CN1197951C - 具有一个或多个脱气段的用于水溶液的连续生物催化转化的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在具有以并联或串联方式互连的一个或多个转化/脱气段的反应器中，含有生物催化可转化物质的水溶液的连续生物催化转化的方法，各转化/脱气段包括串联互连的生物反应器和脱气设备，其中在各转化/脱气段中，在第一工艺步骤中，含有生物催化可转化物质的水溶液以连续料流给入到生物反应器的进口，在那里它与生物催化剂接触，和其中在第二工艺步骤中，生物催化转化的溶液从生物反应器的出口转移到脱气设备的进口，和离开线路中的最后脱气设备的出口的脱气溶液的至少一部分以连续料流给入到线路中的第一生物反应器的进口。本发明进一步涉及用于实施这种方法的装置。

Description

具有一个或多个脱气段的用于水溶液的 连续生物催化转化的方法和装置
发明领域
本发明涉及用于在具有以并联或串联方式互连的一个或多个转化/脱气段的反应器中连续生物催化转化含有生物催化可转化的物质的水溶液的方法和装置，各转化/脱气段包括以串联方式互连的至少一个生物反应器和至少一个脱气设备，其中在各转化/脱气段中，在第一工艺步骤中，含有生物催化可转化的物质的水溶液以连续料流给入到第一生物反应器的进口或并联方式互连的两个或多个第一生物反应器的共同进口，在那里它与至少一种生物催化剂在形成至少一种气体和至少一种固体或液体产物的条件下接触，和在第二工艺步骤中，生物催化转化的溶液从最后生物反应器的出口或两个或多个并联连接的最后生物反应器的共同出口管线中转移到脱气设备的进口，和离开线路中最后脱气设备的出口的生物催化转化、脱气的溶液的至少一部分以连续料流给入线路中的第一生物反应器的进口。本发明进一步涉及用于进行这种方法的装置。
背景技术
近年来，对利用固定生物催化剂，象酶和微生物的应用的兴趣增加。用固定生物催化剂的连续生物催化转化可观地降低了生产成本，例如通过减少转化时间和与用过的生物量相关的废物量。生物催化的特别令人感兴趣的领域是通过有机物质的生物催化转化的非酒精和酒精饮料的生产，例如在酿造和酒工业中，或者是气体的生产，象甲烷的生产。
如今固定酵母技术已经由几个啤酒厂以全工业规模成功地用于无酒精啤酒的制造或用于一次发酵啤酒的二次发酵(成熟)。在这两种工艺中，酵母被固定在柱反应器中的固体、不能压缩的载体材料的固定床上，经过该固定床麦芽汁或生啤酒作为活塞流连续通过。这是相对容易完成的，因为在无酒精啤酒的制造中，麦芽汁不被发酵，和在二次发酵中，生啤酒几乎完全被稀释，以致所形成的小量二氧化碳将停留在溶液中。
在麦芽汁的初次发酵中，情形要困难得多。在麦芽汁的发酵(生物催化转化)过程中释放的二氧化碳气体的量要比上述方法中大得多，将引起载体床的沟流，紊乱活塞流，减少有效反应器体积和引起产物的发泡。另一个问题是在快速生物催化转化中产生的反应热的去除。因此，反应器温度的保持是困难的，如果不是不可能的话。这在其中温度对酵母代谢和对香味化合物的生成具有显著影响的饮料发酵中是主要的缺陷。
在这些年来，已经公开了关于啤酒的固定初次发酵的许多实验室和中试规模的研究，例如参见Monograph XXIV of European BreweryConvention，Symposium Immobilized Yeast Applications in the BrewingIndustry，Verlag Hans Carl Getrnke-Fachverlag，Nürnberg，1996，ISBN 3-418-00749-X。例如，Yamauchi和Kashihara已经使用了包括串联的连续搅拌釜和填充床反应器的两段工艺。Kronlf等人已经使用了串联的两个填充床反应器。然而，在这些和其它情况下，技术问题已经使得工艺的实际操作变得困难，导致了对生物催化转化的薄弱控制。如上所述，这些技术问题的本质原因是二氧化碳的剧烈形成。此外，在初次发酵中产生的大量反应热使温度变得难以控制，如果不是不可能达到的话。Yamauchi和Kashihara以及Kronlf等人已经达到了大约2天的发酵时间。
US-A 5,079,011公开了用于生产乙醇和酒精饮料的方法，其中含有生物催化可转化的物质的液体被泵抽通过具有固定酵母的系列互连反应器。在相互连接点，释放压力以去除在前一反应器中形成的大部分的二氧化碳。这样，可以获得高乙醇浓度，而没有由气体二氧化碳所引起的问题。然而，该方法是代价昂贵的和无法实施，因为必须使用几个反应器和释压设备来达到完全适中的乙醇浓度。压力受反应器设计的限制以及受酵母的耐压性的限制。作为实例，在具有5.5％w/w的目标乙醇浓度的啤酒发酵中，其中在一个反应器中最大可允许的压力是4巴和发酵温度是15℃，二氧化碳的溶解度是7.0g/l。在1巴的压力中，溶解度分别是1.8g/l。因此，在各反应器中允许形成的二氧化碳的最大量是5.2g/l，这对应于0.54％的乙醇浓度。因此，需要十一个反应器用于该目的。实际上，所需的反应器的数目是更高的。
上述问题原则上适用于所有其它生物催化工艺，在这些工艺中，含有生物催化可转化物质的水溶液通过使用生物催化剂在形成至少一种气体和至少一种产物下被转化。这种工艺的实例是药物的生物催化生产或产物流的生物催化处理，其中目的是生产一种或多种有用气体，例如甲烷。
因此，本发明的目的是提供一种克服了上述缺点的工艺。本发明的目的尤其是提供了用于含有生物催化可转化的物质的水溶液的连续生物催化转化的工艺。本发明的进一步目的是用于这种生物催化转化的工艺，它比现有技术的工艺快或使用较少的设备，或者具有这两种优点。本发明的又一个目的是提供用于这种生物催化转化的工艺，该工艺具有更佳的总控制能力，控制的稳定状态，具有压缩体系的经济优点，对由于高水平代谢产物引起的污染的不敏感性，与现有技术的已知工艺相比的更恒定的营养物流和更佳的流动控制。
本发明的还一个目的是提供用于成功地实施上述工艺的装置。
发明内容
本发明的目的通过使要转化的液体经反应环路循环一个或多个周期来解决，其中在生物催化转化的过程中产生的气体在生物催化转化之后的各周期的过程中被去除。
如果象在本发明中描述的这种再循环工艺用于酒精的生产，例如用于酒精饮料的生产，则生物催化转化进行到接近产物的终浓度。已知的是，由于产物抑制，乙醇发酵的速度是有限的。因此，人们预期，在这种情况下的生物催化转化将比没有再循环的单程工艺慢。然而，发明人已经发现，该生物催化转化是非常快的。在啤酒发酵中使用本发明，高比重啤酒能够在20小时或低于20小时内发酵。
