KR20180026663A - 다량의 가스를 발효 브로쓰에 제공하기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

다양한 양태 및 실시형태에 따르면, 수성 당 용액의 호기성 발효를 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 상기 시스템은 용기, 용기의 내부와 유체 연통하는 적어도 하나의 공기 확산장치, 및 공기를 적어도 하나의 공기 확산장치에 전달하도록 구성된 적어도 하나의 취입기를 포함한다.

Description

다량의 가스를 발효 브로쓰에 제공하기 위한 장치

기술 분야는 일반적으로 셀룰로스 또는 리그노셀룰로스 바이오매스로부터 발효 생성물을 제조하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.

리그노셀룰로스 바이오매스, 예컨대 농업 잔기, 목질 바이오매스, 도시 폐기물, 기름 종자/케이크 및 해초는 바이오연료 및 생화학물질과 같은 바이오제품을 제조하기 위해 사용될 수 있는 재생 가능한 공급원료로서 작용한다. 이 바이오매스 재료 중 대부분은 풍부하고, 재생 가능하고, 국산 제조되고, 식품 산업 용도와 경쟁하지 않을 수 있다는 점에서 매력적이다. 현재, 이 재료 중 대부분은 바이오컴포스트 재료(biocompost material)인 동물 공급물로서 사용되거나, 폐열 발전에서 연소되거나, 쓰레기 매립된다. 식물 세포벽이 경질이고 압축된 구조를 가지면서, 리그노셀룰로스 바이오매스는 분해에 대해서 저항성, 즉, 난분해성(recalcitrant)이다. 재생 가능한 바이오매스 소스로부터의 당류는 석유 및 다른 화석 공급원료를 대체하거나 보충하거나 치환함으로써 화학 및 연료 산업의 기초가 된다.

발효 가능 당 용액은 공급원료의 다당류 성분, 예컨대 셀룰로스 및 헤미셀룰로스로부터 제조될 수 있다. 리그노셀룰로스 공급원료로부터 당을 제조하기 위해, 처음에 이것을 이의 복합 당 분자로 분해하는 것이 필요하다. 이것은 물리적 및/또는 화학적 전처리에 의해 달성될 수 있다. 화학 전처리의 예는 산 전처리(미국 특허 제4,461,648호 참조) 또는 알칼리 전처리, 예컨대 암모니아 섬유 폭발(Ammonia Fiber Explosion: AFEX) 전처리이다. 산 전처리는 대부분의 헤미셀룰로스를 가수분해하지만, 글루코스로의 셀룰로스의 전환은 거의 없다. 다른 한편, 알칼리 전처리 방법은 헤미셀룰로스를 가수분해하거나 하지 않을 수 있지만, 어느 한 경우에 염기는 헤미셀룰로스에 존재하는 산성 기와 반응하여 기질의 표면을 연다. 산 또는 알칼리에 의한 전처리 후, 셀룰로스는 이후 셀룰라제 효소에 의해 또는 추가의 화학 처리에 의해 글루코스로 가수분해될 수 있다. 이후, 글루코스는 연료, 예컨대 에탄올, 뷰탄올 또는 다른 화학물질(이들로 제한되지는 않음)로 발효될 수 있고, 이의 예는 당 알콜 및 유기 산을 포함한다.

양태 및 실시형태는 발효를 위한 시스템 및 방법, 및 발효 브로쓰(fermentation broth)로의 가스, 예컨대 공기의 전달에 관한 것이다. 예를 들어, 호기성 발효에 사용될 수 있는 많은 양의 가스, 예컨대 공기를 제공하는 시스템 및 방법이 기재되어 있다. 가스, 예컨대 공기는 고압 압축 가스, 예컨대 다양한 발효에 통상 사용되는 것의 비용의 분획으로서 제공될 수 있다. 예를 들어, 비교적 낮은 압력의 공기, 예를 들어 25psig 미만은 단백질, 예컨대 효소, 예를 들어 셀룰라제의 제조를 위해 제공될 수 있다. 고압 가스 시스템의 비용의 분획으로서 가스, 예컨대 공기를 제공하는 것 이외에, 본 명세서에 기재된 시스템 및 방법은, 통상적인 고압 시스템과 비교하여, 더 낮은 자본 비용 및 더 낮은 유지를 가진다.

하나 이상의 실시형태에 따라, 가스를 수성 액체에 전달하기 위한 시스템, 예컨대 수성 액체의 호기성 발효를 위한 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 용기, 용기의 내부와 유체 연통하는 적어도 하나의 스파지 관(sparge tube), 및 가스를 적어도 하나의 스파지 관에 전달하도록 구성된 적어도 하나의 취입기를 포함할 수 있다.

몇몇 실시형태에 따라, 적어도 하나의 스파지 관은 다공성 금속으로부터 구축된다. 적어도 일 실시형태에 따라, 적어도 하나의 스파지 관은 용기의 하부 부분에 배치된다.

소정의 실시형태에 따라, 용기는 2:1의 종횡비를 가진다.

또 다른 실시형태에 따라, 상기 시스템은 적어도 하나의 취입기로부터 적어도 하나의 스파지 관으로 전달되는 공기를 여과시키도록 구성된 적어도 하나의 필터를 추가로 포함한다. 또 다른 실시형태에 따라, 상기 시스템은 취입기의 출구와 유체 연통하는 입구 및 적어도 하나의 필터와 유체 연통하는 출구를 가지는 열 교환기를 추가로 포함한다. 훨씬 또 다른 실시형태에 따라, 상기 시스템은 적어도 하나의 필터 및 열 교환기에 커플링된 가요성 도관 재료를 추가로 포함한다. 또 다른 실시형태에 따라, 상기 시스템은 용기의 주연부 둘레의 등거리 위치에 배치된 복수의 필터를 포함한다.

적어도 일 실시형태에 따라, 상기 시스템은 용기의 내부와 연통하고 스파지 버블을 응축시키도록 구성된 적어도 하나의 응축기를 추가로 포함한다.

또 다른 실시형태에 따라, 상기 시스템은 용기의 내부 내에 배치된 혼합 시스템을 추가로 포함한다.

소정의 실시형태에 따라, 적어도 하나의 취입기는 20psi의 압력에서 공기를 전달하도록 구성된다.

하나 이상의 실시형태에 따라, 발효 공정에 가스를 제공하기 위한 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 발효 브로쓰 및 발효 브로쓰와 유체 연통하는 적어도 하나의 가스 취입기를 포함한다.

또 다른 실시형태에 따라, 적어도 하나의 가스 취입기는 가스를 생성하도록 구성된 가스 제조부 및 발효 브로쓰에 가스를 제공하도록 구성된 가스 전달부를 포함한다.

이 예시적인 양태 및 실시형태의 훨씬 다른 양태, 실시형태 및 이점은 하기 자세히 기재되어 있다. 게다가, 상기 정보 및 하기 상세한 설명 둘 다는 다양한 양태 및 실시형태의 단지 예시적인 예이고, 청구된 양태 및 실시형태의 성질 및 특징을 이해하기 위한 개관 또는 프레임워크를 제공하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에 개시된 실시형태는 다른 실시형태와 조합될 수 있고, "실시형태", "예", "몇몇 실시형태", "몇몇 예", "대안적인 실시형태", "다양한 실시형태", "일 실시형태", "적어도 일 실시형태", "이 및 다른 실시형태", "소정의 실시형태" 등에 대한 언급은 반드시 상호 배타적이지는 않고, 기재된 특정한 특성, 구조 또는 특징이 적어도 일 실시형태에 포함될 수 있는 것을 나타내도록 의도된다. 본 명세서에서 이러한 용어의 출현은 반드시 모두 동일한 실시형태를 참조하지는 않는다.

적어도 일 실시형태의 다양한 양태는 첨부된 도면은 참조하여 하기 기재되어 있고, 이 도면은 비율화되도록 작도되도록 의도되지 않는다. 도면은 다양한 양태 및 실시형태의 예시 및 추가의 이해를 제공하도록 포함되고, 본 명세서에 포함되고 이의 일부를 구성하지만, 임의의 특정한 실시형태의 제한의 정의로서 의도되지 않는다. 도면은, 명세서의 나머지와 함께, 기재되고 청구된 양태 및 실시형태의 원칙 및 조작을 설명하도록 작용한다. 도면에서, 다양한 도면에 예시된 각각의 동일한 또는 거의 동일한 성분은 동일한 숫자에 의해 표현된다. 명확함의 목적을 위해, 모든 부품이 모든 도면에 표지되지 않을 수 있다. 도면에서:
도 1은 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따른 하나 이상의 생성물로의 바이오매스 공급원료의 전환을 예시하는 공정 흐름 다이어그램;
도 2는 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따른 이산화탄소 가스 및 당 알콜로의 당의 전환의 개략적 도해도;
도 3은 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따른 발효 시스템의 투시도;
도 4는 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따른 취입기 스키드의 투시도;
도 5는 도 4에 특징화된 취입기 스키드의 측면도;
도 6은 도 4에 특징화된 취입기 스키드의 상면도;
도 7은 도 3에 특징화된 발효 시스템의 개략도;
도 8은 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따른 입구 여과 장치의 투시도;
도 9는 도 8에 특징화된 입구 여과 장치의 또 다른 투시도;
도 10a는 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따른 응축기의 투시도;
도 10b는 도 10a에 특징화된 응축기의 측면도;
도 11은 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따른 출구 여과 어셈블리의 투시도;
도 12는 도 11에 특징화된 출구 여과 어셈블리의 상면도;
도 13a는 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따른 혼합 시스템의 측면도;
도 13b-1은 도 13a에 특징화된 혼합 시스템의 제1 임펠러의 상면도;
도 13b-2는 제1 임펠러의 측면도;
도 13c-1은 도 13a에 특징화된 혼합 시스템의 제3 임펠러의 상면도;
도 13c-2는 제3 임펠러의 측면도;
도 14는 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따른 발효 장치의 내부의 투시도;
도 15a는 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따른 스파지 관 구성의 일례의 상면도;
도 15b는 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따른 스파지 관 구성의 제2 예의 상면도;
도 15c는 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따른 스파지 관 구성의 제3 예의 상면도; 및
도 15d는 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따른 용기에 부착된 스파지 관의 측면도.

