，而且还提供了用于微生物的大的连接表面，并且保护它们免受被冲刷。此外，多孔性增大了固体支持物的比表面积。在一些实施方案中，固体支持物的比表面积为至少5m2/g。
除了高的比表面积，固体支持物应当具有高的阳离子交换能力。通常高于0.1mmol/g。基于经验，使用实施例2中呈现的反应器，本发明的反应器结构的阳离子交换能力至少在数周的时间段内给微生物提供营养，而不需要外部添加。
由于大部分营养物质是阳离子，因此固体支持物的阳离子交换特性比阴离子交换特性更重要。然而，固体支持物也具有阴离子交换能力是有利的，通常高于0.01mmol/g。这个值提供了足够的阴离子结合能力，并且确保溶液中的渗透值没有升高太高的水平。
在一些实施方案中，阳离子交换能力和阴离子交换能力甚至彼此几乎相等。离子交换能力与高的比表面积一起使得填充材料储存微生物可利用的营养物。此外，大的比表面积与高的离子交换能力一起导致生物膜的形成。由于高的微生物含量，这转而提高了发酵过程的效率。
固体支持物的上述特性提供了发酵过程中充足的缓冲特性。当固体支持物由于其离子交换能力能够与液相交换氢和/或羟基离子时，应当不需要另外的pH控制。
离子交换能力、高的比表面积和合适的孔径分布，使得固体反应器的填充材料是主动的(active)。不需要用于维持合适的营养物浓度和pH值的连续液体循环，因此使得不饱和填充材料状态下的微生物生产是可能的。
不适用于本发明的固体支持物包括就其离子交换能力而言是无活性(inactive)的材料。此类材料的更特定实例包括基于二氧化硅的材料、基于木材的材料、大部分塑料(除非它们耦合了活性基团)和大部分石材，如长石和石英。值得注意的是，尽管蛭石以具有足够的阳离子交换能力的形式存在，但其不是合适的单独用于本发明的生物反应器中的固体支持物材料。这是因为使用单独的蛭石不可能获得足够的气相体积。通过潮湿和干燥效应的自发压实将气相体积降低低于生物反应器的20％体积，即使在一些特定的情况中，可能获得略超过生物反应器体积20％的初始气相体积。压实的另一个结果是毛细管传导率可能降低。因此，如果将蛭石用于本发明的生物反应器中，需要在与其他的、非扁平材料的混合物中来提供，所述其他非扁平材料如珍珠岩，以满足气相体积必须是生物反应器体积的20％至60％的要求，并且为了提高毛细管传导率。
毛细管传导率和足够的固体支持物间的气体体积限定了气体和液体通过固体支持物的流动特征。在产生液体产物或液体是原料的反应中，毛细管传导率非常重要。需要合适的毛细管传导率来确保气体和液体转移在发酵过程持续期间维持在所需的水平。太高的含水量会降低反应器中的气体体积，因此缩短了反应时间并减少了气-液界面面积。
为了避免最大的孔被充满液体，在生物反应器中需要毛细管传导率，并且是不饱和状态下的毛细管孔中的液体产物流出反应器需要的。在本发明中，合适的不饱和毛细管传导率高于0.1cm/h，其中时间单位是小时(h)，长度单位是厘米(cm)，体积单位是cm3，速度单位是cm/h，并且将压力单位限定为以cm计的液体柱高度。
需要/要求高于0.1cm/h的毛细管传导率，因为如表1中所示，如果生物反应产生多于固体支持物的水传导率的水，生物反应器的底部将积水/被水饱和，并且导致差的反应器效率(生产力/功率)。
从以下等式(2)计算毛细管传导率：
q＝KH/L
q＝流速(cm/h)
K＝水力传导系数(cm/h)
H＝以液体柱高度(cm)表示的位差
L＝流道长度(cm)
本发明的生物反应器可以由例如玻璃、不锈钢制得，或其可以是例如塑料罐或容器。生物反应器的材料应当在使用过程中是无毒的。生物反应器的大小和形状可以根据不同的参数在本领域技术人员已知的范围内改变，如固体支持物材料的选择。优选，大小适用于工业规模生产。生物反应器应当是低成本的，易于操作和可靠的。
根据本发明的示例性生物反应器说明于图1中。生物反应容器(1)的上端配备有气体分配系统(2)和质量流量控制器(MFC)(6)，而容器(1)的下端配备有可能的气体、液体和/或固体收集系统(4)。反应器容器装载了本文中所述的多孔固体支持物材料(5)。生物反应器容器围绕了加热水循环(3)。