本发明的主题因此是用于在具有以并联或串联方式互连的一个或多个转化/脱气段的反应器中，连续生物催化转化含有生物催化可转化的物质的水溶液的方法，各转化/脱气段包括一个或两个或多个生物反应器和一个或两个或多个脱气设备，其中一个或多个生物反应器和一个或多个脱气设备以串联方式互连，和其中在各转化/脱气段中，在第一工艺步骤中，含有生物催化可转化的物质的水溶液给入到生物反应器的进口，在那里它与生物催化剂在形成含有至少一种气体和至少一种产物的生物催化转化的溶液的条件下接触，以及其中在第二工艺步骤中，生物催化转化的溶液从生物反应器的出口或者两个或多个生物反应器的共同出口管线转移到脱气设备的进口或者两个或多个脱气设备的共同进口管线，在那里至少部分脱气以形成脱气溶液，离开线路中最后脱气设备的出口或者两个或多个最后脱气设备的共同出口的脱气溶液的至少一部分以连续料流给入到线路中第一生物反应器的进口或给入到两个或多个第一反应器的进口用的共同给料管线。
本发明的另一个主题是用于连续生物催化转化含有生物催化可转化物质的水溶液的装置，包括：
-装有至少一种生物催化剂的一个或两个或多个生物反应器，各生物反应器有至少一个进口和至少一个出口，
-循环管线，它具有经用于水溶液脱气的至少一个设备与至少一个生物反应器的至少一个出口连接的进口，和经用于水溶液循环的设备与至少一个生物反应器的至少一个进口连接的至少一个出口，
-在用于水溶液循环的设备的下游位置与循环管线连接的至少一根进料管线，和
-在用于水溶液循环的设备(4)的上游位置连接于循环管线的至少一个出口(排出管线)。
发明详述
在本文中使用的术语“气体”涉及在大约0℃的温度和大约1巴的压力下为气体状态的物质。术语“气体”因此也包括了这种物质，它部分或完全溶解于水溶液或在生物反应器中的条件下是处于液体状态，但在上述情形下，是在气体状态。至少高度溶解于上述水溶液的气体的实例是二氧化碳。
在本文中使用的术语“产物”涉及由所使用的生物催化剂产生的固体或液体代谢产物，不管是否该气体或这种产物决定根据本发明方法的经济价值。在优选的实施方案中，该产物至少部分溶解于含有生物催化可转化的物质的水溶液中。生物催化剂的代谢能够仅产生一种产物，然而，也在本发明范围内的是，生物催化剂产生两种或多种产物，其至少一种是所需产物。所需产物的实例是乙醇，例如在葡萄酒、啤酒或苹果酒中，或者药学可应用的产物。
本文所使用的术语“代谢物”涉及生物催化剂中代谢活动的产物。代谢产物通常通过在生物催化剂中的酶的作用来获得。当生物催化剂是活性细胞时(其中术语“活性”指生物催化剂本身繁殖的能力)，术语“代谢物”是指这种活性细胞的所有代谢产物。然而，术语“代谢物”还涉及由不是“活性”细胞的一部分的单一类型酶或其它生物催化活性物质产生的一种产物或者两种或多种不同产物。
本文所使用的术语“生物催化转化”是指如上述那样，通过生物催化剂的作用，从可降解的碳水化合物至至少一种气体和至少一种产物的转化。
本文所使用的术语“生物催化剂”是指能够以代谢方式将生物催化可转化的物质转化成至少一种气体和至少一种产物的微生物或酶。生物催化剂的实例是微生物象细菌、真菌或酵母象Aspergillus niger(黑曲霉)，Rhizopus ozyzae，Zymomonas mobilis或Saccharomycescerevisiae。
本文所使用的术语“含有生物催化可转化物质的水溶液”是指生物催化可转化的物质的水溶液，它能够被如上所述的生物催化剂生物催化转化成至少一种气体和至少一种产物。该术语包括了所有类型的这种水溶液，不管它们的来源和它们的生物催化可转化物质的浓度如何。象在本发明的优选实施方案中使用的典型的水溶液是麦芽汁，水果汁，浆果汁，糖浆，饴糖，植物水解液，用任何水果、浆果、麦芽或类似提取物调味的糖浆或在任何酒精饮料，尤其啤酒、苹果酒、葡萄酒或蒸馏酒的生产中使用的任何其它含水底物。在本发明的进一步优选的实施方案中，该术语代表麦芽汁。在这些实例中，生物催化可转化物质的浓度当然能够根据终产物预期具有多少酒精和多少甜度来广泛变化。生物催化可转化物质的典型总浓度能够在1到大约400g/l，例如10到大约300g/l，或大约50到大约250g/l的范围，包括天然存在和所添加的生物可转化物质。
本文中所使用的术语“生物催化可转化的”代表物质被生物催化剂转化成至少一种气体和至少一种产物的性能。
本文中所使用的术语“转化/脱气段”是指包括至少一个生物反应器(在其中生物催化可转化的物质通过至少一种生物催化剂进行生物催化转化，不管生物反应器的形状、体积、型号或其它特征如何)和至少一个脱气设备(在其中在生物转化的过程中产生的气体能够被去除)的装置。
转化/脱气段能够仅由一个生物反应器和一个脱气设备组成，然而，它也能够包括附加的其它设备，例如用于去除固体的一个或多个设备，这些设备能够在生物反应器和脱气设备之间添加或在脱气设备之后添加，或者包括这两种情况。
本文所使用的术语“生物反应器”是指生物催化转化能够在其中发生的一种空间。术语“生物反应器”包括使所要进行生物催化转化的溶液与生物催化剂接触的任何设备，象搅拌釜反应器、流化床反应器、篮式反应器、活塞流反应器或过滤反应器，象膜过滤反应器或陶瓷过滤反应器。还可能使用上述反应器类型的两种或多种的结合作为生物反应器。进行生物催化转化的含有许多规定流路的单一容器仍然被定义为一个生物反应器，不管规定它包含流路或生物催化转化阶段的数目如何。这种具有许多流路的容器的实例是柱反应器，具有形成通道的陶瓷内插件或许多陶瓷内插件，其中液体流基本上或完全通过内插件或多个内插件的通道导引。
在本文中定义的生物反应器一般具有至少一个进口和至少一个出口。所要进行生物催化转化的水溶液经至少一个进口给入到生物反应器中，生物催化转化的产物经至少一个出口排出。生物反应器能够具有一个以上进口和一个以上出口。能够在反应器中不同的位置用不同的进口向反应器中供给原料，例如用来获得生物反应器的更均匀的性能，或者在不同的位置用不同的进口供给生物反应器不同的原料。生物反应器还能够具有一个以上出口，例如以便在生物转化的不同阶段排出产物。
在本发明的基本装置中，转化/脱气阶段仅含有一个生物反应器，它具有至少一个进口和至少一个出口。然而，也可能的是，在一个转化/脱气阶段中使用两个或多个生物反应器。如果使用两个或多个生物反应器，它们能够以串联或并联方式互连。
