CN116601283A - 采用微生物固定在其上的载体生产醇的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生产醇的方法，根据该方法，将含糖流体(2)引入到反应区段(1)中，该反应区段包括微生物固定在其上的载体(4)，以便在所述微生物的作用下通过发酵产生富含醇的醪液(3)，其特征在于该方法连续进行，并且使得用过的载体的部分(41)周期性替换为新的和/或再生的载体的部分(46)。

Description

采用微生物固定在其上的载体生产醇的方法
技术领域
本发明涉及通过含糖流体的发酵生产醇的方法。
背景技术
为了应对能源转型挑战，正在进行大量的研究以开发“绿色”方法，以替代石油精炼和/或石油化学的方式提供获得化学中间体的途径。
衍生自发酵过程的醇(例如异丙醇和正丁醇)是石油化学衍生物的最有前景的替代品之一。由属于梭菌(Clostridium)属的微生物进行的ABE(丙酮-丁醇-乙醇)发酵是最古老的工业化发酵之一，自那时以来得到了广泛研究。最近，产生异丙醇、丁醇和乙醇的混合物并且也由属于梭菌属的微生物进行的IBE(异丙醇-丁醇-乙醇)发酵已经成为许多研究的主题。
关于这类过程中采用的发酵方法，间歇生产仍然是ABE和IBE发酵的常规方法，但是这类过程表现出在0.1-0.7g/L.h范围内的低生产率(参见，例如，Jones D.T.，WoodsD.R.，1986，Acetone-Butanol Fermentation Revisited.Microbio1.Rew.，50(4)，484-524或Table 16.6Lopez-Contreras A.et a1.chapter book 16，Bioalcohol Production：Biochemical Conversion of Lignocellulosic Biomass，2010)。然而，这些生产率仍然太低，以至于无法设想经济上可行的工业过程。
还可以设想在均质反应器中用悬浮细胞进行的连续方法。然而，生产率也相对较低，并且不容易获得显著的提高。一个技术问题是发酵培养基中细胞的浓度，这主要由该过程中所用的稀释率控制。该稀释率不能太高，以避免发酵罐中的细胞“洗出”。由于这些原因，近年来对涉及微生物生物质的高保留的方法表现出极大的兴趣。存在两种方法：“细胞固定化”和通过膜过滤器保留的细胞“再循环”。本发明将主要关注细胞固定化技术。
已知用于连续方法的两种固定化技术：吸附在固体载体上和包埋(entrapment)，这两种技术均已在ABE生产的文献中进行了研究。
在第一种吸附在固体载体上的情况下，微生物物理吸附到固体表面上经由静电力、范德华力或通过细菌细胞膜与载体之间的共价键合而进行。由于微生物生物膜和发酵溶液之间没有物理屏障，因此可以根据固体载体、实施方式和操作条件实现固体载体的吸附程度、细胞脱附程度和再定殖(recolonization)程度之间的各种平衡。应注意的是，固定化细胞通常被微生物分泌的多糖(EPS：“胞外聚合物质”)包围，并且具有与细胞处于悬浮时所获得的那些不同的生长和生物活性机制(参见，例如，Halan B.，Buehler K.，Schmid A.，2012，Biofilms as living catalysts in continuous chemical syntheses，Trends inBiotechn01.，30(9)，453-465)。
根据ABE发酵的文献，已经测试并证明了几种固体载体是有利的，所述固体载体包括木炭(参见，例如，Qureshi N.，Maddox I.S.，1987，Continuous solvent productionfrom whey permeate using cells of Clostridium acetobutylicum immobilized byadsorption onto bonechar，Enzyme Microb.Techno1.，(9)，668-371)、砖块(参见，例如，Qureshi N.，Schripsema J.，Lienhardt J.，Blaschek H.P.，2000，Continuous solventproduction by Clostridiumbeijerin ckii BA 101immobilized by adsorption ontobrick，World Journal of Microbiology&Biotechnology，(16)，377-382)、和纸浆(参见，例如，Survase S.A.，van Heiningen A.，T.，2012，Continuous bio-catalytic conversion of sugar mixture to acetone-butanol-ethanol byimmobilized Clostridium acetobutylicum DSM 792，Appl.Microbiol.Biotechno1.，(93)，2309-2316)。但是，这样的固体载体不是合成的，并且可能引起发酵过程的重现性的主要问题。
在第二种包封类型(即通过包埋固定化)的情况下，将微生物引入多孔基质内，以防止它们扩散到外部培养基中，同时允许载体和营养物以及反应产物的传质。使用包封包埋技术的载体的示例包括海藻酸盐珠粒(参见，例如，Mollah A.H.，Stuckey D.C.，1993，Maximizing the production of acetone-butanol in alginate bead fluidized bedreactor using Clostridium acetobutylicum，J.Chem.Tech.Tech.Biotechnol.，(56)，83-89)，和k-角叉菜胶珠粒(参见，例如，Godia F.，Howard I.，Scott D.，Davison B.H.，1990，Use of immobilized microbial membrane fragments to remove oxygen andfavor the acetone-butanol fermentation，Biotechnol.Prog.，1990，210-213)。