하나 이상의 실시형태에 따라, 발효, 예를 들어 호기성 발효를 위한 방법 및 시스템이 제공된다. 일 실시형태에 따라, 상기 시스템은 가스, 예컨대 공기와 조합되어 사용되는 적어도 하나의 취입기 또는 터빈을 포함하고, 예를 들어 하나 이상의 미생물, 예컨대 하나 이상의 진균 세포를 포함하는 발효 브로쓰를 함유하는 용기, 예를 들어 발효 용기로 공기 버블을 도입하기 위해 확산장치, 예컨대 스파지 관, 예를 들어 원통형 또는 원형 스파지 관을 포함할 수 있다. 본 명세서에 개시된 방법 및 시스템은 가스, 예를 들어 공기를 공정, 예컨대 발효 공정으로 도입하기 위한 더 비용 효과적이고 효율적인 공정을 제공한다. 개선된 시스템, 예를 들어 호기성 발효 시스템은, 특히 발효 시간이 일 또는 심지어 주와 같이 매우 길 때, 발효의 조작 비용을 따라서 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 바와 같은 취입기 또는 터빈 시스템을 사용하여 STP(표준 온도 및 압력)에서 1000CFM(분당 입방피트)을 전달하기 위한 동력 요건은 통상적으로 약 25 내지 50kW의 범위이다. 반대로, 회전 컴프레서 시스템을 사용하여 공급된 동일한 공기는 약 150 내지 200kW의 범위의 동력을 요할 것이다. 0.5vvm(분당 용기 용적, 이 경우에 분당 7500갤런 또는 거의 1000CFM)에서 조작되고, kWH당 약 0.10달러의 평균 비용을 이용한, 15,000갤런 발효 용기의 경우, 비용은 약 2.50달러/시간, 또는 60달러/일, 또는 10일 발효 동안 600달러이다. 통상적인 제조 플랜트는 년간 1000의 이 발효를 할 수 있고, 이는 공기와 연관된 전기 비용에 대해 약 600,000달러의 비용이 들 것이다. 반대로, 회전 컴프레서 시스템에 대한 년간 비용은 그 양의 약 6배, 또는 약 3,600,000달러일 것이다.

본 발명에 따른 본 명세서에 개시된 양태는 하기 설명에 기재되거나 수반된 도면에 예시된 구성 및 부품의 배열의 세부사항으로 이의 적용이 제한되지 않는다. 이 양태는 다른 실시형태를 취할 수 있고, 다양한 방식으로 실행되거나 수행될 수 있다. 특정한 실행의 예는 오직 예시 목적을 위해 본 명세서에 제공되고, 제한인 것으로 의도되지 않는다. 특히, 임의의 하나 이상의 실시형태와 연결되어 기재된 작용, 부품, 부재 및 특징은 임의의 다른 실시형태에서의 유사한 역할로부터 배제되는 것으로 의도되지 않는다.

또한, 본 명세서에 사용된 어법 및 전문용어는 설명의 목적을 위한 것이고, 제한으로서 고려되지 않아야 한다. 본 명세서에서 단수로 언급되는 시스템 및 방법의 예, 실시형태, 성분, 요소 또는 작용에 대한 임의의 참조는 복수를 포함하는 실시형태를 또한 포괄할 수 있고, 본 명세서에서 임의의 실시형태, 부품, 부재 또는 작용에 대한 복수에서의 임의의 언급은 오직 단수를 포함하는 실시형태를 또한 포괄할 수 있다. 단수 또는 복수 형태에서의 언급은 현재 개시된 시스템 또는 방법, 이의 부품, 작용 또는 부재를 제한하도록 의도되지 않는다. 본 명세서에서 "포함하는", "동반하는", "가지는", "함유하는", "수반하는" 및 이의 변형어의 사용은 이하 기재된 항목 및 이의 균등물, 및 추가적인 항목을 포함하도록 의도된다. "또는"의 언급은, "또는"을 이용하여 기재된 임의의 용어가 임의의 단일의, 하나 초과의, 및 모든 기재된 용어를 나타낼 수 있도록, 포함인 것으로 해석되어야 한다. 또한, 본 문헌과 본 명세서에 참고문헌으로 포함된 문헌 사이의 용어의 불일치한 용법의 경우에, 포함된 참고문헌에서의 용어 용법은 본 문헌의 것에 보충적이고; 해소 불가능한 불일치의 경우에, 본 문헌에서의 용어 용법이 우세하다. 게다가, 제목 또는 소제목은 독자의 편의를 위해 명세서에 사용될 수 있고, 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않아야 한다.

소정의 실시형태에 따라, 본 명세서에 기재된 발효 공정은 하나 이상의 생성물로의 바이오매스 공급원료의 전환을 예시하는 흐름 다이어그램인, 일반적으로 도 1에서 100에 표시된, 더 큰 공정의 부분일 수 있다. 특정한 일 실시형태에서, 작용(110)에서, 공급원료는 이의 크기를 감소시키기 위해 물리적으로 전처리될 수 있고, 이것에 작용(120)에서 이의 난분해성(recalcitrance)을 감소시키기 위해 이-빔 조사가 후행한다. 작용(130)에서, 공급원료는, 작용(125)과 관련하여, 하기 기재된 바와 같은, 발효 공정을 통해 제조될 수 있는 하나 이상의 효소에 의해 당화되어, 당 용액을 형성한다. 이후, 당 용액은 발효 공정에서 작용(140)에서 바이오처리되어 원하는 생성물, 예컨대 알콜 또는 유기 산, 예컨대 락트산, 락트산의 염, 숙신산 또는 숙신산의 염을 생성한다. 따라서, 다양한 양태에 따라, 본 명세서에 개시된 발효 시스템은 임의의 발효 생성물, 예컨대 작용(125) 또는 작용(140)에서의 발효 공정 중 어느 하나에 대해 사용될 수 있다. 작용(125)에서 도 1에 도시된 바대로, 효소는 예를 들어 트리초데르마 레세이(Trichoderma reesei)(티. 레세이), 예컨대 균주 RUT C30을 사용하여 발효 공정(예를 들어, 호기성 발효), 예컨대 진균 세포 발효 공정에 의해 제공될 수 있다. 진균 세포 발효 공정은 수일, 예를 들어 1일, 2일, 3일, 4일, 5일, 6일, 7일, 8일, 9일, 10일, 또는 심지어 12일 이상 진행할 수 있고, 그래서 제공된 공기의 비용의 감소는 효소의 비용에 유리하다. 발효 공정으로부터의 생성된 생성물은 추가의 처리, 예컨대 증류, SMB(simulated moving bed: 모의 이동 층) 크로마토그래피, 또는 전기투석의 형태로 처리될 수 있어서, 작용(150)에서 최종 생성물을 생성한다. 몇몇 실시형태에 따라, 당화 및 발효는 동일한 용기에서 수행될 수 있다.

발효 개관

하나 이상의 실시형태에 따라, 발효는 분자, 예컨대 당, 예컨대 글루코스, 프럭토스 및 수크로스가 다른 분자, 예컨대 알콜 및 대사 생성물, 예컨대 이산화탄소 및 열 형태의 에너지로 전환하는 생물학적 과정이다. 예를 들어, 글루코스 및/또는 자일로스는 하나 이상의 박테리아, 예컨대 락토바실러스를 사용하여 락트산으로 발효될 수 있거나, 글루코스 및 질소원은 펩타이드 또는 폴리펩타이드, 예컨대 단백질 또는 효소를 생성하도록 동시 발효될 수 있다. 도 2에 도시된 바대로, 예를 들어 수성 당 용액은 용기로 도입되고, 발효 동안 탄수화물 기질로서 작용하는 수성 당 용액은 호기성 조건 하에 미생물에 의해 접종된다. 미생물의 최적 생성은 대사 과정에 의해 소모된 산소를 대체하기 위해 충분한 비율로 있는 수성 당 용액 중의 산소의 용액을 요한다. 미생물을 생성하는 속도, 및 이에 따라 혐기성 용기의 제조 역량은 용액 중의 산소의 속도에 의해 주로 제한된다. 도 2에 도시된 바대로, 산소는 호기성 발효의 경우에, 하기 추가로 기재된 바대로, 공기 확산장치, 예컨대 스파지 관에 의해 생성될 수 있는, 수성 당 용액으로 미세한 버블로서 도입될 수 있다. 혐기성 발효의 경우에, 도입된 가스는 예를 들어 이산화탄소, 질소, 아르곤 또는 심지어 메탄일 수 있다. 용액의 혼합은 수성 당 용액으로 임펠러에 의해 제공될 수 있다. 대개, 가스가 일반적으로 물 중의 공기의 경우에 예를 들어 8㎎/ℓ의 차수로 액체 중의 낮은 용해도를 가지므로, 사용된 임펠러(또는 혼합 시스템 중의 적어도 하나의 임펠러)는 용액으로 공기 또는 다른 가스를 "비팅"하기에 적합하다. 이러한 임펠러는 대개 방사상 흐름 임펠러라 불리고, 예는 러시턴(Rushton) 임펠러 또는 러시턴형 임펠러를 포함한다. 산소 용액의 속도는 주로 버블 표면적 및 버블-수성 당 용액 접촉의 시간의 함수이다. 일반적으로, 버블 크기를 감소시키고, 예를 들어 방사상 흐름 임펠러를 사용함으로써 전단을 증가시키고, 잔류 시간을 증가시키고, 예컨대 높은 L 대 D 비율을 가지는 반응기를 만들거나, 하향 펌핑(상부에서)과 상향 펌핑(하부에서) 임펠러 사이에 러시턴형 임펠러를 샌드위칭함으로써 산소 이송 속도는 개선될 수 있다. 예컨대, 증대된 산소 수준 또는 순수한 산소(호기성 발효의 경우에)를 가지는 공기를 사용하여 또는 발효의 온도를 감소시키고 이로써 발효 브로쓰에서의 가스의 용해도를 증가시킴으로써 다른 기법이 이용 가능하다.