在本发明的全文中使用的术语“以串联方式互连”是指一个接一个的两个或多个设备，例如生物反应器的系列，其中第一个设备的排放物能够用作第二件设备的输入物，第二件设备的排放物能够用作第三件设备的输入物，等等，直到在系列中的最后一个设备。
在本发明全文中使用的术语“以并联方式互连”是指彼此平行的两个或多个设备的系列，具有共同的供料管线和共同的排出管线或出口。
两个或多个生物反应器的串联互连能够是有效的，当需要在各反应器中达到不同的目的时。如果两个或多个生物反应器以串联互连方式使用时，不是全部的生物反应器必须有助于气体形成。在一些情况下，例如优选在第二个产物在第二个生物反应器中被生产之前，在第一个生物反应器中生产出某些产物。例如在酒精饮料的生产中，第一个生物反应器能够用于食用香料的形成，第二个生物反应器能够用于生产酒精。如果需要或优选使用食用香料或酒精形成的两个或多个阶段，生物反应器的数目就得增加。
在本发明的优选实施方案中，串联方式互连的生物反应器的最大数目是大约50，取决于生物反应器的尺寸和预期的产物产量。
还在本发明范围内的是，两个或多个生物反应器以并联方式互连。以并联方式互连的意思是生物反应器具有用于生物反应器的各进口的共同给料管线，供给各生物反应器含有生物催化可转化的物质的水溶液的相同原料，或者当生物反应器具有一个以上不同进口和各不同进口供给不同原料时，具有两根或多根共同给料管线。
生物反应器的并联互连例如能够是有效的，如果需要高产物产量和所使用的生物反应器的尺寸是有限的，例如由于技术或经济原因。如果两个或多个生物反应器以并联方式互连，优选的是，各生物反应器进行相同的任务。在酒精饮料的生产中，串联互连的生物反应器例如能够进行食用香料化合物的生产或酒精的生产。
以并联方式互连的生物反应器的数目能够是非常高的，取决于所使用的生物反应器的数目和所需的产量。从经济角度来看，用于并联互连的生物反应器的数目的上限是大约10,000。一般，并联互连的生物反应器的数目是低于大约1000或低于大约500，例如大约100或50或更低。
还在本发明范围内的是，两个或多个生物反应器串联连接成一列，两个或多个这种列再以并联方式连接。作为用于生产酒精饮料的实例，一列能够由生产饮料的某些食用香料的第一反应器和生产酒精的第二生物反应器组成。两个或多个这种列然后能够以并联方式互连，在该列中第一生物反应器的各进口是由共同给料管线加料，和在该列中的第二生物反应器的排出物供给于用于排出产物的共同管线。这种系统当然能够按比例增加到许多串联连接的生物反应器形成一列，以及许多的这种列以并联方式互连。
另外，在各转化/脱气段中的一个生物反应器或者两个或多个生物反应器能够具有用于逆转生物反应器中的流向而不会改变转化/脱气段中的流向的器件。这尤其能够用于活塞流反应器，其中在流向逆转时，流化床反应器产生了。
总之，转化/脱气段能够具有一个或多个生物反应器，其中两个或多个生物反应器能够以串联或并联方式互连。在本发明范围内的是，能够使用在两个或多个生物反应器之间的其它类型的连接，例如为获得更均匀的流动，减少压力下降，或类似作用。
根据本发明的转化/脱气段还包括至少一个脱气设备。
在本文中使用的术语“脱气设备”包括能够从液体除去气体的任何设备，象任何汽提设备，气体可透过膜装置，水力旋流器或闪蒸罐，其中气体通过增加液体的表面积从载有气体的液体中除去。根据本发明的脱气设备具有用于将要脱气的产物流的至少一个进口和用于脱气过的产物流的至少一个出口。在优选的实施方案中，脱气设备还具有用于去除气体的至少一个出口。根据本发明的“脱气设备”能够在环境压力(大约1巴)之上、环境压力或环境压力之下的任何压力下操作，只要它完成从液体中部分或完全除去气体或两种或多种气体的混合物的任务。
在本发明中，一个脱气设备，或者两个或多个脱气设备连接到一个生物反应器或者两个或多个生物反应器，其连接方式应使得来自生物反应器出口或者两个或多个生物反应器出口的排出物(产物流)给入到一个或两个或多个脱气设备的进口中。在一个转化/脱气阶段中，单个生物反应器的至少一个出口或两个或多个生物反应器的每一个的至少一个出口连接到一个脱气设备的进口或者两个或多个脱气设备的进口。
当使用两个或多个脱气设备时，它们能够以串联方式或并联方式互连。在本发明的优选实施方案中，两个或多个脱气设备以并联方式互连。
脱气设备能够具有使设备在减压下操作的器件。一般，在减压下的操作通过在设备中应用真空来获得，通常使用一个或多个真空泵，它们通过位于设备的液体水平以上的一个或多个出口连接于设备。在脱气设备中的压力能够在大约0.01巴到稍低于生物反应器的压力，例如从大约0.1巴到大约10巴，或从大约0.2巴到大约4巴，只要能够实现去除部分液体的任务。
本文描述的脱气设备能够具有在脱气设备中限制或防止发泡的器件。这种器件能够是机械器件象超声波发生器或喷水装置或者能够是便于添加化学消泡剂，象硅基消泡剂(因为它们在本领域中是已知的)的器件。
总之，转化/脱气段能够具有一个或多个脱气设备，其中两个或多个脱气设备能够以串联或并联方式互连。在本发明范围内的是，能够使用其它类型的在两个或多个脱气设备之间的连接。
除了上述设备以外，根据本发明的转化/脱气段能够包括用于改进整个段的可操作性和根据本发明的方法的附加设备。这些附加设备(单元操作)能够是热交换设备、除去固体用的设备、阀、阀控制装置、气体注入(例如空气注入)用的设备、用于添加生物催化剂的设备、用于排出液体或添加液体的设备等等。
附加设备能够位于所述转化/脱气段中的任意位置，例如在两个或多个生物反应器之间，或者在两个或多个脱气设备之间，或者在生物反应器或两个或多个生物反应器与脱气设备或两个或多个脱气设备之间。
然而，还在本发明范围内的是，安置附加设备或者两个或多个上述附加设备，使得在两个或多个生物反应器或者两个或多个脱气设备或者两个或多个转化/脱气阶段当中的几个仅使用一个上述的附加设备。
所有上述附加设备能够为使用它们的所有生物反应器或脱气设备或转化/脱气段进行连续运行，或它们能够间歇运行，例如以固定的间隔或取决于某些工艺条件。当附加设备被两个或多个生物反应器或者两个或多个脱气设备或者两个或多个转化/脱气段使用时，它能够连续运行或通过依次连续地操作供利用它的各生物反应器或脱气设备或转化/脱气段用的该设备来接连使用，或者它能够间歇地供使用该设备的所有生物反应器或脱气设备或转化/脱气段使用，或者它甚至能够以连续和间歇方式使用。例如，当固体在液体流中的积聚较慢时，连续的固体去除可以不是必要的。在这种情况，几个转化/脱气段能够共用一个用于轮流从各料流中间歇去除固体的设备。