专利FR-3 086 670中还提出了一种方法，其中至少一部分细菌生物质通过以生物膜形式吸附在基于聚氨酯泡沫类型聚合物泡沫的多孔材料上而固定在发酵反应器中。这种材料被证明是特别有效的，允许连续发酵过程，泡沫使得可以以足够显著的方式(即超出导致细胞洗出(wash-out)的稀释率)固定细菌。这种材料开辟了用于生产IBEA类型混合物的新途径，同时还提供了通过细菌生物质的固定化以连续模式进行生产的途径。
此外，专利FR-3086553提出了一种清洁这种聚氨酯泡沫的方法，包括使泡沫与源自发酵醪液(fermentation must)的富含醇和/或丙酮的流体和/或碱性pH下的水溶液接触。因此，一旦聚合物泡沫“耗尽”，特别是被生物质堵塞和/或饱和，就可以通过清洁使其再生，以便将其重新用于发酵反应器中，其性能与新泡沫的性能相同或相似。
然而，这种在发酵反应器中微生物固定在载体上的类型的连续生产方法仍然易受改进的影响，特别是因为它们需要瞬时阶段、细胞固定在载体上的上升(ramp-up)阶段和载体的周期性替换阶段，长期阶段不利于它们的生产率。
因此，本发明的目的是改进生产ABE或IBE醇的混合物类型的连续发酵方法，特别是为了提高它们的生产率。
发明内容
本发明首先涉及一种生产醇的方法，根据该方法，将含糖流体引入到包含微生物固定在其上的载体的反应区段中，以便在所述微生物的作用下通过发酵产生富含醇的醪液，使得该方法连续进行，并且使得用新的和/或再生的载体的部分周期性替换用过的载体的(仅)一部分。
在本发明的上下文中，“用过的”载体应理解为是指与新的载体相比其性能降低的载体，特别是通过达到给定的堵塞/饱和阈值水平，或通过达到给定的生产寿命。当载体“老龄”时，即当它已经使用了从启动到生产运行的给定时刻的一定时间时，载体通常甚至被消耗得更多。
在本发明的上下文中，“再生的”载体应理解为是指已经过处理/清洁以便再次实现与“新的”载体相似或相同的性能的用过的载体。
在本发明的上下文中，“新的”载体应理解为是指之前从未用于生产的载体，因此其还没有被微生物定殖。
因此，本发明涉及连续发酵方法，其中在发酵反应器中使用固定微生物的载体。如上简述，这些载体，有点类似化学领域中的催化剂，逐渐失活：在开始时，载体被微生物(细菌)定殖，然后载体随着时间的推移而变得负载有细菌。这种积累在一定时间段内是有益的，因为它增加了细菌生物质的浓度，因此增加了发酵反应器的容积生产率。但超出一定时间段后，该载体被细菌完全定殖，出现堵塞现象：当载体材料为块或颗粒形式时，当其材料为多孔材料时在颗粒/块之间和/或在颗粒/块内可能观察到堵塞，这随后导致产量下降。此外，必须考虑生物膜中细胞的死亡率，因此观察到的劣化是随时间推移堵塞现象增加和细菌死亡增加的组合。
本发明提出的解决方案是使用可以逐渐替换的载体，每次用新的/再生的部分替换载体的一部分。载体由此得以部分地更新：所引入的新的或再生载体的部分逐渐进而被细菌定殖，并且逐渐变得比被移除的用过的部分更有效。利用该体系，载体在整个生产运行过程中保持足够的总体效率，其中载体的部分具有不同的“年龄”。(“年龄”应理解为是指自生产运行开始以来，在时间t，由生产中的载体的一部分消耗的时间)：逐渐替换载体的消耗最多/最老龄的部分，以便用新的/再生的部分替换它们，由此保持平均“年龄”、平均劣化程度，其对于载体通常是不变的。
根据本发明，有利地，微生物以载体上/中的生物膜或聚集体的形式固定在载体上，所述载体优选选择为多孔的。
根据本发明，有利地，载体包括在反应区段中(含糖)流体的总体流动方向上连续地布置的多个载体部分，并且所述部分具有从上游到下游(相对于该流动方向)减小的劣化程度。具体而言，相对于含糖流体物流最上游的部分倾向于首先变得负载有细菌，因此其比随后的部分更劣化。因此，根据本发明，利用这个事实来实现载体的受控部分再生(rejuVenation)。
因此，根据本发明，优选地，用新的或再生的载体部分替换在载体中最上游的用过的载体部分，所述新的或再生的载体部分本身置于载体最下游部分的下游。
载体优选包括松散多孔材料块，其在生产中的反应区中浸入在浸浴所述反应区段的液体反应培养基中。这些块优选通过机械装置保持在反应区段中，所述机械装置是网状的，例如筛、网或设有孔的板，和/或以导流器(deflector)的形式。
出于本发明的目的，术语“松散”应理解为是指这些块不是相对于彼此以有序的方式布置的事实。
载体优选由泡沫类型的材料制成，或者基于聚合物(聚氨酯(PU)泡沫类型的材料)，或者基于陶瓷材料。它们在液体(水性)培养基中的行为将取决于它们的密度；特别地，相应地选择将它们保持在反应区段中的机械装置的类型/构造。
对于通过网系统保持的聚氨酯泡沫类型的多孔材料的示例，可以参考上述专利FR-3086670。
根据第一实施方案，反应区段包括反应器，并且载体包括多个层，含糖流体连续地穿过这些层，用过的载体的部分和新的和/或再生的载体的部分各自对应于载体的一层或一组相邻层。
因此，载体被分成一定数量的部分，这些部分呈层的堆叠的形式，含糖流体将连续地穿过这些层，并且将有可能用相同数量的新的/再生的载体的层周期性替换一个、两个或x个用过的载体的层。
在本发明的含义内，并且非常特别地当选择松散多孔材料块形式的载体时，术语“层”不应以字面意义理解为相对于彼此完美界定、连续且具有平面界面的层，或者完美堆叠的层：这些材料层可以具有不均匀的非平面界面，即使它们将载体分成具有大致相同高度和/或包含大致相同数量的多孔材料的部分。为了清楚起见，载体以这些“层”的堆叠的形式表示。