生物反应器的另一个示例显示于图2中。在这个生物反应器中，用质量流量控制器和压力调节器调节气体供应。生物反应器容器(1)的上端配备有气体分配系统(2)和质量流量控制器(MFC)(8)，而容器(1)的下端配备有可能的气体收集系统(4)。将多孔陶瓷板放置在液体收集系统和吸入系统(5)上方的反应器容器(3)的底部。反应器容器装载了本文中所述的多孔固体支持物材料(6)。生物反应器容器围绕了加热水循环(7)。
再另一个的生物反应器示例显示于图3中。在这个生物反应器中，用质量流量控制器和压力调节器调节气体供应。生物反应器容器(1)的上端配备有气体分配系统(2)和质量流量控制器(MFC)(8)，而容器(1)的下端配备有可能的气体收集系统(4)，其带有气体压力调节器(9)。将多孔陶瓷板放置在液体收集系统(5)上方的反应器容器(3)的底部。反应器容器装载了本文中所述的多孔固体支持物材料(6)。生物反应器容器围绕了加热水循环(7)。
尽管主动填充材料不需要调节生物反应器参数，但生物反应器可以配备各种传感器，用于监测所需的参数，如反应器中的温度、pH和湿度。这样的传感器在本领域中是容易获得的。生物反应器还可以配备分析仪，用于监测生物反应器的操作和液体的产量。
生物反应器的温度控制可以例如通过将封闭的水循环系统连接生物反应器来获得。这样的系统可以提供发酵过程的加热或冷却，这取决于给定的微生物的需求。热在水循环系统和生物反应器之间通过传导转移。用于调节本发明方法的温度的其他装置和方法是本领域公知的。
本发明进一步涉及一种通过固态发酵从气体、或气体和液体生产液体产物的方法。所述方法包括步骤
a)提供根据本发明的生物反应器；
b)将一种或多种气体、或一种或多种气体和一种或多种液体加入反应器中，
c)将原料厌氧地或需氧地生物转化成气体、液体和/或固体产物，和
d)从生物反应器收集所述产物。
用作本发明的发酵方法中的原料的所需气体或液体源可以从任何合适的来源捕获，包括但不限于，从含碳原料的气化生产/产生的合成气。
在用于培养所需微生物的常规条件下进行发酵过程，即，使用需氧或厌氧条件。
微生物需要营养物用于其生长。这些物质可以粘附于如上所述的具有阳离子交换能力和阴离子交换能力的固体支持物，因此在这方面导致自持的过程。氮可以例如以脲或碳酸铵的形式来给予。这些元素的特定浓度取决于所用的微生物。
通过将营养物结合在阳离子和阴离子交换器上，它们可以储存用于之后的使用，而在液体溶液中离子浓度(渗透值)没有升太高。以这种方式，对于pH，也获得了自持系统。
因此，不需要缓冲液来将pH保持在接近恒定的值。
此外，自持性还涉及系统的气体和液体状态。使用合适的颗粒孔径，在反应器结构中获得了所需的气体和液体体积以及毛细管传导率。
可以在发酵方法的过程中提供另外的营养物。
根据本发明的功能性生物反应器和固态发酵方法可以在短的时间段中设立，如几天。
实施例1
使用包含蛭石、珍珠岩和阳离子交换树脂的混合物测试了针对多孔固体支持物的优选条件。
表1.来自蛭石(40vol％，2-4mm)、合成的阳离子交换树脂(40vol％，0.7mm)和珍珠岩(20vol％，1-2mm)混合物的固体支持物的物理特性
表1显示了最大的孔没有产生大的液-气界面。过大的粒径减小快速地产生了低的水传导。颗粒之间的孔的大小在颗粒大小的1/4至1/2之间。
如果根据Sabatier等式CO2+4H2->CH4+2H2O，生物反应器从氢和二氧化碳以10W/l效率(功率)产生甲烷，则以1.35g/h/l的速率产生水。这意味着在接近一米高的生物反应器结构的底部，水的下流为0.135cm/h。
表1中的水传导值表明了吸力不能将接近生物反应器底部的值提高0.03巴。这导致接近基底底部的接近反应器底部的反应器效率(功率)差(停留时间不是最大值，液-气界面不是最大值)。
随着反应器效率(功率)增加或反应器高度增加，这个问题将变得更严重。
实施例2
这个实施例显示了液体产物通过引力从固态发酵反应器中排出。
按照图1中所示的，从聚丙烯污水管道(内径75mm，高度500mm，工作体积2L)构建了生物反应器。将用于气体的尼龙入口管装入管道上部。用质量流量控制器调节气体供给。所述生物反应器配备有装在管道下部的出口管，用于气体和液体终产物收集。