取决于所要从液体中去除的固体的量，理想的是，为各生物反应器或各脱气设备或各转化/脱气段提供去除固体的设备。然而，也在本发明范围内的是，许多生物反应器或脱气设备或转化/脱气段仅具有一个用于去除固体的设备。
因此，在本发明的一个实施方案中，两个或多个生物反应器或者两个或多个脱气设备或者两个或多个转化/脱气段能够具有用于去除固体的一个共用设备。如果生物反应器或脱气设备或转化/脱气段的数目足够高，该数目中的两个或多个部分能够共用一个用于去除固体的共同设备。
进一步理想的是，将用于去除固体的设备安置在生物反应器或两个或多个生物反应器的上游，例如在线路中的第一个生物反应器或一系列第一个生物反应器的上游。这种安置在一个生物反应器或两个或多个生物反应器的上游的用于去除固体的设备能够是根据本发明方法的用于去除固体的唯一设备，然而，它还能够与如上所述的用于去除固体的两个或多个设备结合使用。
在本发明的另一个实施方案中，转化/脱气段具有至少一个用于去除固体的设备。如果转化/脱气段包括仅一个这种设备，优选的是，将它安置在生物反应器和脱气设备或者两个或多个脱气设备之间，或者，如果转化/脱气段包括两个或多个生物反应器，则安置在线路中的一个最后生物反应器或者由两个或多个生物反应器组成的并行装配组中的多个最后生物反应器与该脱气设备或者该两个或多个脱气设备之间。如果使用两个或多个用于去除固体的设备，至少一个设备如上所述安置，其余设备优选安置在生物反应器的下游，优选在生物反应器的至少一个出口或附近。在本发明的进一步优选的实施方案中，如果使用以串联互连的两个或多个生物反应器，用于去除固体的设备安置在线路中的各生物反应器之间。在本发明范围内的是，使用适合于从液体流中去除固体的任何设备作为用于根据本发明的去除固体的设备。
用于去除固体的设备的实例是静态或动态过滤器或离心机，象圆盘堆叠式离心机。其它机械分离方法也可以应用。
转化/脱气段还能够包括用于加热或冷却液体料流的一个或多个热交换设备。本文所使用的术语“热交换设备”涉及能够加热或冷却经过该设备的液体或气体料流的设备。这种热交换设备能够安装在转化/脱气段的任何位置，需要加热或冷却的任何地方，例如，加热设备能够安装在脱气设备或者两个或多个脱气设备的进口的上游，以便加热进入脱气设备的液体，而有利于气体从液体中除去。其它的热交换设备能够安装在一个或多个脱气设备的下游，以便冷却离开脱气设备或多个脱气设备的出口的液体。
如上所述，在本发明中使用的生物反应器装有一种生物催化剂或者两种或多种生物催化剂。如果在一个生物反应器中使用两种或多种生物催化剂，它们能够作为混合物或单独，例如按次序使用，如果生物反应器的类型和生物催化剂便于单独排列布置。生物催化剂或两种或多种生物催化剂能够作为在所要进行生物催化转化的液体中的分散体(流化床)使用，或者它们能够在固定床中使用。生物催化剂能够以它的游离形式使用或者它能够以化学或机械方式固定在载体材料上。
在本发明优选的实施方案中，生物催化剂或两种或多种生物催化剂以化学或机械方式固定在载体材料上。作为载体材料，能够使用能够化学或机械固定生物催化剂象上述生物催化剂的任何固体材料。适合的载体材料的实例是玻璃珠、藻酸盐珠、颗粒DEAE-纤维素或木素纤维素材料，象木屑或坚果壳，例如椰子壳。根据本领域中已知的程序，在载体材料上装载生物催化剂。木屑尤其适合于机械固定生物催化剂。进一步可能的是，如果需要，以化学方式改变上述载体的表面，以使该材料以化学方式结合生物催化剂或改进结合生物催化剂的能力。上述表面的化学改变通常导致该材料产生交换阴离子或阳离子，尤其阴离子的能力。能够使用上述材料按照上述方式进行表面改变的任何方法。尤其适合的方法描述在德国专利申请DE 198 48 623.5中，尤其它对载体材料的描述、它们的制备方法和它们装载生物催化剂的方法引入本文供参考。
利用玻璃珠的适合方法描述在DE 41 11 879和DE 41 37 474中。适合的玻璃珠例如通过Schott Glaswerke，Mainz，Germany获得，例如SIRAN-型的玻璃珠。
在本发明的优选实施方案中，颗粒DEAE-纤维素或木屑或椰子壳用作载体。适合类型的DEAE-纤维素、它们的制造和装载(固定)方法例如描述在US-A 5,001,063，DE-C31 30 178，US-A4,355,117，DE-C28 15 908，US-A4,110,164或尤其US-A5,079,011中，在本文引入供参考。
在本发明范围内的是，在根据本发明的装置中具有仅一个转化/脱气段或具有两个或多个转化/脱气段。如果使用两个或多个转化/脱气段，各段能够串联或并联互连，或者，如果转化/脱气段的数目允许，能够使用两种模式的连接。关于互连的方式，对于生物反应器或脱气设备的上述解释也适用于这里。如果两个或多个转化/脱气段以串联方式互连，串联连接段的最大数目仅受空间、技术或经济考虑的限制，理论值能够是非常高的。实际数目能够是大约100或100以下，例如50，20，10或5个转化/脱气段。该数目当然也根据系统的所需产量来决定。
如果选择并联互连作为操作转化/脱气段的方式，并联段的数目理论上是无限的。对并联段的最大数目的实际考虑等同于以上解释的对并联生物反应器的考虑。
根据本发明的装置因此包括由至少一个生物反应器和位于生物反应器或多个生物反应器下游的至少一个脱气设备组成的至少一个转化/脱气段。其中能够实施根据本发明方法的根据本发明的装置的最基本配置包括至少一个循环设备，例如泵，装有至少一种生物催化剂的生物反应器，脱气设备，具有与至少一个脱气设备的至少一个出口连接的进口和经用于水溶液循环的设备与至少一个生物反应器的至少一个进口连接的至少一个出口的循环管线，在用于水溶液循环的设备的下游位置与循环管线连接的至少一根供料管线，和在循环设备的上游位置与循环管线连接的至少一根用于排出产物的管线。
根据本发明的装置包括至少一根供料管线以供应该装置以新鲜原料，例如新鲜的含有要进行生物催化转化的原料的水溶液。供料管线的数目当然能够高于一个，不同的管线装载不同或相同的原料。如果在不同的供料管线中使用不同的原料，如下所解释的那样，在进入该装置之前或者至少在进入第一反应器之前，它们能够被混合成基本均匀的溶液。一根或多根供料管线还能够用于该装置的清洗操作，供料管线例如能够连接于装有清洗液体的储存罐，用于在一定操作期间之后清洗该装置。