有利地，在该配置中，用过的载体的部分和新的和/或再生的载体的部分各自对应于载体的层，从反应器取出的用过的载体的部分是载体的最上游层，新的或再生的载体的部分在载体的最下游层的下游引入到反应器中。
在本文通篇，术语“上游”和“下游”应理解为根据反应区段(这里为反应器)中的(含糖)流体通过载体的总体流动方向而定。
根据一个变型，新的或再生的载体的部分/层以松散材料块的形式，以固体形式，特别是通过气动装置或机械装置如蜗杆引入到反应器中。
根据另一变型，新的或再生的载体的部分/层以松散材料块的形式，以在液相中，特别是以悬浮在供应反应区段的含糖流体中的形式引入到反应器中。
根据一个变型，载体的耗损部分/层以在液相中的形式从反应器中取出。它可以特别地以悬浮在离开反应器的发酵醪液的液相中的形式取出。
因此，可以为反应器装配专门用于替换多孔载体的特定入口和/或特定出口，或者替代地使用用于向反应器中供应含糖流体和从中取出发酵产物的现有入口/出口。应当注意，有利的是为发酵产物(醪液)的出口提供筛型的用于阻挡固体的机械装置，以便不会无意地排出多孔载体块(当存在专用于多孔载体的出口时将总是存在的装置，其将是可移除的，以便能够在替换过程中当要将用过的载体与发酵产物物流一起取出时将其移除/使其失去作用)。
有利地，对于该第一实施方案，在底物(substrate)的末端之一处取出用过的底物的部分/层，并在其相对的末端处用新的/再生的底物的部分/层替换用过的底物的部分/层，相对于反应区段中(含糖)流体的流动方向逆流进行。在这里使用术语“逆流”，因为通过根据本发明惯例的定义，在反应区段中流体从上游流向下游，而载体在上游取出并在下游加满。这是最明智的操作模式，因为如上所述，通常载体的最上游部分往往最多/最快地负载有细菌。术语“末端”在这里应理解为是指相对于运行中的反应器中流体的总体流动方向，载体的(上游/下游)末端。
优选地，含糖流体在包括反应器的反应区段中以总体流动方向穿过微生物固定在其上的载体，从反应器中取出用过的载体的部分，并将新的或再生的载体的部分作为替代物引入，在载体的最上游部位从反应器中取出用过的载体的部分，并在载体的最下游部位将新的或再生的载体的部分引入到反应器中。
优选从反应器中取出的用过的载体部分是载体的最上游部分，通常也是其消耗最多的部分。并且优选在下游加入新的/再生的载体的部分，以从消耗最少的下游部分接替：因此，载体的一部分不在相同位置替换，载体的一部分在其末端之一(上游端)处取出，而另一部分在其另一末端(下游端)处加入：因此，沿含糖流体穿过载体的流动方向产生或至少增强了载体的老化程度的“梯度”，载体的部分/层处于载体的越上游，它们就消耗得越多。采用这种周期性的替换，载体的“平均”老化程度基本上保持恒定，并且可以延长生产运行时间和/或对于等同的时间，使得运行时间更有生产力。
该第一实施方案可以两种不同的方式实施，其中反应器基本上沿竖直轴取向：
-或者其中含糖流体在反应器中从顶部流向底部，载体延伸经过反应器的工作容积的高度的至少一部分，用过的载体的部分在载体的最高部位从反应器中取出，新的或再生的载体的部分在载体的最低部位引入到反应器中，
-或者其中含糖流体在反应器中从底部流向顶部，载体延伸经过反应器的工作容积的高度的至少一部分，用过的载体的部分在载体的最低部位从反应器中取出，新的和/或再生的载体的部分在载体的最高部位引入到反应器中。
应当注意，如果选择反应器中流体自上而下流动，则载体的材料优选具有低密度(PU泡沫)，如果选择自下而上流动，则载体的材料优选具有较高密度(陶瓷泡沫)。
当然，可以由此并行操作多个反应器，并且任选地汇集来自每个反应器的发酵醪液的收集和处理。
根据本发明的第二实施方案，反应区段包括彼此串联流体连接的一系列n个反应器，和至少一个备用反应器。然后将载体以n个载体部分的形式在n个反应器之间分配，用新的或再生的载体的部分周期性替换用过的载体的部分通过以下方式进行：将属于串联的n个反应器的系列并包含用过的载体的部分的反应器断开连接，并将包含新的或再生的载体的部分的备用反应器连接到n-1个反应器的系列。
因此，在这里包含在一个反应器中的全部载体作为载体的“部分”，然后用另一个反应器替换整个反应器。但是，保留了与第一实施方案相同的原理，其中反应器在生产运行过程中具有从一个反应器到另一个反应器不同的老化程度的载体，最上游的反应器具有“最老龄”的载体。
优选地，断开连接的反应器是相对于含糖流体通过n个反应器系列的总体流动方向的最上游反应器，而连接的备用反应器置于在相对于所述流动方向的该系列的最下游反应器的下游。
因此，与第一实施方案的情况一样，这里存在一种载体老化程度的梯度，老化程度在(含糖)流体的流动方向上从上游到下游从一个反应器到下一个反应器减小。
因此，根据该第二实施方案，存在一系列处于生产模式的反应器，和一系列一个或多个其它反应器，其包括已经断开连接的(一个或多个)反应器，并且将能够被处理变成以等待替换的备用反应器的形式而可再次运行。
具体而言，一旦包含用过的载体的部分的反应器已经断开连接，就进行各种处理，通常包括排空和至少一个用于用过的载体的处理操作。该处理可包括清洁，以使其再生为目的的清洁类型，例如根据上述专利FR-3086553中描述的程序，或可包括用新的载体替换它。然后，任选地，可以通过灭菌继续处理，以便将其作为备用反应器储存。
根据一个任选的变型，反应区段包括至少一个反应器，其设有流体再循环回路，并且这与本发明的实施方案(独立的反应器或串联安装的反应器)无关。或者或附加地，反应区段包括至少一个设有机械搅拌装置的反应器。再循环回路和/或机械搅拌确保在装有再循环回路和/或机械搅拌的反应器中的混合，并使内容物均化。