다양한 실시형태에 따라, 당, 예컨대 셀룰로스 또는 리그노셀룰로스 공급원료, 및 다른 분자, 예컨대 질소원을 당화시킴으로써 제조된 것은 하나 이상의 유용한 생성물, 예컨대 알콜, 예컨대 당 알콜, 예를 들어 에리쓰리톨 또는 자일리톨, 또는 다른 알콜, 예컨대 뷰탄올로 전환될 수 있다. 다른 생성물, 예컨대 시트르산, 라이신, 글루탐산, 단백질 및 효소는 다양한 발효 브로쓰를 하나 이상의 미생물과 접촉시킴으로써 또한 제조될 수 있다. 예를 들어, 클로스트리듐 종(Clostridium spp .)은 당, 예컨대 프럭토스 또는 글루코스를 뷰탄올로 전환시키도록 사용될 수 있다. 클로스트리듐 종은 에탄올, 뷰티르산, 아세트산 및 아세톤을 제조하도록 또한 사용될 수 있다. 락토바실러스 종(Lactobacillus spp .)은 락트산을 제조하도록 사용될 수 있다. 하기 추가로 기재된 바대로, 효모 및 자이모모나스(Zymomonas) 박테리아를 포함하는 다른 미생물은 발효 동안 또한 사용될 수 있다. 다양한 양태에 따라, 당화는 발효로 처리되는 혼합물을 제조하도록 부분적으로 또는 완전히 완료될 수 있다.

다양한 양태에 따라, 발효 공정은 다양한 영양소, 예컨대 당화 공정으로부터 제조된 수성 당 용액을 하나 이상의 생성물, 예컨대 당 알콜로 전환한다. 이러한 생성물의 비제한적인 예는 글라이콜, 글라이세롤, 에리쓰리톨, 트레이톨, 아라비톨, 자일리톨, 리비톨, 만니톨, 소르비톨, 갈락시톨, 이디톨, 이노시톨, 볼레미톨, 아이소말트, 말티톨, 락티톨, 말토트리이톨, 말토테트라이톨, 폴리글라이시톨, 뷰티르산, 글루콘산, 시트르산 및 폴리올, 예컨대 글라이세린, 펜타에리쓰리톨, 에틸렌 글라이콜 및 수크로스를 포함한다. 다른 생성물은 아미노산, 펩타이드, 폴리펩타이드, 단백질 및 효소를 포함할 수 있다.

발효 시스템 부품

도 3을 참조하면, 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따른, 일반적으로 300에 표시된, 발효 시스템이 예시되어 있다. 하기 추가로 기재된 바대로, 발효 시스템(300)은 용기(302), 하나 이상의 취입기(306)를 포함하는 취입기 스키드(304), 취입기(들)(306)에 의해 생성된 유입 공기를 위한 적어도 하나의 입구 필터 장치(310), 적어도 하나의 스파지 관(312), 응축기(314), 및 출구 여과 어셈블리(316)를 포함할 수 있다.

용기

다양한 양태에 따라, 발효, 예컨대 진균, 박테리아 또는 효모 세포 발효는 도 3에 도시된 바대로 용기(302)에서 부분적으로 또는 완전히 수행될 수 있다. 소정의 실시형태에서, 수성 당 용액 및/또는 다른 영양소 또는 발효 첨가제는 본 명세서에 기재된 발효 방법을 달성하기에 적합한 용기의 상부, 용기의 하부, 또는 이들 사이의 어디든 배치될 수 있는, 본 명세서에서 또한 공급물 스트림 입구라 칭하는, 용기의 입구로 도입될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바대로, 용어 "용기"는 광범위하게 가스, 액체 및 고체 성분 및 이들의 혼합물을 포함하는 하나 이상의 공정 성분을 가두기에 적합한 임의의 구조를 의미하다. 몇몇 실시형태에 따라, 용기는 적어도 1000갤런의 용적을 갖도록 크기화될 수 있다. 예를 들어, 용기는 1500갤런의 용적을 갖도록 크기화될 수 있다. 또 다른 예에 따라, 용기는 2500갤런의 용적을 갖도록 크기화될 수 있다. 다른 실시형태에 따라, 용기는 적어도 10,000갤런의 용적을 갖도록 크기화될 수 있다. 예를 들어, 용기는 15,000갤런의 용적을 갖도록 크기화될 수 있다. 몇몇 실시형태에 따라, 용기는 적어도 100,000갤런의 용적을 갖도록 크기화될 수 있다.

소정의 실시형태에 따라, 용기는 매우 가압되지 않을 수 있고, 예를 들어 인증된 ASME 압력 용기가 아닐 수 있다. 소정의 실시형태에 따라, 용기 내의 압력은 12psig를 초과하지 않을 수 있고, 예를 들어 10 미만, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3.5, 3, 2.5, 2, 1.5, 또는 0.5psig 미만이다. 다른 실시형태에 따라, 용기는 압력 하, 예컨대 1 bar 초과, 1.5, 2.0, 또는 2.5 bar에서 조작되도록 밀폐되거나 부분적으로 밀폐될 수 있다. 소정의 분야에서, 용기는 성분을 위한 혐기성 또는 호기성 환경, 예컨대 발효 브로쓰를 제공하도록 구축될 수 있다. 용기는 생성물 출력의 원하는 용적을 제공하도록 원하는 분야 및 공급물의 용적에 따라 크기화되고 성형될 수 있다. 용기는 (도 14에 도시된 바대로) 적어도 하나의 출구를 또한 포함할 수 있고, 여기서 생성물, 예컨대 당 알콜, 단백질(들) 또는 효소(들)는 용기로부터 제거될 수 있다.

다양한 실시형태에 따라, 용기는 본 명세서에 기재된 방법 및 시스템의 목적에 적합한 임의의 재료로 구축될 수 있다. 적합한 재료의 비제한적인 예는 강, 스테인리스 강, 하스텔로이, 티타늄 및 알루미늄을 포함한다. 하나 이상의 실시형태는 용기의 원하는 형상에 따라 달라지는 하나 이상의 측벽을 가지는 용기를 포함할 수 있다. 예를 들어 원통형 용기는 1개의 측벽을 가질 수 있지만, 정사각형 또는 직사각형 용기는 4개의 측벽을 가질 수 있다. 소정의 실시형태에서, 용기는 제1 벽과 제2 벽 사이에 배치된 1개의 연속 측벽을 가지는 원통형 형상을 가질 수 있다. 소정의 다른 실시형태에서, 용기는 밀폐될 수 있고, 하나 이상의 측벽은 제1 벽과 제2 벽 사이에 연장된다. 적어도 일 실시형태에 따라, 용기는 2:1 이하, 예를 들어 1.8/1, 1.6/1, 1.4/1, 1.2/1, 1/1, 0.8/1, 0.6/1, 또는 0.5/1 미만의 종횡비 L/D를 가지도록 크기화되고 성형될 수 있다. 다른 실시형태에 따라, 용기는 1:1의 종횡비를 가질 수 있다. 소정의 양태에 따라, 용기의 크기 및 형상은 발효 공정을 최적화하거나 달리 증대시키도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 2:1의 종횡비를 가지는 용기는 수성 당 용액의 용적 대 유입 공기의 용적의 비율을 반영할 수 있다. 예를 들어, 12,000갤런 탱크는 펌핑을 요하는 공기의 6000갤런의 공정 요건을 가진다. 마찬가지로, 50,000갤런 탱크는 25,000갤런의 공기를 요한다. 소정의 실시형태에 따라, 취입기가 25psig 이하, 예를 들어 20 미만, 19 미만, 18, 17, 16, 또는 15psig를 생성할 수 있을 때, 스파지 관으로부터 유체 수위의 상부로의 평균 거리로서 측정된, 용기의 최대 높이는 40피트 이하, 예를 들어 38피트 미만, 37, 35, 33, 31, 29, 27, 25 또는 20피트 미만이다.