选择在根据本发明的装置中的正常操作方式的流向，使得新鲜的水溶液首先流动通过以并联方式互连的生物反应器或者两个或多个生物反应器。这种生物反应器或这种两个或多个生物反应器被称为是“第一反应器”。这个生物反应器或这些生物反应器所属的转化/脱气段被称为“第一转化/脱气段”(包括一个或多个这种段)，如果根据本发明的装置具有以串联方式互连的两个或多个转化/脱气段。
其中在转化过的和至少部分脱气的溶液的至少一部分与来自供料管线的新鲜水溶液混合之前水溶液离开的脱气设备或者并联互连的两个或多个脱气设备被称为“最后脱气设备”。这个脱气设备或这些脱气设备所属的转化/脱气段被称为“最后转化/脱气段”，或称为“多个最后转化/脱气段”，如果根据本发明的装置具有以串联方式互连的两个或多个转化/脱气段的话。
循环管线用于连接最后脱气设备与第一生物反应器，以形成反应环路。
根据本发明的装置具有至少一个循环设备，例如泵。循环设备能够位于反应环路中的任何位置，例如在转化/脱气段内或在循环管线上。在本发明的优选实施方案中，循环设备位于循环管线中。如果使用两个或多个循环设备，它们能够位于循环管线或一个或多个转化/脱气段中的任何位置上。
根据本发明的装置包括用于排出产物的至少一个出口。其它出口(排出管线)例如能够位于一个或多个转化/脱气段内，例如在生物反应器之后或在脱气设备之后，以便获得代表在反应环路中工艺的不同段的样品或甚至终产物，它有别于在最后脱气段之后获得的产物。
根据本发明的装置还能够包括一个或多个缓冲罐，优选位于最后转化/脱气段之后。缓冲罐能够用于保持在反应环路中的恒定水平的液体。
根据本发明的装置进一步能够包括一个或多个用于储存在装置中的水溶液的储料罐，例如在维护或清洗反应器的情况下，在该情况下反应器不得不被部分或全部排空。
根据本发明的装置还能够包括组件象阀，用于将气体，例如氧或者两种或多种气体加到在反应环路中的一个或多个设备中的设备或进口，用于控制产物参数象密度、比重、pH、气体含量、乙醇含量、压力、温度等的设备。
在根据本发明的方法中，将含有生物催化可转化的物质的水溶液给入到具有以并联或串联方式互连的一个或多个转化/脱气段的反应环路中。
在第一工艺步骤中，含有生物催化可转化物质的水溶液以连续料流给入装有至少一种生物催化剂的第一生物反应器的进口，在那里它与该至少一种生物催化剂在形成含有至少一种气体和至少一种产物的生物催化转化的溶液的情况下接触。取决于用于实施根据本发明的方法的装置，离开一个或多个第一生物反应器的出口的转化溶液能够给入到一个或多个第二生物反应器中，以及最终给入串联连接的更远的生物反应器中，如以上解释的那样这取决于装置的构造。
在本发明的优选实施方案中，至少一个生物反应器装有固定在载体上的生物催化剂。
在第二工艺步骤中，生物催化转化的溶液从一个或多个最后生物反应器的出口转移到一个或多个脱气设备的进口，如以上解释的那样，这取决于该装置的构造，在那里它以连续料流进行至少部分脱气以形成转化、脱气的溶液。
如以上已经解释的那样，转化和脱气过的溶液能够给入第二和最终更远的转化/脱气段中，取决于实施本方法所用装置的构造。
在本发明的进一步的实施方案中，对离开生物反应器或两个或多个生物反应器的转化溶液进行处理以除去不溶性固体。
这能够是尤其理想的，当使用不固定在载体上的生物催化剂时，或当在生物反应器中的生物催化剂例如酵母细胞的固定生物总数增加和生物催化剂细胞产生，它们不再固定在载体上时。上述生物催化剂能够离开生物反应器，并可引起下游设备的结垢和堵塞。如果该方法使用两个或多个转化/脱气段来进行和需要固体去除步骤，从转化溶液中去除固体的步骤能够在所有、几个或仅一个转化/脱气段中进行。
来自一个生物反应器或者两个或多个生物反应器的生物催化转化的和可能脱除固体的溶液被导向一个脱气设备或者两个或多个脱气设备，在那里从溶液中去除在经过所述生物反应器的过程中所形成的气体。气体的去除能够在便于从溶液中除去所需量的气体的任何压力下进行。可能的是，在脱气设备在加压下或在环境压力下(大约1巴)的同时除去气体：然而，还可能的是，在脱气设备中在减压下，即在1巴以下，例如0.5巴或更低的压力下除去气体。
当离开脱气设备时，产物已经离开转化/脱气段，除非脱气产物进行进一步的处理步骤象热交换、巴氏消毒或过滤。
脱气产物然后能够转移到连续的其它转化/脱气段中，后者以串联方式连接于前一转化/脱气段的出口。在产物刚经过的转化/脱气段是如以上解释的最后转化/脱气段的情况下，生物催化转化和脱气过的产物的一部分在离开最后转化/脱气段之后作为终产物从产物流中回收。其余产物再循环到线路中的第一转化/脱气段中，或循环到为一排并联的转化/脱气段的进口供料的共同进料管线，经循环管线与新鲜原料一起进入一个或多个第一生物反应器，如上述那样经给料进口引入。
在本发明的另一个实施方案中，经管线再循环回到第一转化/脱气段中，或循环到为一排并联转化/脱气段的进口供料的共同进料管线中，与新鲜原料一起经循环管线进入一个或多个第一生物反应器，以及如上述那样经给料进口引入的其余产物，能够在与新鲜原料混合之前或之后但在给入一个或多个第一生物反应器之前进行固体去除。如果固体的积聚一般较低，该固体去除步骤能够是根据本发明方法的唯一固体去除步骤。
在各转化/脱气段的过程中或之后或在许多连续或平行的转化/脱气段之后，产物能够进行热交换步骤，以便保持温度在恒定水平。在这种热交换步骤中，能够调节温度，以便确保用于生物催化剂代谢的最佳条件。通常，热交换步骤是必要的，以便消散在生物反应器中产生的反应热。
根据本发明的方法通常在连续料流下进行，但也能够在不稳定料流象脉冲料流下进行。本文所使用的术语“连续料流”是指在一定的时间，例如一小时、一天、一周或更长的时间内连续的料流。料流不必是稳定的，但流动的速度能够根据工艺条件改变。
在本发明的优选实施方案中，该方法用于生产乙醇，尤其用于生产酒精饮料象啤酒、苹果酒或蒸馏酒，尤其啤酒。