不管设想的实施方案如何，用过的载体的部分和替换它的新的或再生的载体的部分优选具有相同的尺寸。因此，整个载体保持在恒定的尺寸。应当注意，多孔载体可以具有一定的浮力，特别是当其为聚氨酯型聚合物泡沫的松散块的形式时，这意味着如果采用固定/保持载体的合适方法，在稳定各部分的定位之后，将一部分载体从载体的一端取出，而另一部分在另一端加入(特别是第一实施方案的情况)，载体通常保持在相同的位置，在反应器中的相同“高度”(如果以竖直取向的反应器为例)。
不管设想的实施方案如何，通过从反应区段中取出用过的载体的部分并将新的和/或再生的载体的部分同时或相继引入到反应区段中，可以进行用新的和/或再生的载体的部分周期性替换用过的载体的部分。
优选地，在引入到反应区段中之前，将新的和/或再生的载体的部分灭菌。
不管设想的实施方案如何，用新的或再生的载体的部分周期性替换用过的载体的部分以恒定或增加的时间间隔，或随时间减小的间隔，或根据载体劣化程度的测量或评估控制的时间间隔进行。劣化程度可以作为各种指标的函数来评估：特别是测量或评估生产性能的下降、pH的变化、测量或评估由发酵产物产生的各种产物之间的比率的变化。
不管设想的实施方案如何，优选地，该方法在用新的或再生的载体的一部分周期性替换用过的载体的一部分过程中继续生产：
-在第一实施方案中，如果如已经提及的，随着含糖流体的供应引入新的载体并且随着离开反应器的产物物流取出用过的载体，则便于该连续替换，
-在第二实施方案中，用另一个反应器替换一个反应器可能导致生产的短暂中断，即用于将一个反应器断开连接和用于重新连接另一个反应器的时间。
在任一实施方案中，载体的这种部分替换导致更好地平稳生产。
本发明在其优选的应用中，目的在于生产包含异丙醇、丁醇和乙醇的发酵醪液，微生物源自属于梭菌属的菌株。优选地，它们由基于聚合物材料如聚氨酯或基于陶瓷材料的泡沫类型多孔载体负载。
根据本发明的一个优选实施方案，根据本发明的方法涉及生产ABE或IBE或IBEA类型的醇的混合物，根据该方法，将含糖流体引入到包括由多孔固体材料制成的载体的反应区段中，梭菌属的微生物固定在所述载体上，所述载体包含多个松散多孔固体材料的部分或层，所述部分或层在所述含糖流体的总体流动方向上连续地布置。该优选实施方案还涉及如此装配有载体的反应区段。
下面将借助于非限制性实施方式示例更详细地描述本发明。
附图说明
图1示出了根据本发明第一实施方案的方法的示例。
图2示出了根据图1所示的本发明第一实施方案的方法的另一示例的方法。
图3示出了图1中所示的方法的变型。
图4示出了图1中所示的方法的变型。
图5示出了根据本发明第二实施方案的处于生产阶段的方法。
图6示出了在部分替换微生物载体的阶段过程中的根据图5的本发明第二实施方案的方法。
所有附图都是高度示意性的，仅示出了就本发明而言最重要的元件/装置，并且特别地，未示出所有管道、阀门等。不一定遵循比例，并且从一个图到另一个图相同的附图标记对应于相同的元件、相同的物流等。使用的所有反应器都是具有竖直纵轴的圆柱形类型。
具体实施方式
根据第一个实施方案的本发明的发酵方法
借助图1至4描述了第一实施方案。图1至4的反应器1是相同的，除了流体入口/出口的配置不同。这些是常规的发酵反应器，基本上为圆柱形，其沿竖直轴取向。
首先描述了图1和2：向反应器1中供应含糖流体2，并且从中取出发酵醪液3的物流。在图1的变型中，在反应器的顶部部位向反应器1中供料，并且在反应器1的底部部位提取醪液3：反应器中的流动物流称为“下流式”。在图2的变型中，它是相反的，则称为反应器1中的“上流式”。
含糖流体2在水相中包含C5和/或C6糖。发酵醪液(其也可被称为发酵液(1iquor)或发酵醪(wine)或发酵产物)3与含糖流体2相比，其本身富含异丙醇、丁醇、乙醇和丙酮，这是通过在反应器1中所含的沉积在固体载体4上的微生物的作用下将糖转化为醇/溶剂来实现的。该载体4包含聚氨酯泡沫，其在反应器1中以松散布置的块的形式充当移动床并通过未示出的筛/网系统保留，所述筛/网系统将它们在反应器中的一定高度上保持在适当位置，如固定床。(或者，泡沫块可以以结构化方式布置，而不是松散的)。定殖在载体上的微生物是梭菌属类型的。
发酵反应器1中的发酵步骤可以在28℃至40℃，优选30℃至37℃的温度下进行，使得发酵醪液3，3′包含IBEA类型的发酵反应产物，例如异丙醇，然后将其从反应器中排出。
接下来，处理发酵醪液3(步骤未显示)，特别是用一个或多个连续的分离型步骤进行处理：例如，将其引入到分离单元，使得可以从发酵醪液中分离和提取感兴趣的化合物，将发酵醪液排出以便原样转化或升级。分离出的残余物，通常称为酒糟(vinasses)，从分离单元中排出；它们通常由水和在前述步骤中未转化或提取的任何液体或固体产物组成。分离单元可以进行一次或多次蒸馏，并且任选地进行固体物质和/或悬浮物质的分离，例如通过离心、倾析和/或过滤。
回到反应器1：因此，载体4用于固定化微生物(下文也用术语细菌或细菌生物质表示)，并通过直接在发酵反应器1中的固体载体4上吸附促进其生长。该固定化/吸附步骤也可以在未示出的辅助罐(任选的)中间接进行，例如以相对于发酵反应器1的“并入物流(instream)”模式操作：一旦负载有细菌生物质，则将固体载体4引入到发酵反应器1中。
当反应器1在运行中时，固体载体4部分地或优选完全地浸没，特别是为了增加生物膜的形成和改善性能。
固体载体具有适于实施本发明方法的形状，也就是说，它由在反应器的竖直轴上彼此上下堆叠的多个层组成，所述竖直轴也是流体通过反应器的总体流动轴。这些层被设计成能够独立于其它层从反应器中移除/添加到反应器中。在图1和2中，示出了五个层41至45，所有层具有相同的尺寸，特别是具有沿竖直轴测量的相同高度，并且所有层都是邻接的。这是一个简单的实施方案示例，本发明特别地根据反应器的尺寸来适应性改变层的尺寸和数量，并且这些层可以彼此叠加而不一定彼此接触，可以在堆叠的两个连续层之间提供空间。