스파지 관

하나 이상의 스파지 관(312) 또는 확산장치는 용기(302) 주위의 다양한 위치에 또한 배치될 수 있다. 스파지 관(312)이 도 3에 도시된 용기(302)에 외부인 것으로 나타났지만, 각각의 스파지 관(312)은 입구 필터 장치(310)에 연결되고, 용기로 연장되고, 미생물의 성장을 자극할 목적을 위해 발효 브로쓰로 미세한 버블을 주입하도록 작용한다. 다양한 실시형태에 따라, 스파지 관은 특별히 소결된 다공성 금속 재료로부터 구축될 수 있다. 소결된 스파지 관 재료는 열간 정수압 프레스법을 수행함으로써 만들어질 수 있고, 여기서 높은 정수압은 승온에서 퍼폼(perform) 중 구성성분 동력화 재료에 적용되고, 어닐링 공정은 완결 전에 종료된다. 이것은 미세한 버블을 생성하기에 적합한 다공성 재료를 생성시킨다. 스파지 관에 사용된 적합한 다공성 금속의 비제한적인 예는 스테인리스 강, 스테인리스 강 합금(예컨대, AISI 316L), 티탄, 니켈 및 니켈 합금을 포함한다. 몇몇 실시형태에 따라, 스파지 관은 다공성 금속 부재, 트레딩된 핏팅, 및 소정의 경우에, 강화 봉으로부터 구축된다. 스파지 관은 용기의 측에 플랜지 마운팅될 수 있다. 스파지 부재는 형상이 원통형 또는 원형을 포함하는 많은 상이한 형상일 수 있다. 구체적인 실시형태에서, 스파지 부재는 형상이 원형이고, 전체 탱크 주위에 분포된다. 소정의 실시형태에 따라, 스파지 관의 기공 크기는 100마이크론 미만, 예를 들어 90 미만, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 또는 심지어 0.9마이크론 미만, 예를 들어 0.8, 0.7, 0.6, 0.5, 0.4 또는 심지어 0.25마이크론 미만이다. 소정의 실시형태에 따라, 예를 들어 압력 하강을 최소화하기 위해, 스파지 부재의 다공도는 50% 초과, 예를 들어 60% 초과, 70%, 80%, 85%, 88%, 90% 또는 심지어 95% 초과의 다공도이다. 도 3에 도시된 바대로, 4개의 스파지 관(312)은 용기(302)의 주연부 둘레의 등거리 위치에 배치될 수 있다. 스파지 관(312)은 내부 고정된 용기(302)의 하부 부분 및 발효 브로쓰의 바닥으로 공기를 도입하도록 또한 배치될 수 있고, 이것은 용기(302)의 상부 근처에 공기 입구를 배치하는 것과 반대로, 공기의 더 효과적인 분포를 허용한다. 이해될 수 있는 것처럼, 스파지 관의 수는 용기의 크기 및 공정 요건에 따라 증가하거나 감소할 수 있다. 스파지 관은 일 방향, 다중 방향, 또는 모든 방향으로, 예컨대 360도 배열로 마이크로 크기화 버블을 생성하도록 구성될 수 있다.

도 15a-15d를 참조하면, 본 명세서에 개시된 하나 이상의 공정 및 시스템에 적합한 스파지 관의 몇몇 상이한 예가 도시되어 있다. 도 15d는 스파지 관(312)이 어떻게 용기(302)에 부착되는지의 일반적인 예시이다. 도 15a에 도시된 구성은 탱크(302) 내에 배치된 하나의 스파지 관의 예의 상면도이고, 도 15b에 도시된 구성은 탱크(302) 내에 배치된 몇몇 스파지 관의 예의 상면도이다. 도 15a 및 도 15b의 스파지 관은 형상이 일반적으로 원통형이고, 선형 또는 직선 길이로 용기(302)로 연장되고, 이 경우에 스파지 관은 용기의 전체 폭에 걸쳐 팽창되지만, 용기로 부분적으로(및 약간 아래로) 연장되는 도 14에 도시된 스파지 관과 같은, 다른 길이가 또한 본 개시내용의 범위 내에 있다. 반대로, 도 15c에 도시된 스파지 관은 일반적으로 용기의 내부의 원주를 따르는 원형 형상으로 연장되도록 구부려진다. 도시된 바대로, 이 구성의 스파지 관은 용기(302)의 내부 벽에 매우 근접하게 배치될 수 있다.

취입기 스키드 부품

하나 이상의 실시형태에 따라, 발효 시스템은, 용기(302)에서 발효 브로쓰로 가스, 예컨대 산소 또는 공기를 공급하는, 도 3-6에 도시된 바와 같은 취입기 스키드(304)를 포함할 수 있다. 취입기 스키드(304)는 적어도 하나의 취입기(306) 및 열 교환기(308)를 포함한다. 취입기 스키드(304)는 적어도 하나의 압력 게이지(318 및 324), 적어도 하나의 온도 게이지(320) 및 적어도 하나의 흐름 미터(322)를 또한 포함할 수 있다.

몇몇 실시형태에 따라, 발효 시스템(300)은 적어도 하나의 동력 조작된 취입기(306)를 포함할 수 있다. 각각의 원심분리 가스 터빈 구동 취입기(306)는 높은 속도로 스피닝하고 가스, 예컨대 공기를 용기로 방출하도록 작용하는 회전자가 구비된 드라이버 모터를 포함한다. 적어도 일 실시형태에 따라, 각각의 취입기는 공정 요건 및 용기의 크기에 따라 크기화될 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에 따라, 각각의 취입기는 12.5hp 모터를 포함할 수 있다. 취입기의 크기는 용기로 스파징될 수 있는 분당 입방피트의 공기의 양을 나타낸다. 상기 기재된 바대로, 12,000갤런 용기는 분당 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 또는 6000갤런 이상의 공기의 공정 요건을 가질 수 있고, 이것은 결국 취입기의 크기를 나타낸다. 예를 들어, 다양한 양태에 따라, 발효는, 상기 기재된 바대로, 스파징 관을 사용하여 포기에 의해, 및 용존 산소 수준을 약 10% 초과, 예컨대 20% 초과로 유지시키도록 공기 및/또는 산소 공급에 의해 수행될 수 있다. 추가로, 공기 요건은 1개의 단일 취입기의 사용 대신에 다중 취입기로 분포될 수 있는데, 왜냐하면 단일 취입기는 구입하고 조작하는 데 상당히 더 비쌀 수 있기 때문이다. 예를 들어, 도 3의 발효 시스템은 단일 22kW 취입기 대신에 2개의 11kW 취입기를 사용한다. 추가로, 취입기는 최대 psi에 의해 조작되도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 취입기는 20psi의 최대 압력을 생성할 수 있다. 몇몇 실시형태에 따라, 적합한 취입기, 예컨대 Spencer 2500 Series 취입기, 예컨대 Spencer 모델 CS21R96호는 Spencer Turbine Co.(코네티컷주 윈저)사로부터 구입 가능할 수 있다. 용기로 공기를 구동하기 위한 하나 이상의 취입기의 사용은 컴프레서의 사용보다 더 비용 효과적이고 더 효율적이다. 예를 들어, 컴프레서는 제조하고 유지시키고 조작하기 비싸고, 하나 이상의 취입기보다 적어도 4배, 예를 들어 6배인 에너지 비용을 초래할 수 있다.

적어도 일 실시형태에 따라, 취입기(들)(306)를 빠져나온 공기는 (하기 추가로 기재된) 입구 필터 장치(310) 및 용기(302)에 진입하기 전에 물 냉각된 열 교환기(308)를 통해 통과한다. 몇몇 실시형태에 따라, 다중 열 교환기가 사용될 수 있다. 예를 들어, 1개의 열 교환기는 코스 조율에 사용될 수 있고, 제2 열 교환기는 가스의 배출 온도의 미세 조율에 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 열 교환기는 80℉ 및 110℉의 온도, 예컨대 85℉ 내지 100℉의 온도에 있는 냉각 유체, 예컨대 물을 조작할 수 있고, 제2 열 교환기는 65℉ 미만, 예를 들어 60℉ 미만, 58℉, 또는 55℉ 미만의 온도에 있는 유체를 조작할 수 있다. 몇몇 실시형태에 따라, 취입기(306)에 진입하는 공기는 실온(약 25℃)에 있을 수 있고, 이후 취입기에 의해 200℉ 이상의 온도로 가열된다. 다양한 실시형태에 따라, 열 교환기(308)는 용기(302)로 진입하는 공기 또는 다른 가스를 냉각시키도록 작용하여서, 이것은 유기체를 사멸하고/하거나, 뱃치 또는 용기에 발생하는 다른 처리의 온도를 상승시키지 않는다. 따라서, 열 교환기(308)에 진입하는 공기는 200℉ 이상의 온도에 있을 수 있고, 이것은 이후 열 교환기(308)에 의해 100℉ 미만, 예컨대 90℉, 85℉, 80℉의 온도로, 소정의 경우에, 25℃의 실온으로 다시 냉각된다. 열 교환기(308)의 크기는 용기(302)로 가는 공기의 유속의 함수이다. 열 교환기(308)에 의해 사용된 물 이외의 다른 냉각 유체는 냉매 및 저온발생성 액체를 포함할 수 있다. 열 교환기(308)는 쉘 및 관 열 교환기일 수 있고, 여기서 냉각제 유체가 관 내에 흐르고, 공기 또는 다른 가스가 핀에 걸쳐 흐른다. 당해 분야의 당업자에 의해 인식되는 바대로, 다른 유형의 열 교환기는 또한 본 개시내용의 범위 내에 있다. 몇몇 실시형태에 따라, 열 교환기(308)는 관 및 핀 유형 열 교환기이다. 예를 들어, 관 및 핀은 둘 다 스테인리스 강으로부터 구축될 수 있거나, 관은 스테인리스 강으로부터 구축될 수 있고, 핀은 알루미늄 재료로부터 구축될 수 있다. 훨씬 다른 실시형태에서, 관 및 핀은 구리로부터 제조될 수 있다.

도 3-5에 도시된 바대로, 취입기 스키드(304)는 하나 이상의 압력 게이지(318 및 324), 온도 게이지(320) 및 흐름 미터(322)를 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, 온도 및 압력 판독은 온도 게이지(320) 및 압력 게이지(318)에 의해 취입기를 빠져나온 가열된 공기로부터 취해질 수 있다. 도 4 및 도 5에 도시된 바대로, 체크 밸브(328)는 역류를 막기 위해 취입기 스키드 어셈블리에 또한 포함될 수 있다. 발효 용기(302)로 이동하는 공기의 유속은 유량계(322)에 의해 측정될 수 있다. 제2 압력 게이지(324)는 하기 추가로 기재된 바대로 다중 유로로 분할되고 입구 필터 장치(310)로 분포되기 전에 공기의 압력을 또한 측정할 수 있다.