含水底物在反应环路内的循环流速是重要的参数，因此产物，例如乙醇的生产能力取决于流速。还已经表明，当使用固定在载体上的生物催化剂时，流速影响了保持粘结在载体上的生物催化剂细胞的数目。流速高时，生物催化剂溢流增加，因此，产物形成也是取决于结合在固定系统中的生物催化剂的量，而不仅是取决于系统的生产速度。如果流速太高，产物形成是不完全和/或不充分的。通过控制流速，能够控制产物的浓度。对于乙醇形成的实例，相对于含水底物(溶液)总体积的大约0.05-大约20体积％的浓度一般是所需的。通过调节流速，环路反应器能够产生在该范围内的乙醇浓度。下限一般能够通过气体去除的速度或给料速度(供给反应环路的原料的速度)/循环流速的值的调节来影响。
生物反应器能够加压。通常，应用在1和10巴之间的操作压力。一般，应选择操作压力使得在一道工序中形成的二氧化碳在该操作压力下将保留在溶液中，以便避免在生物反应器中气体放出。在优选实施方案中，选择压力在大约1.1和4巴之间，例如在1.5和3.5巴之间。
一般选择工艺温度在其中生物催化剂刚好具有低的代谢活性的低温和其中生物催化剂刚好不变性和仍然具有活性的高温之间。工艺温度的下限是大约0℃，上限是大约40℃。在优选的实施方案中，调节工艺温度在大约10和大约25℃之间。
在二氧化碳的形成下生产乙醇的情况，选择循环速度使得在一道工序中形成的二氧化碳在操作压力下保留在溶液中。
在本发明的进一步优选的实施方案中，在各转化/脱气段的一个或多个生物反应器中的流向间歇逆转一段短的时间，例如5分钟，或更长，例如5小时。该工序尤其可用于活塞流类型的生物反应器。在生物反应器中的流向能够以短周期逆转，例如每小时或更短，或者以更长的周期，例如每12小时，每天，每周或甚至更长，例如每月或每两个月。流向的逆转能够防止在载体床中通道形成和在反应器中的压力增加，以及表现了改进该方法的总性能。
根据本发明的方法还能够包括清洗步骤，其中实施该方法所用的装置以通常方式清洗。
根据本发明的方法能够进一步包括改进总性能或有利于获得或保持由该方法生产的产物的某些标准的其它步骤。尤其在酒精饮料的生产中，理想的是，使进入环路反应器的原料进行预备步骤象过滤、加热、冷却、用巴氏法灭菌，或使一些或全部含量的原料进行化学或生物催化的预转化。
在本发明的进一步优选的实施方案中，定期或连续测量进入反应环路的液体和从反应环路回收的产物的化学和/或物理参数。这种测量因此能够通过调节进料速度和循环流速来用于控制反应环路的总性能。连续测量有利于生物催化可转化物质在反应环路中的浓度稳定和产物质量恒定。
反应环路装料一般根据生物反应器的标准装料程序来进行。在具有固定酵母细胞的酒精饮料的生产中，生物反应器装载各载体，整个反应环路用清洗液体，例如氢氧化钠溶液清洗。清洗液体在反应环路中循环大约1到大约100小时。在清洗步骤之后，反应环路通常用水冲洗，最后反应环路中的内容物能够用酸溶液中和或酸化到大约1到大约8的pH。生物反应器用酵母的接种和繁殖能够根据标准工序，例如在以下实施例中描述的那样来获得。
使用根据本发明装置的简化工艺图表示在附图中，包括图1-6。
图1表示具有一个转化/脱气段的反应环路反应器(11)。生物催化可转化物质的水溶液的新鲜原料经供料管线(6)引入到循环管线(12)中，它带有生物催化转化、脱气过的产物料流。新鲜原料和生物催化转化、脱气过的产物的混合物流入含有至少一种生物催化剂的生物反应器(1)中，在那里它被至少部分生物催化转化成至少一种气体和至少一种产物。生物催化转化的产物流入具有气体出口(10)的脱气设备(3)，在那里在生物催化转化的产物中含有的气体被至少部分除去，当离开脱气设备时，生物催化转化、脱气过的产物经循环管线(12)离开转化/脱气段(11)。生物催化转化、脱气过的产物的一部分在位于脱气设备下游的出口(9)被回收。其余生物催化转化、脱气过的产物经循环管线(12)用循环设备(4)回送到转化/脱气段(11)，在那里它与来自供料管线(6)的新鲜原料混合，混合物被引入到转化/脱气段(11)的生物反应器(1)中。
图2表示图1的反应环路，在生物反应器(1)和脱气设备(3)之间具有分离固体的设备(2)。分离固体的设备(2)具有用于排出固体的出口(8)。
图3表示图2的反应环路，在循环设备(4)和生物反应器(1)之间具有热交换设备(5)。
图4表示图3的反应环路，具有附加供料管线(6a)和用于排出在不同工艺阶段中的水溶液的两个附加出口(排出管线)(9a，9b)。
图5表示具有带并联互连的三个生物反应器(1)，用于去除固体的设备(2)和有气体出口(10)的脱气设备3的转化/脱气段(11)的反应环路。
图6表示具有并联互连的三个转化/脱气段(11)的反应环路，各转化/脱气段(11)具有生物反应器(1)和带气体出口(10)的脱气设备(3)。
从附图可以明显看出，根据本发明的其它反应环路能够被认为是应用了上文中的教导。
在本发明的优选实施方案中，根据本发明装置的转化/脱气段具有用于去除固体的设备(2)，该设备具有用于去除固体的出口(8)。这种用于去除固体的设备例如能够被安置在生物反应器之前，生物反应器和脱气设备之间或脱气设备之后，如上述那样。在本发明的进一步优选的实施方案中，用于去除固体的设备成直线地安置在第一生物反应器之前(上游)，或安置在系列第一生物反应器之前(上游)。在进一步优选的实施方案中，该装置包括热交换器(5)。发明装置能够包括以串联或并联流体互连的一个或多个转化/脱气段。在优选实施方案中，转化/脱气段的数目是1或2。
本发明的另一主题是含有生物催化可转化的物质的水溶液的连续生物催化转化的方法，特征在于使用如上所述的装置。
本发明的另一目的是如上所述的装置用于含有生物催化可转化物质的水溶液在形成至少一种气体和至少一种产物的情况下的生物转化的用途。
除了以上的描述以外，该装置可以含有工艺的实际操作所需的辅助设备，象缓冲和储存罐，麦芽汁压滤器，巴氏消毒器，用于制备清洗液体的罐和用于在清洗反应器的过程中储存啤酒的罐。
在最简单的形式中，根据本发明的装置仅具有连接脱气设备的一个反应器。然而，在不同的应用中，该装置可以包括以串联或并联方式结合的几个反应器，和它们的仅一部分是在环路内。这为设计具有不同的反应相的工艺提供了灵活性。例如，饮料发酵工艺可以具有需氧相和厌氧相。需氧相在环路外部在其原料被暴露于空气的独立反应器中进行。氧已经被消耗的需氧相的产物然后流向无氧环路，在那里发生实际的乙醇生物催化转化。
还在本发明范围内的是，根据本发明的方法在上述两个或多个装置上进行，其中两个装置共同使用一个或多个上述附加设备。根据本发明的两个或多个装置例如可能以如上所述的方式使用一个用于去除固体的设备。