如上所述，这里的载体4由松散泡沫块的堆叠组成。因此，不应以字面意义理解“层”，不具有平面界面，使得可以将载体“切割”成大约相同尺寸的部分，这里具有相同高度，或者相当于相同事物的部分，成为包含相同量泡沫的部分，这些部分沿着反应器的纵轴(这里为竖直轴)“堆叠”。
泡沫块可以是立方体或平行六面体或任何三维形状的其它元件的形式。筛型的网或网状容器10可以限定为圆柱形类型的形状，其直径小于或基本上等于发酵反应器1的内径。更通常地，层可以具有相同几何形状(圆形或非圆形)的横截面，并且略小于反应器的横截面，无论是圆柱形还是非圆柱形。在每层内，泡沫颗粒或泡沫块可以移动，它们是可移动的，但被网/筛型容器容纳。
固体载体层41至45优选相对于发酵反应器1的内壁居中。有利地，它们不干扰在反应器的入口或出口处的液体循环，特别是当其连续运行时。此外，可能存在的不溶性材料，如来源于主要谷类植物的那些不会造成任何问题。经由管线1到达的含糖流体物流也可在固体载体4的层的水平处引入，例如当第一层或多层与发酵反应器1的反应培养基的表面齐平时。有利地，当固体载体在含糖流体入口的水平处与反应培养基的表面齐平时，培养基的局部醇浓度较低，并且促进了细菌的生长。
各层41至45用灰色阴影象征性地表示，灰色阴影越深，它们包含的泡沫消耗得越多，也就是说，在反应器的生产运行中泡沫的“年龄”越高。如图1和2所示，在载体4的最上游部位，层消耗得最多/最老龄：层的位置越上游，其越老龄/消耗得越多。劣化实际上从载体的定殖开始。最终，孔变得堵塞或细菌死亡并且不再生产或生产较少，并且这种现象在首先接收含糖流体的最上游区中最显著。
根据本发明的方法包括通过将消耗最多(最上游)的层41从反应器中提取出(箭头5)，然后通过用新的或再生的层46将其替换(箭头6)来替换掉消耗最多(最上游)的层41。(该层在将其引入到反应器中之前在图中象征性地表示，因为优选以松散泡沫块的形式加入载体：自然地，在将其引入之前，载体可以在任何形状的容器中储存和输送到反应器中)。通常，在该替换之后，反应器中的载体4的高度保持不变。在替换之后，层42变成层堆叠中最老龄/消耗最多的层，而层46变成“最年轻的”。该层优选是无负载(bare)的，其仅包含聚氨酯泡沫，并且其将逐渐被来自其它层的细菌污染活化，并且其也将在泡沫的表面上生长生物膜。
如图1和2中示意性所示，可以通过在反应器侧壁中制造的专用入口/出口进行替换：为了取出用过的泡沫，可以提供专用出口，然后将排出的泡沫与其夹带的流体分离，任选地将流体再注入到反应器中。为了引入新的或再生的泡沫，可以使用蜗杆类型的气动装置或机械装置。
可以证实，根据目标生产运行时间，以合适的时间频率进行这样的部分替换，该逆流系统(在反应器中的流体循环与部分载体变换之间)是非常有利的，因为它使得可以在生产运行过程中随时间保持生产率基本恒定，并且可以增加反应器的工作时间(或以更好的生产率保持其恒定)。
图3的方法是图1的方法的一种变型：所有其它条件相同：
-首先，将再循环回路7加入到反应器中，这使得可以更好地使反应器的内容物均化并在反应器中产生有利的混合/循环，
-其次，增加呈筛、穿孔板、实心板或等同装置形式的导流器8，所述导流器在载体的高度上逐步交替布置，沿反应器的高度测量的两个连续导流器之间的间距限定了本发明意义内的载体层的高度。因此，这里使用机械装置来确定层并引导流体通过载体4的路径(特别是在实心非穿孔板的情况下)。
图4的方法是图1的另一变型。与图1的区别如下：
-首先，与图3的变型一样，提供再循环回路，
-其次，不使用用于泡沫的专用入口/出口。实际上，在这里，经由含糖流体进料入口将含糖流体引入到反应器的底部部位中，该含糖流体进料入口也用于周期性地引入新的泡沫。为此，将悬浮的泡沫块短时间地加入到含糖流体中。或者在将含糖流体引入到反应器中之前，将泡沫在上游加入到含糖流体，或者将含糖流体和泡沫共同地直接引入反应器进料入口。为了在顶部部位取出用过的泡沫，将泡沫的受控部分与醪液3一起经由醪液取出出口移除，例如通过为出口提供尺寸适于保持泡沫块的筛网，当取出用过的泡沫时，将筛网移除。
根据第二个实施方案的本发明的发酵方法
第二实施方案如图5和6中所示。使用一系列的三个发酵反应器31、32、33，它们以适当的流体连接串联安装。当然，这仅是一个示例，反应器的系列可以包括更多的反应器。与在前述实施方案中一样，所有相同的反应器是圆柱形类型的，并且竖直取向。在这里它们都是下流式反应器。将含糖流体2引入到在三个的系列中的最上游的第一反应器31的顶部部位中。发酵醪液3在该系列的最后一个反应器33的底部部位，即最下游处离开。与其它三个相同的第四个反应器34是未活化的备用反应器。
所有四个反应器都设有由如前所述的聚氨酯泡沫块组成的载体4，该载体通过网或(一个或多个)筛型的容器在每个反应器中保持在适当位置。反应器的载体4具有不同的年龄，它们布置在反应器的越上游，它们越老龄/消耗越多。以这种方式，反应器31的载体具有例如1500个生产运行小时，反应器32的载体具有1000个运行小时，反应器33的载体具有仅500个运行小时。每500小时，具有消耗最多的载体的反应器，因此在这里是反应器31，将与反应器系列的其余反应器断开连接，并且备用反应器34将在下游反应器33的下游连接。自然地，进行适当的修改：将含糖流体重新引导到反应器32的顶部部位中的入口，将离开反应器33的醪液重新引导到反应器34的顶部部位中的入口，最后的醪液从反应器34在底部部位离开。
将已经断开连接的反应器31排空并清洁。其老化的载体4被具有新的和/或再生的泡沫的载体所替代。然后将其灭菌并搁置，以构成备用反应器。可以在备用反应器总是准备就绪的情况下运行，并且清洁/准备至少一个断开连接的反应器。