입구 필터 장치

소정의 실시형태에 따라 발효 시스템은, 도 3, 도 8 및 도 9에 도시된 바대로, 본 명세서에서 입구 필터 장치라 또한 칭해지는, 적어도 하나의 필터 장치(310)를 포함한다. 취입기(306) 및 열 교환기(308)를 빠져나오고 발효 공정으로 도입되는 가스, 예컨대 공기 또는 산소는 발효 화학을 방해하지 않도록 처음에 무균화될 필요가 있을 수 있다. 도 3에 도시된 실시형태에 따라, 취입기 스키드 어셈블리(304)를 빠져나온 공기는 가요성 도관을 사용하여 다중 유로, 예컨대 도 3에 도시된 4개의 별개의 유로로 분할된다. 각각의 가요성 도관은 큰 압력 하강의 생성을 피하도록 크기화될 수 있다. 예를 들어, 가요성 도관은 적어도 2인치인 직경을 가지도록 크기화될 수 있다. 각각 유로는 도 8 및 도 9에 더 명확히 도시된 바와 같은 필터 장치(310)가 장착된다. 각각의 필터 장치는 막 필터를 포함할 수 있다. 막 필터의 다공도는 약 50% 내지 약 95%, 예를 들어 약 60% 내지 약 80%일 수 있고, 기공 크기는 약 0.1마이크론 내지 2마이크론, 예컨대 0.2마이크론 내지 1마이크론일 수 있다. 예를 들어, 취입기 스키드 어셈블리(304)로부터 가온된 공기는 공기 입자 및 박테리아 및 많은 바이러스를 0.2마이크론으로 제거하는 필터를 통해 강제될 수 있다. 취입기 앞의 입구 측에서보다는, 열 교환기(308)를 포함하는 취입기 스키드(304)의 출구 측에서의 입구 필터 장치(310)의 배치는 필터를 통해 통과한 공기가 주변에 비해 양압 하에 있도록 보장한다. 필터 뒤 또는 앞의 임의의 누수는 따라서 기류에 대한 미립자 진입에 대한 경로로서 작용하지 않을 것이다. 막은 임의의 하나 이상의 소수성 재료, 예컨대 중합체로부터 구축될 수 있다. 적합한 필터는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) Pall Emflon(상표명) 필터(Pall Corporation(뉴욕 롱 아일랜드 이스트 힐즈))를 포함한다.

입구 필터 장치(310)는 막 필터 이외의 몇몇 다른 부품을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 8 및 도 9는 취입기 스키드(304)로부터 유입 공기의 압력 및 온도를 측정하기 위해 사용될 수 있는 압력 및 온도 게이지를 예시한다. 이 공기는 필터를 통해 통과할 수 있고, 여기서 이것은 무균화된다. 제2 압력 게이지는 (역류 및 오염을 막기 위해) 체크 밸브를 통해 및 용기(302)로 앞으로 이송되기 전에 필터를 빠져나가는 공기의 압력을 측정한다.

도 3을 참조하면, 발효 시스템(300)은 스파지 관(312)과 관련하여 상기 기재된 바와 같은 용기(302)의 주연부 둘레의 등거리 위치에 배치된 4개의 입구 필터 장치(310)를 포함할 수 있다. 입구 필터 장치(310)의 수는 하나 이상의 공정 매개변수, 예컨대 처리되는 발효 브로쓰의 용적, 공정에 필요한 공기 또는 산소의 필요한 양을 나타낼 수 있는 공정에 사용된 미생물의 유형, 및 크기 및/또는 탱크의 형상의 함수일 수 있다. 도 3에 도시된 바대로, 각각의 입구 필터 장치(310)는 용기(302)로 연장되는 스파지 관(312)에 연결되도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 스파지 관(312)은, 예컨대 스파지 관이 시스템의 상이한 부품을 함께 메이팅하기 위해 사용될 수 있는 유밀(fluid tight) 연결기를 포함하는 경우에, 탱크에 외부인 위치에서 입구 필터 장치(310)에 연결될 수 있다. 다른 실시형태에서, 스파지 관(312)은 용기(302)의 내부 내에 완전히 배치되어서, 연결 영역, 예컨대 파이프는 용기(302)를 통해 연장되고, 일 말단에서 필터 장치에 연결되고, 다른 말단에서 스파지 관(312)에 연결된다. 입구 필터 장치(310)의 상부는 도 3, 도 8 및 도 9에 도시된 바대로 필터 카트리지의 상부를 용기(302)에 부착하고 안정화시키기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 케이블 또는 다른 부착 수단을 또한 포함할 수 있다.

용기를 위한 응축기

다양한 실시형태에 따라, 발효 시스템(300)은 유체를 탱크로 다시 응축시키도록 작용하는 응축기(314)를 또한 포함할 수 있다. 응축기(314)는 도 3, 도 10a 및 도 10b에 예시되어 있다. 스파징으로부터 생성된 용기(302) 내의 압력은 물이 용기(302)로부터 배출되게 한다. 또한, 스파징 동안 무화된 물 입자는, 필터에서 응축되는 것을 방지하도록, 함유되거나 또는 그렇지 않으면 (하기 기재된) 출구 여과 어셈블리(316)에 진입하는 것으로부터 방지될 필요가 있다. 따라서, 응축기(314)는 용기의 상부에 배치되고, 용기(302)의 바닥으로부터 상부로 부유하는 스파지 버블을 응축시키도록 사용될 수 있다. 다양한 양태에 따라, 응축기(314)는 둘러싼 주변 공기에 의해 냉각된 다중 관이 장착될 수 있어서; 스파지 버블이 물로서 응축하고, 용기(302)로 다시 흐르도록 한다. 소정의 실시형태에 따라, 응축기(314)를 빠져나온 공기는 추가로 가열되어서 출구 여과 어셈블리(316)에 진입하기 전에 임의의 수분을 없앤다.

몇몇 실시형태에 따라, 응축기는 쉘 및 관 응축기일 수 있다. 몇몇 실시형태에 따라, 응축기는 관 및 핀 유형 응축기이다. 예를 들어, 관 및 핀은 둘 다 스테인리스 강으로부터 구축될 수 있거나, 관은 스테인리스 강으로부터 구축될 수 있고, 핀은 (더 높은 효율을 위해) 알루미늄 재료로부터 구축될 수 있다. 훨씬 다른 실시형태에서, 관 및 핀은 구리로부터 제조될 수 있다.

출구 여과 어셈블리

적어도 일 실시형태에 따라, 발효 시스템(300)은 본 명세서에서 출구 여과 어셈블리라 또한 칭하는 여과 어셈블리(316)를 포함한다. 출구 여과 어셈블리는 박테리아 및 다른 오염물질이 용기(302)로 다시 역으로 흐르지 못하게 하는 것을 포함하는 다수의 기능을 제공할 수 있다. 출구 여과 어셈블리(316)는 몇몇 필터, 예컨대 입구 필터 장치(310)와 관련하여 상기 기재된 것을 포함할 수 있다. 소정의 실시형태에 따라, 출구 여과 어셈블리(316)는 가열될 수 있는 도관을 통해 응축기(314)와 유체 연통할 수 있다. 예를 들어, 용기로부터 나온 모든 물이 응축기(314)에 의해 다시 용기로 포획되고 재응축될 수 있지 않다. 따라서, 추가적인 물은 모든 남은 액체를 증발시키도록 도관에서 가열될 수 있다. 몇몇 실시형태에 따라, 출구 여과 어셈블리를 빠져나온 공기는 대기로 배기되고, 소정의 경우에 외부 환경으로 배기될 수 있다.

용기에 대한 임펠러 /교반기

도 13a, 도 13b-1, 도 13b-2, 도 13c-1 및 도 13c-2와 관련하여, 용기의 내부는 용기의 내용물을 기계적으로 혼합하고 산소 이송을 최대화하도록 작용하는 혼합 시스템(326)이 장착될 수 있다. 몇몇 실시형태에 따라, 혼합 시스템(326)은 하나 이상의 임펠러를 포함할 수 있다. 혼합 시스템(326)은 용기(302)의 중앙에 수직으로 배치될 수 있다. 혼합 시스템(326)은 수직으로 배치된 임펠러 블레이드를 포함하는 모터가 달린 중앙 샤프트에 의해 구동될 수 있다. 예를 들어, 도 13a에 도시된 바대로, 제1 임펠러는 용기의 내부의 상부 부분에 배치되고, 제2 임펠러는 용기의 중앙 근처에 배치되고, 제3 임펠러는 용기의 하부 부분에 배치될 수 있다. 제1 임펠러의 상면도 및 측면도는 각각 도 13b-1 및 도 13b-2에 도시되어 있고, 제3 임펠러의 상면도 및 측면도는 각각 도 13c-1 및 도 13c-2에 도시되어 있다. 각각의 임펠러는 상이한 기능을 제공하도록 구성될 수 있다. 도 13a에 도시된 구성에서, 제1 (상부) 및 제3 (바닥) 임펠러는, 이 2개의 임펠러 사이의 공간에서 포획된 공기를 유지시킴으로써, 용기로 스파징된 공기의 잔류 시간을 증가시킨다. 예를 들어, 바닥 임펠러는, 상부 임펠러의 미는 또는 하강 힘에 의해 대응되는, 리프팅 또는 라이징 힘을 생성하도록 구성된다. 제2의, 중간 임펠러는, 상기 기재된 바대로, 러시턴 터빈일 수 있고, 이것은 "비팅"하거나 또는 그렇지 않으면 둘러싼 발효 브로쓰로의 가스 용해를 증대시키는 방사 흐름의 높은 전단력을 생성한다. 각각의 임펠러에 사용된 속도는 용기의 크기 및 처리의 유형에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 2500갤런 탱크에 대한 임펠러의 속도는 100rpm 미만, 예를 들어 80 미만, 70, 60, 또는 50rpm 미만일 수 있다. 임펠러 블레이드는 화학 발효 공정을 방해하지 않는 재료, 예컨대 강철 또는 금속 합금을 포함하는 금속로부터 구축된다. 혼합 시스템(326)은 가변 속도 제어기가 또한 장착될 수 있어서, 하나 이상의 임펠러의 속도는 발효 공정 동안 조정될 수 있다. 예컨대 15hp 모터와 같은 모터는 중앙 샤프트를 구동하도록 사용될 수 있다.