生物反应器的污水管道上部装满固体支持物。在填充之前，通过将6L 2-4mm蛭石与2L 2-5mm珍珠岩和2L阳离子交换树脂混合来产生固体支持物。此外，将其他材料补充的N和P源加入这个混合物中，用作用于生物反应的营养物和微量元素源。将生物反应器接种微生物氨氧化细菌(AMO)，如欧洲亚硝化单胞菌(Nitrosomonaseuropaea)和海洋亚硝化球菌(Nitrosococcusoceaui)。通过水套将生物反应器的温度调节在所用的微生物所需的水平上。使用来自生物反应器的收集罐的出口液体，微生物培养基的再循环是可能的。
作为反应器对于甲醇和水的混合物良好的毛细管传导率的结果，有效地实现了终产物的取出。在终产物中，甲醇溶解于水中，并且良好的反应器的水传导归因于从反应器取出产物。良好的反应器的水毛细管传导率意味着对于水和甲醇混合物的毛细管传导率也是良好的。有效的从生物反应器取出产物是重要的，并且很可能加强了生产，因为已知甲烷氧化成甲醇受到产物自身(CH3OH)的抑制。
实施例3
这个实施例显示了固体产物(细胞生物质)通过引力从固态发酵反应器中排出。具体地，在这个实施例中，使用固态发酵反应器中的生物转化，从甲烷产生了微生物蛋白质。
按照图1中所示的，从聚丙烯污水管道(内径75mm，高度500mm，工作体积2L)构建了生物反应器。将用于气体的尼龙入口管装入管道上部。用质量流量控制器调节甲烷和氧的气体供给混合物。所述生物反应器配备有装在管道下部的出口管，用于气体、液体和固体终产物(单细胞蛋白生物质)收集。
生物反应器的污水管道上部装满固体支持物。在填充之前，通过将6L 2-4mm蛭石与2L 2-5mm珍珠岩和2L阳离子交换树脂混合来产生固体支持物。此外，将用其他材料补充的N和P源加入这个混合物中，用作用于生物反应的营养物和微量元素源。将生物反应器接种甲烷氧化菌，如荚膜甲基球菌(Methylococcus capsulatus)。通过水套将生物反应器的温度调节在所用的微生物所需的水平上。使用来自生物反应器的收集罐的出口液体，微生物培养基的再循环是可能的。
生物反应器的最佳运行需要从反应器取出微生物生物质。在有效的毛细管抽吸区域中，毛细管孔径使得微生物非常适于与水一起移出反应器并且将与水一起从反应器取出。

Claims (6)

1.一种生物反应器，包括气体、或气体和液体分配系统，气体或液体或固体收集系统和任选的用于气体、液体和固体混合物的收集系统，其中生物反应器包括固相、液相和气相；固相包括多孔固体支持物，其中至少20％的孔体积具有如下孔径：如果这个大小的孔充满液体，所述孔径导致约0.01至约0.1巴的液体吸力，用所需微生物接种多孔固体支持物，充填的固体材料的不饱和毛细管传导率为至少0.1cm/h，所述固体支持物具有至少0.1mmol/g的阳离子交换能力，至少0.01mmol/g的阴离子交换能力和至少5m2/g的比表面积，气相的体积是生物反应器体积的20％至60％，而液相是反应器体积的至少20％。
2.根据权利要求1的生物反应器，其中所述多孔固体支持物包括
(i)至少50％的颗粒具有0.1mm至5mm直径的颗粒；
(ii)至少20％孔具有0.1mm至5mm孔径的海绵状材料；
(iii)丝状材料，其中丝间空间的直径对于至少20％的丝间空间为0.1mm至5mm；或其混合物。
3.根据权利要求2的生物反应器，其中所述固体支持物颗粒选自包括蛭石的材料混合物、包括改性蛭石的材料混合物、包括蛭石样材料的材料混合物、包括合成蛭石的材料混合物、合成的阳离子交换树脂、各种泥炭类型，及其混合物。
4.根据权利要求2的生物反应器，其中所述海绵状材料选自合成的海绵状材料和天然海绵。
5.根据权利要求2的生物反应器，其中所述丝状材料是涂覆的或未涂覆的钢丝绒。
6.一种通过固态发酵从多种气体、或多种气体和多种液体生产的方法，包括步骤：
a)提供根据权利要求1至5任一项的生物反应器，
b)将一种或多种气体、或者多种气体和多种液体加入反应器中，
c)将所述一种或多种气体、或多种气体和多种液体厌氧地或需氧地生物转化成气体、液体或固体产物，和
d)从生物反应器收集产物。
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