来自先前反应器的大量负载有生物质的液体的到达有利于新使用的反应器34的定殖。每个反应器可以具有其自身的再循环回路(未示出)。几个系列的反应器可以并联使用，用于发酵醪液的共同收集，以便于其集中处理。
在这里也证实了，通过这种反应器的替换，可以增加生产运行时间和/或提高方法的生产率。
具体实施方式
含糖流体
根据一个或多个实施方案，含糖流体包括从木质纤维素获得的C5和/或C6糖的水溶液，和/或从产糖植物获得的糖(例如葡萄糖、果糖和蔗糖)的水溶液，和/或从含淀粉植物获得的糖(例如糊精、麦芽糖和其它低聚物，或甚至淀粉)的水溶液。根据一个或多个实施方案，C5和/或C6糖的水溶液源自可再生来源的处理。根据一个或多个实施方案，可再生来源是木质纤维素生物质类型，其可特别地包含木质基质(例如，落叶植物和针叶植物)、农业副产物(例如，秸秆)或来自产生木质纤维素废物的工业的副产物(源自农业或造纸工业)。可再生来源也可以源自产糖植物，例如甜菜和甘蔗，或源自含淀粉植物，例如玉米和小麦。C5和/或C6糖的水溶液也可源自各种可再生来源的混合物。
由梭菌属菌株产生的生物质
细菌生物质主要以生物膜的形式吸附在固体载体上。优选地，所述细菌是属于拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii)和/或丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)物种的菌株。用于所述方法的细菌可以是可经或可未经基因修饰的天然产生异丙醇的菌株和/或经基因修饰使其产生异丙醇的天然产生丙酮的梭菌属菌株。在以下实施例中，它是拜氏梭菌DSM 6423。
固体载体
固体载体包括聚氨酯泡沫。聚氨酯泡沫体是特别有利的，因为它不仅使得能够生产IBEA型混合物，而且还使得能够通过固定化细菌生物质来进行连续型生产。具体而言，聚氨酯泡沫能够以足够显著的方式(即超出导致细胞洗出的稀释率)固定梭菌属的细菌，从而使得可以连续生产IBEA型混合物。此外，聚氨酯泡沫适合于通过浸入反应器中来固定化。或者，可以使用基于(一种或多种)陶瓷材料的泡沫。
根据一个或多个实施方案，聚氨酯泡沫具有：
-体积空腔(即孔或室)，其等效球体直径为0.1至5mm，优选0.25mm至1.1mm，优选0.55至0.99mm，和/或
-在空气中测量的表观密度(即，每单位体积的表观质量)，其为10至90g/L，优选10至80g/L，优选15至45g/L，例如20至45g/L或25至45g/L。
在图5和6中所示的第二实施方案中可以使用单块的固体载体4。对于图1至4中所示的第一实施方案，可以使用堆叠的块(例如以盘的形式)。然而，优选地，固体载体包括网或网状容器，其包括大尺寸或小尺寸(至少一个尺寸为3mm至10m，例如2cm至1m)的立方体或平行六面体或任何三维形状(例如多面体)的其它元件，并且网或网状容器形成圆柱体，其直径小于或基本上等于发酵反应器1的内径。气体排放可能倾向于导致固体载体4上升：至少一个多孔板、简单的网或至少一个筛网可足以将例如处于运动中的固体载体4保持在发酵反应器1中。
根据本发明优选的运行条件，以及实施例中所用的运行条件
-(一个或多个)反应器中的温度为28℃至40℃，优选30℃至37℃，在此特别地为36℃
-(一个或多个)反应器中的压力基本上为大气压(加上(一个或多个)反应器中的水压头)
-含糖流体的浓度为65至35g/L，优选40至60g/L，在此特别为44g/L(水性培养基)
-(一个或多个)反应器以所施加的稀释率连续运行
-目标发酵产率为0.28g至0.34g IBEA产物/g所用的糖，在此特别为0.31g IBEA产物/g所用的糖。
-微生物是拜氏梭菌DSM 6423
-多孔载体4是尺寸为20mm×20mm×7mm(但如上所述，可以具有其它尺寸，例如更小的尺寸，如：5mm×5mm×3mm或10mm×10mm×7mm，或更大的尺寸)的小的松散平行六面体形式的PU泡沫
-对于所有以下实施例，考虑8个发酵反应器的设备，每个反应器限定400m3的工作客积。
实施例1(对比)
8个发酵反应器填充有固体载体4，并且每个反应器运行给定的生产运行期，这里为1500小时。然后将它们全部排空、清洁和灭菌。然后再次用载体填充它们以用于1500小时的新生产运行期。
将反应器排序(使得它们以时间交错方式运行)以便在下游具有通常连续的生产。在反应器的下游还提供缓冲罐以使下游区段的流速平稳。
对于给定的反应器，假设遵循以下生产率分布p：
-上升：从0到500小时，从0g/L.h增加到2g/L.h
-生产：从0到1500小时，恒定生产率为2g/L.h
排空/清洁/灭菌/再填充反应器所需的时间为150小时。根据上述生产率分布，每个反应器运行1500小时。这个分布相当于在1500小时内恒定的表观生产率为1.67g/L.h。
对于150小时+1500小时，即总共1650小时，反应器产生以下量P1的醇：
P1＝1.67*1E-6*400*1000*1500＝1000t，即1000吨的醇。
反应器运行经过一年，即8000小时，8000/1650个生产循环，即4.85个循环，因此产生4850吨的醇。
计算反应器的时间滞后T，其等于排空时间+清洁时间+灭菌时间+再填充时间+最长运行时间除以反应器的数量-1，即：
T1＝(150+1500)/7＝235.7h
因此，在任何时刻，七个反应器处于运行中，并且一个正在清洁。然后一年生产33950吨的醇。
实施例2(根据本发明)：
这实施了根据图1的本发明的第一实施方案(其类似地适用于根据图2至4之一的变型)。
在该实施例的情况下，在8个反应器的每一个中连续更新载体。因此，在清洁之前，每个反应器可以运行长达3000小时，或者甚至5000小时。
对于5000小时的生产，生产率分布变为：
-上升：从0到500小时，从0g/L.h增加到2g/L.h