혼합 시스템(326)은 용기(302)의 내부 내에 핏팅되도록 크기화되고 성형될 수 있다. 예를 들어, 일례에 따라, 제1 임펠러는 23인치(584㎜)의 직경을 가질 수 있고, 제2 임펠러는 34인치(864㎜)의 직경을 가질 수 있고, 제3 임펠러는 12.8인치(325㎜)의 직경을 가질 수 있다. 추가로, 제1 임펠러의 수평 중앙선과 제2 임펠러의 수평 중앙선 사이의 거리는 30인치(762㎜)일 수 있고, 제2 임펠러의 수평 중앙선과 제3 임펠러의 수평 중앙선 사이의 거리는 22인치(559㎜)일 수 있다. 제1 임펠러의 위이고 제2 임펠러를 통해 아래로 연장되는 샤프트의 직경은 2.5인치(64㎜)일 수 있다. 제3 임펠러 위의 샤프트의 섹션은 1.5인치(38㎜)의 직경을 가질 수 있다. 혼합 시스템(326) 및 이의 성분의 다른 크기 및 구성이 본 개시내용의 범위 내에 또한 있는 것으로 이해될 것이다. 크기는 용기의 크기 및 적용의 유형에 따라 변할 수 있다.

도 14를 참조하면, 3개의 수직으로 배치된 임펠러 블레이드, 예컨대 도 14에서 원통형으로서 보이는, 도 13a와 관련하여 상기 기재된 것을 포함하는 혼합 시스템(326)을 포함하는 발효 용기(302)의 내부가 도시되어 있다. 용기(302)의 주연부 주위에 배치되고 용기의 중앙 바닥 부분으로 약간 아래로 연장되는, 4개의 스파지 관(312)의 도면이 또한 포함된다. 상기 기재된 바대로, 각각의 스파지 관(312)은 발효 브로쓰에서의 미생물의 성장을 촉진하도록 균일한 작은 버블을 발효 브로쓰로 전달할 수 있다.

발효 공정 개관 및 조건

도 7을 참조하면, 도 3에 도시된 호기성 발효 시스템(300)의 개략적 도해도가 도시된다. 조작 동안, 수성 당 용액은 입구(도 7에 비도시)를 통해 발효 용기(302)로 펌핑된다. 몇몇 실시형태에서, 입구는 용기의 상부 부분에 배치된 하나 이상의 포트로 주입될 수 있고, 소정의 경우에, 브로쓰는 용기 내의 유체 라인 위인 임의의 포트로 도입될 수 있다. 몇몇 실시형태에 따라, 발효는 발효의 시작 시 적어도 5중량%의 초기 글루코스 농도를 가지는 글루코스 용액을 사용하여 수행된다. 더욱이, 글루코스 용액은 발효가 시작된 후 희석될 수 있다.

다양한 실시형태에 따라, 발효 공정은 다중 뱃치를 사용하여 연속 조작의 방법에 따라 수행될 수 있다. 예를 들어, 발효 공정의 완료는 발효 브로쓰의 하기 특성 중 하나 이상에 의해 표시될 수 있다: 영양소의 농도, 하나 이상의 생성물의 농도, pH, 용존 가스의 양 및 발효 시간 기간.

소정의 양태에 따라, 발효의 시작 시 높은 초기 당 농도는 당 알콜의 생성을 선호할 수 있다. 따라서, 당화된 공급원료 용액은, 용액의 글루코스 수준을 증가시키도록 당 알콜을 생성하는 미생물과 조합 전에, 농축될 수 있다. 농축은 임의의 원하는 기법, 예를 들어 가열, 냉각, 원심분리, 역삼투, 크로마토그래피, 침전, 결정화, 증발, 흡착, 및 이들의 조합에 의해 수행될 수 있다. 몇몇 실시형태에 따라, 농축은 당화된 공급원료로부터의 액체의 적어도 일부의 증발에 의해 수행된다. 소정의 양태에서, 농축은 글루코스 함량을 약 5중량% 초과, 약 10중량% 초과, 약 20중량% 초과, 약 30중량% 초과, 약 40중량% 초과 및 약 50중량% 초과로 증가시킨다.

적어도 일 실시형태에 따라, 당화된 공급원료는 농축 전에 또는 후에 정제될 수 있다. 정제는 글루코스 함량을, 약 50중량% 초과, 예컨대 약 60중량% 초과, 약 70중량% 초과, 약 80중량% 초과, 약 90중량% 초과 및 약 99중량% 초과의, 물 이외의 모든 성분으로 증가시키도록 수행될 수 있다. 정제는 당해 분야에 공지된 임의의 기법에 의해 수행될 수 있고, 비제한적인 예는 가열, 냉각, 원심분리, 역삼투, 크로마토그래피, 침전, 결정화, 증발, 흡착, 또는 임의의 이들의 조합을 포함한다.

일단 용기(302)에서, 수성 당 용액은 하기 추가로 기재된 바대로 하나 이상의 미생물과 접촉할 수 있다. 적어도 일 실시형태에 따라, 미생물은 이전의 공정으로부터, 예컨대 시드 트레인 공정(seed train process)의 최종 용기로부터 용기로 캐뉼레이팅된다. 몇몇 실시형태에서, 접촉 단계는 세포 성장 단계 및 발효 단계를 포함하는 이중 단계 공정을 포함한다. 예를 들어, 이중 단계 발효 공정은 초기 세포 성장 단계, 이어서 생성물 제조 단계를 포함할 수 있다. 성장 단계에서, 공정 조건은 세포 성장을 최적화하도록 선택될 수 있고, 여기서 제조 단계에서처럼, 공정 조건은 하나 이상의 원하는 발효 생성물의 최적화된 제조에 선택될 수 있다. 일반적으로 말해서, 성장 배지 중의 낮은 당 수준, 예컨대 0.1 내지 10중량% 또는 0.2 내지 5중량%의 것은 세포 성장을 선호하고, 발효 배지 중의 더 높은 당 수준, 예컨대 약 5중량% 초과, 약 10중량% 초과, 약 20중량% 초과, 약 30중량% 초과 및 약 40중량% 초과의 것은 생성물 제조를 선호한다. 또한, 다른 공정 매개변수는 각각의 단계에 대해 변형될 수 있다. 예를 들어, 온도, 교반, 당 수준, 영양소, 및/또는 pH는 공정의 단계에 따라 모두 조정될 수 있다. 또한, 공정 조건은 공정을 최적화할 목적을 위해 각각의 단계에서 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 공정의 세포 성장 단계는 최적 밀도, 예를 들어 약 50g/ℓ, 약 60g/ℓ 초과, 약 70g/ℓ 초과 또는 약 75g/ℓ 초과를 달성하도록 모니터링될 수 있고, 농축된 당화 용액은 생성물 형성의 개시를 촉발하도록 첨가될 수 있다. 임의로, 상기 공정은, 예를 들어 세포 성장 및 생성물 형성을 제어하기 위한 자동 공급 및 프로브에 의해 pH 또는 산소화 수준을 모니터링하고 조정함으로써, 최적화될 수 있다. 추가의 양태에 따라, 다른 영양소, 예컨대 아미노산, 비타민, 금속 이온, 효모 추출물, 식물성 추출물, 펩톤, 탄소원 및 단백질은 공정을 최적화하기 위해 제어되고 모니터링될 수 있다.

이중 단계 발효는 문헌[Biotechnological production of erythritol and its applications, Hee-Jung Moon et al., Appl . Microbiol . Biotechnol . (2010) 86: 1017-1025]에 기재되어 있다. 소정의 경우에, 발효의 시작 시 글루코스의 높은 초기 농도가 에리쓰리톨 생성을 선호하지만, 높은 농도가 너무 오래 유지되는 경우, 이것은 미생물에 해로울 수 있다. 높은 초기 글루코스 농도는 상기 기재된 바대로 당화 동안에 또는 후에 글루코스를 농축시킴으로써 달성될 수 있다. 발효의 시작을 허용하는 초기 발효 기간 후, 발효 배지는 글루코스의 수준이 약 60중량% 미만, 약 50중량% 미만, 또는 약 40중량% 미만이 되도록 적합한 희석제에 의해 희석될 수 있다. 희석제는 물 또는 물과 추가적인 성분, 예컨대 아미노산, 비타민, 금속 이온, 효모 추출물, 식물성 추출물, 펩톤, 탄소원 및 단백질일 수 있다.

다시 도 7을 참조하면, 발효 공정은, 발효 브로쓰에서의 용존 산소 수준을 약 10% 초과, 예컨대 20% 초과로 유지시키도록, 스파징 관 및 공기 및/또는 산소 공급을 사용하여 포기에 의해 수행될 수 있다. 이것은 실온 공기를 취하고 이것을 하나 이상의 취입기를 통해 통과시킴으로써 달성될 수 있고, 이 취입기는 열 교환기(308), 입구 필터 장치(310), 및 용기(302)에 배치된 스파지 관(312)에 걸쳐 공기를 밀도록 필요한 힘을 생성한다. 취입기를 빠져나온 공기는 상기 기재된 바대로 열 교환기(308)를 사용하여 실온으로부터 약 200℃로 가열되고, 이후 4개의 유로로 분할된다. 각각의 유로를 통해 통과한 공기는, 스파지 관(312)을 통해 발효 브로쓰로 도입되기 전에, 처음에 오염물질을 제거하기 위해 입구 필터 장치(310)에서 0.2마이크론 필터를 통해 통과한다.