根据本发明的方法的实际实施详细描述在以下的实施例中，然而不限制本发明在其它工艺中的应用性。本发明的本质特征是循环，这使得可能在反应器内部保持气体在溶液中和在反应器外部除去它。因此本发明可以应用于任何生物催化转化或涉及二氧化碳或其它气体组分在所要处理的溶液中形成的其它工艺。
实施例1  反应器的装载和清洗
根据US-A4,355,117工业生产的40千克的粒状DEAE-纤维素加入到内径40cm和高度120cm的柱反应器中，以形成100升沉降体积的载体床。在总体积150升的罐中制备120升的4％氢氧化钠溶液。罐温度设定在85℃，该溶液从罐中以200升/小时的流速向上泵抽到反应器中，溢流再回流到罐中。在18小时的循环之后，排放罐，用热工艺水(温度不控制)冲洗和充填。来自反应器的溢流被排放，热水以400升/小时的流速泵抽，直到反应器溢流的pH下降到10个单位以下。在罐中制备1kg的柠檬酸在120升的冷工艺水(温度不控制)中的溶液。来自反应器的溢流回流到罐中，该酸溶液以400升/小时的流速通过反应器循环2小时。排空罐，用冷水冲洗和充填。来自反应器的溢流被引导排放，冷水从罐中泵抽通过反应器进行另外2小时。
实施例2  反应器的接种
排出罐中的水，用来自工业酿造厂的具有14.5°P(度为柏拉图标准)初始比重的麦芽汁填充。来自反应器的溢流被引导排放，麦芽汁以200升/小时的流速从罐中往上泵抽到反应器，保持在罐中的麦芽汁体积在大约100升。继续泵抽，直到溢流由水变为麦芽汁为止。将氧喷射到罐中以使麦芽汁饱和。来自工业发酵厂的20升的收获酵母投入到罐中，以制备120升体积的含有大约4×108细胞/ml的淤浆。将盖放置在罐上以防止污染和保持对发泡的控制。来自反应器的溢流被引导回到罐中，酵母淤浆以200升/小时的流速向上循环到反应器。
实施例3  在循环环路中的酵母的增殖和麦芽汁的预发酵
反应器的压力设定在2.0巴和循环温度设定在20℃。在间歇喷射氧的情况下，循环继续往上流经反应器。在发酵中形成的二氧化碳在罐中释放。所产生的泡沫物沉降，在罐的底部形成液体层，以便连续泵抽。在2天的预发酵之后，停止环流。排空罐，再用水冲洗。在罐中制备120升的氢氧化钠的2％溶液。罐温度设定在85℃，溶液再经由绕过反应器的管道循环。在2小时后，停止循环。排空罐，用冷水冲洗和充填，再经管道泵抽1小时。
实施例4  用新型原料的连续发酵
排空罐，充填购自工业发酵厂的已发酵完毕的生啤酒。循环料流开始以200升/小时的流速向下流过反应器。压力设置保持在2.0巴和温度保持在20℃。环流被引导通过圆盘堆叠式离心分离器以除去从反应器中脱落的酵母和流过热交换器以便进行巴氏消毒。具有14.5°P的初始比重的新鲜麦芽汁以6.0升/小时的恒定流速给入循环环路中。保持罐中恒定液面的泵用于产物排放。在10天的循环之后，原料麦芽汁的初始比重增加到18°P，原料流速减小到5.0升/小时。在排出生啤酒中的残留可发酵的糖含量是大约0.75°P。啤酒每天取样进行挥发性芳香组分的分析。在一周的时间间隔下的分析结果在以下的表1中提供。
表1  排出啤酒的香料分析，浓度按份/一百万份(ppm)计
天数     8     15     22     29
乙醛     6     7     7     7
丙酮     1.0     0.6     1.0     1.0
乙酸乙酯     26     23     32     35
乙酸异丁酯     ＜0.5     ＜0.5     ＜0.5     ＜0.5
丁酸乙酯     0.15     0.15     ＜0.05     0.10
丙醇     37     15     30     29
异丁醇     21     13     22     20
乙酸异戊酯     0.9     0.9     0.8     1.2
2-甲基-丁醇     11     8     13     12
3-甲基-丁醇     64     36     62     51
二乙酰     0.18     0.35     0.32     0.32
2，3-戊二酮     0.02     0.03     0.05     0.05
在三周的循环之后，反应器顶部压力开始上升，表明酵母在反应器中增加。在以后的两周中，压力从2.2巴升到3.9巴，在总计37天的生产之后，循环停止。
实施例5  酵母装载量的恢复和随后的连续发酵
排空罐，填充氧化的新鲜麦芽汁，流动方式改变为往上流，环流在200升/小时下继续。酵母从反应器中释放出来，从而在循环啤酒中累积到108细胞/ml的浓度。在18小时后循环停止，排空罐，如在实施例3中所述那样进行清洗，再填充已发酵完毕的生啤酒。环流在200升/小时下开始往下流，其中初始比重为15.0°P的新鲜麦芽汁的进料为6.0升/小时。反应器压力恢复到2.0巴，在以后的两周中保持在该压力下，此后停止循环。
实施例6  连续发酵的按比例放大规模
以从在实施例1-5中描述的实验中获得的经验为基础，使用10的比例放大系数，建造更大的中试装置用于啤酒的发酵。该装置包括用管道与工业酿造车间连接的供麦芽汁用的两个原料罐，麦芽汁巴氏消毒器，麦芽汁过滤器，柱反应器，圆盘堆叠式分离器，用于CO2去除的闪蒸罐，控制环路中液体体积的缓冲罐，热交换器，用于清洗液体的制备和循环的罐，酵母增殖器和必要的泵。给设备装管道和装备仪表以便为不同清洗、酵母繁殖、接种和发酵周期的自动操作提供条件。生产环路由按此顺序的反应器、分离器、闪蒸罐、缓冲罐和热交换器组成。
反应器装载400千克的颗粒DEAE-纤维素以形成体积1000升的床。反应器和其它设备如在实施例1中所述那样进行清洗。将来自工业发酵厂的50升收获酵母转移到用于最终繁殖的酵母增殖器中。将准备好的含有总共108细胞/ml的400升接种物投入到反应器中，经2个小时以往上流的方式循环通过反应器。环路填充初始比重为18°P的氧化麦芽汁，环流以2000升/小时的流速开始向下流。在2天发酵后，比重已经下降到接近完全稀释，新鲜麦芽汁的加料和产物的回收以50升/小时的流速开始。出口压力设定在2.0巴和温度在24℃。来自离心机的产物通过罐中心的喷嘴进入闪蒸罐，形成了伞形喷雾，冲击罐壁。落下的液体薄膜从罐底部收集，没有显著的发泡。
在最初的12天中，反应器压力稳定地从2.2巴增加到3.6巴，此后麦芽汁加料和产物回收停止，循环的方向改变为往上流。从床释放的稠酵母悬浮液被引导排出。循环的方向再改变为向下流，环路啤酒在环流中氧化1小时，此后恢复加入新鲜麦芽汁原料的正常操作。进口压力回降到2.5巴。