-生产：从0到5000小时，恒定生产率为2g/L.h
这个分布相当于在5000小时内恒定的表观生产率p为1.90g/L.h。
对于150小时+5000小时，即5150小时，反应器产生以下量P2的醇：
P2＝1.9*1E-6*400*1000*5000＝3800t，即3800吨的醇。
反应器运行经过一年，即8000小时，8000/5150，即1.56个生产循环，并由此产生5903吨的醇。
计算反应器的时间滞后T2，其等于排空时间+清洁时间+灭菌时间+再填充时间+最长运行时间除以反应器的数量-1：
T2＝(150+5000)/7＝735.7h。
因此，在任何时刻，七个反应器处于运行中，并且一个正在清洁。然后一年生产41320吨的醇，即与实施例1相比产量增加21.7％，这是非常显著的增加。
实施例3(根据本发明)：
这实施了图5和6所示的本发明的第二实施方案。
对于给定的反应器，假设遵循以下生产率分布：
-上升：从0到500小时，从0g/L.h增加到2g/L.h
-生产：从0到1500小时，恒定生产率为2g/L.h
排空/清洁/灭菌/再填充反应器所需的时间为150小时。
计算反应器的时间滞后T3，其等于最长运行时间除以反应器的数量：
T3＝1500/8＝187.5h。
反应器运行经过一年，即8000小时，8000/1500个生产循环，即5.33个循环。8个反应器R1至R8各自具有根据下表1的不同年龄T，“0”表示“正在清洁”等：
表1
/>
根据下表2，8个反应器各自具有不同的生产率p：
表2
T(h) 0 187.5 375 562.5 750 937.5 1125 1312.5 1500
pR1(g/L.h) 0 2 2 2 2 2 0.75 0.25 0
pR2 0.25 0 2 2 2 2 2 0.75 0.25
pR3 0.75 0.25 0 2 2 2 2 2 0.75
pR4 2 0.75 0.25 0 2 2 2 2 2
pR5 2 2 0.75 0.25 0 2 2 2 2
pR6 2 2 2 0.75 0.25 0 2 2 2
pR7 2 2 2 2 0.75 0.25 0 2 2
pR8 2 2 2 2 2 0.75 0.25 0 2
然后可以根据下表3计算8个反应器的产量P，以kg为单位按重量表示：(应当注意，该表的每个框指示经过所考虑的187.5小时的时间间隔的产量，而不是自从时间T＝0以来的累积产量。)
表3
因此，每个生产循环产生6600000kg，即6600吨的醇。因此，在每年5.33个生产循环的情况下，用该技术产生35200吨/年的醇，这对应于与实施例1的结果相比产量增加3.7％，这不是微不足道的。
总之，在生产过程中部分更新固定化载体，使用不同年龄的载体部分的情况下，可以采用不同的设备配置，或者使用一个(或多个)逆流移动床反应器(实施方案1)，或者使用一系列模拟移动床反应器(实施方案2)。无论是根据第一实施方案还是第二实施方案，对于相同数量的反应器，本发明都使得可以提高产量。
每种配置还具有其特有的优点：第一实施方案是最经济的实施方式，并且是提供最大的产量增益的实施方案，而第二实施方案就其本身而言具有可能更容易的工业实施。

Claims (17)

1.一种生产醇的方法，根据所述方法将含糖流体(2)引入到反应区段(1)中，所述反应区段包括微生物固定在其上的载体(4)，以便在所述微生物的作用下通过发酵产生富含醇的醪液(3)，其特征在于，所述方法连续进行，其特征在于，用新的和/或再生的载体的部分(46)周期性替换用过的载体的部分(41)。
2.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，所述微生物以生物膜或聚集体的形式固定在所述载体(4)上，所述载体是多孔的。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述载体(4)包括在所述反应区段(1)中的所述含糖流体(2)的总体流动方向上连续地布置的多个载体部分，并且其特征在于，所述部分具有从上游到下游减小的劣化程度。
4.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，用置于所述载体的最下游部分的下游的新的和/或再生的载体的部分(46)替换在所述载体(4)中最上游的用过的载体的部分(41)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述载体(4)包括松散多孔固体材料块，特别是基于聚合物泡沫或陶瓷材料泡沫，所述松散多孔固体材料块浸入在浸浴所述反应区段的液体反应培养基中，并且所述松散多孔固体材料块通过机械装置保持在所述反应区段中，所述机械装置是网状的，例如筛或网，和/或以导流器(8)的形式。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述反应区段包括反应器(1)，并且其特征在于，所述载体包括多个层(41、42、43、44、45)，所述含糖流体(2)连续地穿过所述层，所述用过的载体的部分(41)和所述新的和/或再生的载体的部分(46)各自对应于所述载体的层，从所述反应器取出的用过的载体的部分是所述载体的最上游的层并且新的或再生的载体的部分在所述载体的最下游层的下游引入到所述反应器中。