상기 기재된 바대로, 발효 용기(302)는 하나 이상의 공정 조건을 최적화하도록 크기화되고 성형될 수 있다. 예를 들어, 소정의 경우에 취입기(들)(306)에 의해 생성될 수 있는 최대 공기 압력은 20psi이다. 이 공기가 용기(302)의 상부 영역으로 도착하도록, 용기는 더 짧아질 수 있는데, 왜냐하면 탤러 탱크(taller tank)가 높은 정수압을 생성할 것이기 때문이다. 몇몇 실시형태에 따라, 용기는 가압될 수 없지만, 무균화의 목적을 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 증기 제트가 장착될 수 있다. 증기는 큰 격막 밸브를 사용하여 주입될 수 있고, 이 밸브는 용기를 약 0.5psi로 가압하도록 사용될 수 있거나, 대안에서, 증기는 대기에 개방된 하나 이상의 밸브에 의해 주입될 수 있어서, 용기는 대기압에 있다.

도 3을 참조하면, 발효 용기(302) 내의 압력은 압력 게이지를 포함하는 하나 이상의 압력 해제 밸브(330)에 의해 제어될 수 있다. 압력 해제 밸브는 하기 추가로 기재된 바대로 조절기에 의해 제어될 수 있고, 용기(302) 내의 압력이 미리 결정된 값, 예컨대 2psi를 초과할 때, 용기(302)로부터 압력을 해제하도록 작용한다. 도 3에 도시된 압력 해제 밸브(330)는 탱크의 전체 직경에 걸쳐 연장되고, 용기의 상부에 배치되 2개의 압력 게이지를 포함한다.

다양한 실시형태에 따라, 제트 혼합은 발효 동안 사용될 수 있다. 제트 혼합은 하나 이상의 임펠러, 예컨대 도 13a에 관련하여 상기 기재된 혼합 시스템(326)에 의해 수행될 수 있다. 임펠러(들)는 용기(302)의 내용물을 혼합하고 미생물로의 산소 전달을 증대시키도록 작용한다.

몇몇 실시형태에 따라, 발효는 pH 4 내지 7의 범위의 pH에서 수행될 수 있다. pH는 사용된 미생물의 유형에 따라 소정의 값의 범위에서 유지될 수 있다. 예를 들어, 미생물로서 효모를 사용할 때, pH는 pH 4-5의 범위에서 유지될 수 있지만, 자이모모나스가 사용될 때, pH는 pH 5-6의 범위에서 유지된다. 몇몇 실시형태에 따라, 발효 브로쓰의 pH는 용기의 측에 배치된 pH 프로브를 사용하여 측정된다. 소정의 실시형태에서, 수산화암모늄은 원하는 수준에서 pH를 유지시키도록 사용될 수 있다.

몇몇 실시형태에 따라, 발효는 미리 결정된 시간 동안 수행될 수 있다. 예를 들어, 발효는 24 내지 168시간, 예컨대 24 내지 96시간, 또는 24 내지 120시간 수행될 수 있다.

다양한 실시형태에 따라, 발효는 20℃ 내지 40℃(예를 들어, 26℃ 내지 40℃)의 범위의 온도에서 수행된다. 온도는 사용된 미생물의 유형에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 호열성 미생물은 더 높은 온도를 선호한다.

다양한 실시형태에 따라, 미생물에 대한 영양소는 발효 공정 동안 첨가될 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 출원 공보 제2012/0052536호(이의 전체 개시내용은 본 명세서에서 참고문헌으로 포함됨)에 기재된 것과 같은 식품 기반 영양소 패키지.

다양한 실시형태에 따라, 발효 공정으로부터의 생성물은 단리된다. 예를 들어, 생성물은, 소정의 경우에, 도 14에 도시된 바대로, 용기의 하부에 배치될 수 있는, 용기의 하나 이상의 출구로부터 추출될 수 있다.

상기 기재된 바대로, 응축기(314)는 용기(302)의 상부로 부유하는 스파지 버블을 응축시키도록 작용하도록 용기(302)의 상부에 배치될 수 있다. 추가로, 용기는 가스, 예컨대 이산화탄소, 산소, 및/또는 공기가 용기(302)를 탈출하도록 허용하는 적어도 하나의 벤트(332)가 또한 장착될 수 있다.

몇몇 실시형태에 따라, 발효 시스템은 발효 공정 및/또는 설비의 하나 이상의 양태를 제어하기 위해 사용될 수 있는 제어장치를 포함한다. 예를 들어, 각각의 입구 필터 장치(310)는 용기(302)로의 유입 공기 또는 다른 가스의 온도 및 압력을 측정하도록 구성될 수 있다. 추가로, 각각의 취입기의 rpm, 및 발효 브로쓰 중의 용존 산소의 pH 및 양은 또한 모니터링될 수 있다. 미리 결정된 값 또는 값의 범위는 이 공정 변수의 각각에 대해 원해질 수 있고, 측정된 값이 미리 결정된 값 아래 또는 위에 해당할 때, 제어장치는 발효 공정의 하나 이상의 양태를 조정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 발효 중의 용존 산소의 수준이 10% 이하로 떨어지면, 취입기의 rpm은 더 많은 공기를 용기로 밀도록 증가할 수 있다.

소정의 실시형태에 따라, 저분자량 당이 알콜, 예컨대 에탄올로 전환되기 전에 발효 공정의 전부 또는 일부는 방해될 수 있다. 중간 발효 생성물은 높은 농도로 있을 수 있는 당 및 탄수화물을 포함한다. 당 및 탄수화물은 당해 분야에 공지된 임의의 방식을 통해 단리될 수 있다. 다양한 양태에 따라, 이 중간 발효 생성물은 인간 또는 동물 소비를 위한 식품의 제조에 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 중간 발효 생성물은 밀가루 유사 물질을 제조하기 위해 예를 들어 스테인리스 강 실험실 밀을 사용하여 미세한 입자 크기로 분쇄될 수 있다.

하나 이상의 실시형태에 따라, 이동 발효장치는, 국제 출원 제PCT/US2007/074028호에 기재되고 PCT 공보 WO 2008/011598(이의 개시내용은 그 전문이 참고문헌으로 본 명세서에 포함됨)로 공개된 바와 같은, 발효 공정에 사용될 수 있다. 추가의 실시형태에 따라, 발효 공정의 전부 또는 일부는 이송 동안 수행될 수 있다.

다른 실시형태에 따라, 혐기성 유기체는 발효 공정에서 사용될 수 있다. 따라서, 발효 공정은 산소의 부재 하에 수행될 수 있다. 발효 공정은 하나 이상의 불활성 가스, 예컨대 질소(N₂), 아르곤(Ar), 헬륨(He), 이산화탄소(CO₂), 및 이들의 혼합물의 존재 하에 수행될 수 있다. 추가로, 발효 혼합물은 발효 공정의 일부 또는 전부 동안 용기를 통해 흐르는 불활성 가스의 일정한 퍼지를 가질 수 있다. 일 실시형태에 따라, 이산화탄소는 임의의 다른 불활성 가스의 임의의 첨가 없이 발효 공정 동안 혐기성 조건을 달성하거나 최소화하도록 사용된다.

발효 물질

다양한 실시형태에 따라, 발효 공정에 사용된 미생물은 천연 발생 미생물 및/또는 조작된 미생물일 수 있다. 예를 들어, 미생물은 박테리아, 예컨대 섬유소분해 박테리아, 진균, 예컨대 효모, 식물, 원생생물, 예컨대 원생동물 또는 진균 유사 원생생물, 예컨대 점균류 또는 조류일 수 있다. 미생물이 적합할 때, 미생물의 혼합물을 발효에 사용할 수 있다.

발효에 사용된 미생물은 탄수화물, 예컨대 글루코스, 프럭토스, 자일로스, 아라비노스, 만노스, 갈락토스, 올리고당 또는 다당류를 발효 생성물로 전환할 수 있는 임의의 적합한 미생물일 수 있다. 다양한 양태에 따라, 발효 미생물은 속 사카로마이세스 종(Saccharomyces spp .)(에스. 세레비시아에(S. cerevisiae)(베이커 효모), 에스. 디스타티쿠스(S. distaticus), 에스, 우바룸(S. uvarum)을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않음), 속 클루이베로마이세스(Kluyveromyces)(케이. 마르시아누스(K. marxianus), 케이. 프라질리스(K. fragilis)를 포함하지만, 이들로 제한되지는 않음), 속 칸디다(Candida)(씨. 슈도트로피칼리스(C. pseudotropicalis) 및 씨. 브라시카에(C. brassicae)를 포함하지만, 이들로 제한되지는 않음), 피치아 스티피티스(Pichia stipitis)(칸디다 쉐하타에(Candida shehatae)의 친척), 속 클라비스포라(Clavispora)(씨. 루시타니아에(C. lusitaniae) 및 씨. 오푼티아에(C. opuntiae)를 포함하지만, 이들로 제한되지는 않음), 속 파키솔렌(Pachysolen)(피. 타노필루스(P. tannophilus)를 포함하지만, 이들로 제한되지는 않음), 속 브레타노마이세스(Bretannomyces)(예를 들어 비. 클라우세니(B. clausenii)를 포함하지만, 이들로 제한되지는 않음(Philippidis, G. P., 1996, Cellulose bioconversion technology, in Handbook on Bioethanol: Production and Utilization, Wyman, C.E., ed., Taylor & Francis, Washington, DC, 179-212))의 균주를 포함한다. 다른 적합한 미생물은 예를 들어 자이모모나스 모빌리스(Zymomonas mobilis), 클로스트리듐 종(씨. 써모셀룸(C. thermocellum)(상기 Philippidis, 1996), 씨. 사카로뷰틸아세토니쿰(C. saccharobutylacetonicum), 씨. 티로뷰티리쿰(C. tyrobutyricum), 씨. 사카로뷰틸리쿰(C. saccharobutylicum), 씨. 푸니세움(C. Puniceum), 씨. 베이예른키(C. beijernckii) 및 씨. 아세토뷰틸리쿰(C. acetobutylicum)을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않음), 모닐리엘라 종(Moniliella spp .)(엠. 폴리니스(M. pollinis), 엠. 토멘토사(M. tomentosa), 엠. 마디다(M. madida), 엠. 니그레센스(M. nigrescens), 엠. 오에도세팔리(M. oedocephali), 엠. 메가킬리엔시스(M. megachiliensis)를 이들로 제한되지는 않음), 야로위아 리폴리티카(Yarrowia lipolytica), 아우레오바시듐 종(Aureobasidium sp .), 트리초스포로노이데스 종(Trichosporonoides sp .), 트리고놉시스 바리아빌리스(Trigonopsis variabilis), 트리초스포론 종(Trichosporon sp .), 모닐리엘라아세토아뷰탄스 종(Moniliellaacetoabutans sp .), 티풀라 바리아빌리스(Typhula variabilis), 칸디다 마그놀리아에(Candida magnoliae), 우스틸라기노마이세테스 종(Ustilaginomycetes sp .), 슈도자이마 추쿠바엔시스(Pseudozyma tsukubaensis), 속 자이고사카로마이세스(genera Zygosaccharomyces), 데바리오마이세스(Debaryomyces), 한세눌라(Hansenula) 및 피치아(Pichia)의 효모 종, 및 데마티오이드 속 토룰라(dematioid genus Torula)의 진균(예를 들어, 티. 코랄리나(T. corallina))을 포함한다.