体系稳定地运行，在20小时的停留时间中导致了14°P的比重下降。在反应器之前或之后的循环产物每天进行抽样，用于进行挥发性芳香组分的分析。连续3天的进口和出口的分析在下面的表2中提供。
表2  在反应器之前或之后的循环啤酒的香料分析，浓度按ppm计
8天，进口   出口   9天，进口     出口     10天进口   出口
乙醛 6.4   6.2   6.4     6.7     7.3   7.1
丙酮 0.9   1.0   1.0     1.0     1.5   1.5
乙酸乙酯 26.3   27.9   26.5     27.4     27.9   28.5
乙酸异丁酯 0.05   0.10   0.05     0.05     0.05   0.05
丁酸乙酯 0.20   0.25   0.15     0.20     0.15   0.20
丙醇 31.2   31.8   29.3     30.7     30.3   31.2
异丁醇 28.0   29.0   28.5     29.7     29.7   31.3
乙酸异戊酯 0.37   0.38   0.39     0.41     0.25   0.25
2-甲基-丁醇 15.7   16.2   15.4     16.2     15.5   16.1
3-甲基-丁醇 57.8   60.4   56.0     59.2     55.8   58.4
二乙酰 0.39   0.40   0.39     0.42     0.30   0.33
2，3-戊二酮 0.059   0.061   0.061     0.068     0.048   0.054
还收集样品用于香味的感觉评估。因为产物是未成熟的生啤酒，样品使用标准实验室程序调节来用于品尝味道。产物由有经验的代表品尝，认为是良好的，是这一类的典型。然而，与普通发酵对照物相比，味道更富有水果味和更平和。

Claims (24)

1.一种在具有以并联或串联方式互连的一个或多个转化/脱气段的反应器中连续生物催化转化含有生物催化可转化的物质的水溶液的方法，各转化/脱气段包括一个生物反应器或者两个或多个生物反应器和一个脱气设备或者两个或多个脱气设备，其中至少一个生物反应器和至少一个脱气设备以串联方式互连，其中在各转化/脱气段中，在第一工艺步骤中，含有生物催化可转化的物质的水溶液以连续料流给入到生物反应器的进口，在那里它与至少一种生物催化剂接触，在形成含有至少一种气体和至少一种产物的生物催化转化的溶液情况下，在第二工艺步骤中，生物催化转化的溶液从生物反应器的出口或两个或多个生物反应器的共同出口管线转移到脱气设备的进口或两个或多个脱气设备的共同进口管线，在那里它被至少部分脱气以形成脱气的溶液，离开线路中最后脱气设备的出口或两个或多个最后脱气设备的共同出口的脱气溶液的至少一部分以连续料流给入到线路中的第一生物反应器的进口或两个或多个第一生物反应器的进口用的共同供料管线。
2.权利要求1的方法，特征在于生物反应器是搅拌釜式反应器或柱反应器或流化床反应器或篮式反应器或活塞流反应器或膜过滤反应器或上述反应器的两种或多种的结合。
3.根据权利要求1或2的方法，特征在于脱气设备是气体可渗透的膜装置，水力旋流器或闪蒸罐或它们中两种或多种的结合。
4.根据权利要求1的方法，特征在于在线路中的第一生物反应器的进口处的压力是1-10巴。
5.根据权利要求1的方法，特征在于转化/脱气段以并联方式互连。
6.根据权利要求1的方法，特征在于转化/脱气段的数目是1-100。
7.根据权利要求1的方法，特征在于处理生物催化转化的溶液以便在进入脱气设备之前从其中去除不溶性固体。
8.根据权利要求1的方法，特征在于在一个或多个脱气段之后在热交换器中调节溶液的温度。
9.根据权利要求1的方法，特征在于生物催化剂固定在载体上。
10.根据权利要求1的方法，特征在于生物催化剂是酵母。
11.根据权利要求1的方法，特征在于含有生物催化可转化物质的水溶液是麦芽汁。
12.根据权利要求1的方法，特征在于含有生物催化可转化物质的水溶液是生啤酒。
13.用于含有生物催化可转化物质的水溶液的连续生物催化转化的装置，包括：
-装有至少一种生物催化剂的一个、两个或多个生物反应器，各生物反应器具有至少一个进口和至少一个出口，
-循环管线，它具有经用于水溶液脱气的至少一个设备与至少一个生物反应器的至少一个出口连接的进口，和经用于水溶液循环的设备与至少一个生物反应器的至少一个进口连接的至少一个出口，
-在用于水溶液循环的设备的下游位置与循环管线连接的至少一根进料管线，和
-在用于水溶液循环的设备(4)的上游位置连接于循环管线的至少一个出口。
14.根据权利要求13的装置，包括串联互连的至少两个生物反应器(1)。
15.根据权利要求13的装置，包括并联互连的至少两个生物反应器(1)。
16.根据权利要求13-15中的一项的装置，特征在于它包括两个或多个转化/脱气段，各转化/脱气段包括至少一个生物反应器和至少一个脱气设备，其中该生物反应器和脱气设备以串联方式互连。
17.根据权利要求13的装置，特征在于至少一个生物反应器(1)是搅拌釜式反应器，流化床反应器，篮式反应器，活塞流反应器或膜过滤反应器。
18.根据权利要求13的装置，特征在于至少一个脱气设备(3)是气体可渗透装置，水力旋流器或闪蒸罐。
19.根据权利要求13的装置，进一步包括用于除去固体的至少一个设备(2)，它具有用于排出固体的排出管线(8)，位于所述生物反应器(1)的循环管线上游或下游。
20.根据权利要求19的装置，特征在于用于除去固体的至少一个设备(2)包括至少一个离心机或过滤器。
21.根据权利要求20的装置，特征在于用于除去固体的设备(2)包括圆盘堆叠式离心机。
22.根据权利要求13的装置，进一步包括至少一个热交换器(5)。
23.根据权利要求22的装置，特征在于至少一个热交换器(5)位于脱气设备(3)的下游位置。
24.根据权利要求22的装置，特征在于至少一个热交换器(5)位于用于水溶液循环的设备(4)和供料管线(6)之间。
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