7.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，所述新的和/或再生的载体的部分/层(46)以松散材料块的形式引入到所述反应器中，以固体形式，特别是通过气动装置或机械装置如蜗杆引入，或以在液相中，特别是悬浮在供应所述反应区段的含糖流体中的形式引入。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述载体的用过的部分/层(41)以在液相中的形式从反应器中取出，特别是以悬浮在离开反应器的发酵醪液的液相中的形式从反应器中取出。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，在底物的末端之一处取出用过的底物的部分/层(41)，并在其相对的末端处用新的和/或再生的底物的部分/层(46)替换所述用过的底物的部分/层，相对于所述反应区段中的所述含糖流体(2)的流动方向逆流进行。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述反应器(1)基本上竖直取向，其中：
-或者所述含糖流体(2)在所述反应器中从顶部流向底部，并且所述载体(4)延伸经过所述反应器的工作容积的高度的至少一部分，用过的载体的部分(41)在所述载体的最高部位从所述反应器中取出，并且新的和/或再生的载体的部分(46)在所述载体的最低部位引入到所述反应器中，
-或者所述含糖流体(2)在所述反应器中从底部流向顶部，并且所述载体延伸经过所述反应器的工作容积的高度的至少一部分，用过的载体的部分(41)在所述载体的最低部位从所述反应器中取出，并且新的和/或再生的载体的部分(46)在所述载体的最高部位引入到所述反应器中。
11.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述反应区段包括彼此串联流体连接的一系列n个反应器(31、32、33)，和至少一个备用反应器(34)，所述载体(4)以n个载体部分的形式在n个反应器之间分配，并且其特征在于，用新的或再生的载体的部分周期性替换用过的载体的部分通过以下方式进行：将属于串联的n个反应器的系列且包含用过的载体的部分的反应器(31)断开连接，并且将包含新的或再生的载体的部分的备用反应器(34)连接到n-1个反应器的系列。
12.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，断开连接的反应器(31)是相对于所述含糖流体(2)通过n个反应器的系列的总体流动方向的最上游反应器，并且其特征在于，连接的备用反应器(34)置于相对于所述流动方向所述系列的最下游反应器(33)的下游。
13.根据权利要求11和12中任一项所述的方法，其特征在于，一旦包含用过的载体的部分的反应器(31)已经断开连接，就将其排空并且进行至少一个操作以处理所述用过的载体，所述操作属于以使所述用过的载体再生为目的的清洁类型，或者用新的载体替换所述用过的载体，然后任选地将其灭菌，以便将其作为备用反应器储存。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述反应区段包括至少一个反应器(1)，所述反应器设有流体再循环回路(7)。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，用新的和/或再生的载体的部分(46)周期性替换用过的载体的部分(41)以恒定或增加的时间间隔、或随时间减小的间隔、或根据载体劣化程度的测量或评估控制的时间间隔进行。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，产生包含异丙醇、丁醇和乙醇的发酵醪液，所述微生物源自属于梭菌属的菌株并且由所述多孔载体负载。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法是用于生产ABE或IBE或IBEA型的醇的混合物的方法，根据所述方法，将含糖流体(2)引入到包括由多孔固体材料制成的载体(4)的反应区段(1)中，梭菌属的微生物固定在所述载体上，所述载体包括松散多孔固体材料的多个部分或层，所述部分或层在所述含糖流体(2)的总体流动方向上连续地布置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3205377A1 (de) * 1982-02-16 1983-08-25 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Verfahren und vorrichtung zur kompressionsregenerierung flexibler poroeser materialien
FR2550220B1 (fr) * 1983-08-01 1986-03-14 Multibio Procede et installation pour la production d'ethanol partant de substrats sucres concentres
US5079011A (en) * 1988-09-27 1992-01-07 Cultor, Ltd. Method using immobilized yeast to produce ethanol and alcoholic beverages
FR3086553B1 (fr) * 2018-09-28 2020-11-13 Ifp Energies Now Procede de nettoyage d’un support solide de reacteur fermentaire comprenant une mousse de polyurethane contaminee
FR3086670B1 (fr) 2018-09-28 2024-05-31 Ifp Energies Now Procede de production d’alcools avec clostridium sur support solide

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