많은 이러한 미생물 균주는 상업적으로 또는 기탁, 예컨대 몇몇 열거하자면 ATCC(American Type Culture Collection(미국 버지니아주 머내서스)), NRRL(Agricultural Research Service Culture Collection(미국 일리노이주 페오리아)), 또는 DSMZ(Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH(독일 브라운슈바이크))를 통해 공중에게 이용 가능하다.

몇몇 실시형태에 따라, 발효에 사용된 미생물은 효모를 포함할 수 있다. 상업적으로 구입 가능한 효모는 예를 들어 레드 스타(RED STAR)(등록상표)/에사프레 에탄올 레드(Lesaffre Ethanol Red)(레드 스타/레사프레(미국)사로부터 구입 가능), FALI(등록상표)(Fleischmann's Yeast, Burns Philip Food Inc.의 분사(미국)로부터 구입 가능), SUPERSTART(등록상표)(Alltech(현재 Lalemand)사로부터 구입 가능), GERT STRAND(등록상표)(Gert Strand AB(스웨덴)사로부터 구입 가능) 및 FERMOL(등록상표)(DSM Specialties사로부터 구입 가능)을 포함한다.

다양한 실시형태에 따라, 바이오매스 재료를 당화시키고 당을 제조하기에 적합한 미생물은 이 당을 유용한 생성물로 전환할 목적을 위해 발효 공정에서 또한 사용될 수 있다.

실시예

본 명세서에 기재된 시스템 및 방법은 하기 실시예를 통해 추가로 예시될 것이고, 이 실시예는 자연히 예시적이고, 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.

예시적인 포기 취입기 시스템

본 명세서에 기재된 발효 공정 및 시스템에서 사용하기에 적합한 취입기 시스템의 예는 Spencer Turbine Co.(코네티컷주 윈저)로부터 구입 가능한 2개의 Spencer 2500 Series Power Mizer High Efficiency Multistage Centrifugal Cast Blower, 모델 번호 CS21R96을 포함한다. 각각의 취입기는 11psig에서 650ICFM 점수매겨지고, 6인치 플랜지된 입구 및 5인치 플랜지된 출구를 포함한다. 각각의 취입기는 50HP, 460볼트, 3위상, 60Hz, 3600rpm, TEFC 모터에 의해 동력공급된다.

취입기 시스템은 또한 304 SS 하우징, 304L SS 케이싱, 304 SS (8인치) 플랜지된 공기 입구 및 출구, 및 물 공급 라인을 위한 1.5인치 구리 플랜지를 가지는 일반 물 냉각된 열 교환기(HEX)를 포함한다. 물 냉각된 열 교환기의 예는 Xchanger, Inc.(미네소타주 홉킨스)로부터 구입 가능한 C-시리즈, 모델 번호 C-125를 포함한다. 열 교환기는 구리 관 및 알루미늄 핀으로부터 구축된 핀-관 어셈블리이다. 이 열 교환기에 대한 성능 메트릭스는 하기 표 1에 기재되어 있다:

또한, 열 교환기는 각각 공정 배지 측에 대해 300℉ 및 12.0 lb/in² 및 서비스 배지 측에 대해 200℉ 및 100.0 lb/in²의 설계 온도 및 압력을 가진다.

변조(6인치) 밸브(예를 들어, 4-20mA), 버터플라이 밸브(6인치), 체크 밸브(6인치), 열 교환기를 위한 물 솔레노이드 밸브, 및 열 교환기 방전 온도를 유지시키기 위한 온도 제어 밸브를 포함하는 하나 이상의 밸브는 취입기 시스템에 또한 포함된다. 6인치 플랜지 컴패니언 어답터를 가지는 5인치 플랜지, 및 6인치 플랜지된 연장 조인트가 또한 포함된다. 6인치 입구 소음기/필터 어셈블리가 취입기와 사용하도록 또한 포함된다.

취입기 시스템은 또한 하나 이상의 센서 및 다른 측정 또는 공정 피드백 장치를 포함한다. 예를 들어, 상기 시스템은 인보드 및 아웃보드 취입기 베어링을 위한, 및 열 교환기의 입구 및 출구를 위한, 적어도 하나의 RTD(Resistance Temperature Detector: 저항 온도 검출기) 센서 및 송신기를 포함한다. 인보드 및 아웃보드 하부 베어링은 진동 센서 및 송신기를 또한 포함한다. RTD 장치 및 압력 센서는 일반 방전의 온도 및 압력을 측정하도록 또한 사용된다. 하나 이상의 유량계는 공기 유속을 측정하도록 또한 사용된다.

일반 EMBC 안티-서지 시스템은 취입기 시스템과 조합되어 또한 사용되고, 모터 액츄에이팅된 공기-블리드 밸브, NEMA 4 액츄에이터 및 보호 스크린이 장착된 인라인 TEE 공기 소음기를 포함한다.

NEMA 12 대조군 패널은 시스템에 또한 포함된다.

본 명세서에 기재된 발효 시스템은 셀룰로스 효소 생성에 사용될 수 있고, 1일 대략 1g/ℓ의 생성 속도를 가진다.

상기 기재된 시스템에 따라, 셀룰라제 발효는 대략 1,600gal의 주요 용적으로 실행되었다. 발효 배지의 주성분은 옥수숫대, 쌀겨 및 황산암모늄이고, 옥수숫대가 주요 유도물질이었다. 발효를 5%(V/V)의 시드 접종원에 의해 접종하고, 반응기를, 10일 동안 약 63RPM에서 교반하면서, 약 64 sCFM(약 0.3VVM)에서 공기에 의해 스파징하였다. pH를 3.8 초과로 유지시키고, 온도는 전체 실행에 대해 27±3℃에 있었다. 생성물의 역가는 대략 11g/ℓ였다.

적어도 하나의 예의 이렇게 기재된 몇몇 양태를 가지면서, 다양한 변경, 변형 및 개선이 당해 분야의 당업자에게 용이하게 발생할 것이라고 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 예는 다른 문맥에서 또한 사용될 수 있다. 이러한 변경, 변형 및 개선은 본 개시내용의 일부이도록 의도되고, 본 명세서에 기재된 예의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 따라서, 상기 설명 및 도면은 오직 예로서 있다.

Claims (13)

1. 가스를 수성 액체에 전달하기 위한 시스템, 예컨대, 수성 액체의 호기성 발효를 위한 시스템으로서,
   용기;
   상기 용기의 내부와 유체 연통하는 적어도 하나의 스파지 관(sparge tube); 및
   가스를 상기 적어도 하나의 스파지 관에 전달하도록 구성된 적어도 하나의 취입기(blower)를 포함하는, 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 스파지 관은 다공성 금속으로 구축된, 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 스파지 관은 상기 용기의 하부 부분에 배치된, 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 용기는 2:1의 종횡비를 가지는, 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 취입기로부터 상기 적어도 하나의 스파지 관으로 전달되는 공기를 여과시키도록 구성된 적어도 하나의 필터를 더 포함하는, 시스템.
6. 제5항에 있어서, 상기 취입기의 출구와 유체 연통하는 입구 및 상기 적어도 하나의 필터와 유체 연통하는 출구를 가지는 열 교환기를 더 포함하는, 시스템.
7. 제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 필터 및 상기 열 교환기에 커플링된 가요성 도관 재료를 더 포함하는, 시스템.
8. 제5항에 있어서, 상기 시스템은 상기 용기의 주연부 둘레의 등거리 위치에 배치된 복수의 필터를 포함하는, 시스템.
9. 제1항에 있어서, 상기 용기의 내부와 연통하고 스파지 버블을 응축시키도록 구성된 적어도 하나의 응축기를 더 포함하는, 시스템.
10. 제1항에 있어서, 상기 용기의 내부 내에 배치된 혼합 시스템을 더 포함하는, 시스템.
11. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 취입기는 20psi의 압력에서 공기를 전달하도록 구성된, 시스템.
12. 가스를 발효 공정에 제공하기 위한 시스템으로서,
    발효 브로쓰(fermentation broth); 및
    상기 발효 브로쓰와 유체 연통하는 적어도 하나의 가스 취입기를 포함하는, 시스템.
13. 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가스 취입기는 가스를 생성하도록 구성된 가스 제조부 및 상기 가스를 상기 발효 브로쓰에 전달하도록 구성된 가스 전달부를 포함하는, 시스템.

Images