一種將攪拌式發(fā)酵罐系統(tǒng)組裝為填充床式酶反應(yīng)器的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種將攪拌式生物發(fā)酵罐快速組裝為填充床式酶反應(yīng)器的方法，屬于生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)與改造【技術(shù)領(lǐng)域】。利用發(fā)酵罐原有控制系統(tǒng)，將攪拌式生物發(fā)酵罐的水浴系統(tǒng)外接帶夾層層析柱的夾套水進(jìn)出口，利用蠕動(dòng)泵的推動(dòng)力將底物溶液從層析柱的上方口勻速壓入，與固定化酶接觸并催化反應(yīng)，反應(yīng)液從層析柱的下方口流出。該發(fā)明利用攪拌式發(fā)酵罐設(shè)備系統(tǒng)，組裝后實(shí)現(xiàn)生物發(fā)酵罐和填充柱式酶反應(yīng)器的設(shè)備集成，節(jié)省設(shè)備購(gòu)置資金并減少擺放場(chǎng)地。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種將攪拌式發(fā)酵罐系統(tǒng)組裝為填充床式酶反應(yīng)器的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生物工程領(lǐng)域中的生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)與改造【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種將攪拌 式發(fā)酵罐組裝為填充床式酶反應(yīng)器的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 近20年中國(guó)酶工程技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展期，多項(xiàng)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)已成熟穩(wěn)定，如采用酶 或細(xì)胞轉(zhuǎn)化工藝生產(chǎn)的天冬氨酸、衣康酸、果葡糖漿、阿斯巴甜、丙烯酰胺等產(chǎn)品都已經(jīng)達(dá) 到萬(wàn)噸級(jí)以上規(guī)模。然而與酶技術(shù)日新月異的高速發(fā)展形成鮮明對(duì)比的是，市場(chǎng)化酶的反 應(yīng)器品種單一，生產(chǎn)廠家少，可供選擇的反應(yīng)器類(lèi)型更少，且多數(shù)商品化品種與生物發(fā)酵罐 的結(jié)構(gòu)沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，不能適應(yīng)靈活多變的酶催化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)要求。
[0003] 酶反應(yīng)器與生物發(fā)酵罐有較大的差異：酶催化過(guò)程時(shí)間短，對(duì)密封、無(wú)菌和攪拌等 要求不高，催化劑形式多樣；而發(fā)酵法是活體生物培養(yǎng)，過(guò)程要求嚴(yán)格無(wú)菌操作，因菌體生 長(zhǎng)對(duì)溶氧需要故攪拌要求較高，且批次反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。酶催化反應(yīng)器與化學(xué)反應(yīng)釜也存在 不同：酶催化的底物可以是復(fù)雜大分子也可以是小分子，在溫和條件下催化反應(yīng)；而化學(xué) 轉(zhuǎn)化的底物為簡(jiǎn)單化合物，且反應(yīng)過(guò)程條件苛刻，如高溫、強(qiáng)堿等。
[0004] 酶工程技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)酶催化反應(yīng)器需求較大，且多種類(lèi)型的酶反應(yīng)器如何能 夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)，從而滿足科研小試以及產(chǎn)品中試的工藝條件要求是眾多科研工作者或企業(yè)工 程師們迫切需要解決的問(wèn)題，如果每種酶反應(yīng)器都需要購(gòu)買(mǎi)，不僅需要大量設(shè)備投資，對(duì)于 設(shè)備擺放的場(chǎng)地也要求較高。本發(fā)明提供了一種將攪拌罐式發(fā)酵罐快速組裝為填充床式酶 反應(yīng)器的方法，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵罐和填充床式酶反應(yīng)器在同一設(shè)備裝置上實(shí)現(xiàn)，解決設(shè)備重復(fù)購(gòu) 買(mǎi)等問(wèn)題，具有較好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的在于擺著節(jié)省設(shè)備購(gòu)置資金和設(shè)備利用最大化原則，提供一種將攪拌 罐式生物發(fā)酵罐組裝為填充床式酶反應(yīng)器的方法，同時(shí)保留生物發(fā)酵罐原有功能，從而不 影響生物發(fā)酵罐的正常使用，實(shí)現(xiàn)一種設(shè)備同時(shí)具有發(fā)酵罐和填充床式酶反應(yīng)器的使用功 能，有效解決目前酶反應(yīng)器購(gòu)買(mǎi)難且設(shè)備難以達(dá)到催化工藝要求的突出問(wèn)題，適宜規(guī)?；?推廣使用，對(duì)生物工程產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展具有較好推動(dòng)作用。
[0006] 本發(fā)明可以通過(guò)如下措施達(dá)到：一種將攪拌式發(fā)酵罐系統(tǒng)組裝為填充床式酶反應(yīng) 器的方法，其特征在于包含如下步驟： 1.攪拌式發(fā)酵罐系統(tǒng)：發(fā)酵罐主體、控制系統(tǒng)、恒溫水浴循環(huán)裝置、蒸汽發(fā)生器、空氣 壓縮泵和空氣儲(chǔ)罐均具備。
[0007] 2.將攪拌式發(fā)酵罐組裝為填充床式酶反應(yīng)器 1)具有雙層夾套的層析柱，層析柱下方填充砂芯，將攪拌式發(fā)酵罐的恒溫水浴循環(huán)裝 置的進(jìn)出水口分別外接層析柱的夾套進(jìn)出口。
[0008] 2)由層析柱上方口以靜沉方式加入固定化酶，并用緩沖液淋洗平衡，同時(shí)將攪拌 式發(fā)酵罐的pH電極插入層析柱上方口。
[0009] 3)將酶催化底物溶液補(bǔ)料瓶、酸瓶和堿瓶的外接軟管分別接入攪拌罐式發(fā)酵罐的 蠕動(dòng)泵，各軟管出口均置于層析柱的上方口，即組裝為填充床式的酶反應(yīng)器。
[0010] 3.啟動(dòng)攪拌式發(fā)酵罐的主板控制系統(tǒng)，根據(jù)酶催化工藝要求，實(shí)現(xiàn)溫度、pH、空氣 流量和底物補(bǔ)料的控制。自層析柱下方口流出的反應(yīng)液用于產(chǎn)品精制和反應(yīng)過(guò)程檢測(cè)。 [0011]

【具體實(shí)施方式】： 以下結(jié)合酶法生產(chǎn)6-氨基青霉烷酸和豌豆蛋白多肽的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō) 明，本發(fā)明的保護(hù)范圍不受實(shí)施例的限制。
[0012] 攪拌式發(fā)酵罐系統(tǒng)的主輔設(shè)備齊全，包括發(fā)酵罐主體、發(fā)酵罐控制系統(tǒng)、空氣壓縮 機(jī)和空氣儲(chǔ)罐、恒溫循環(huán)水浴、蒸汽發(fā)生器，各裝置設(shè)備之間依靠硅膠軟管相互連接。
[0013] 實(shí)施例1 :將攪拌式生物發(fā)酵罐組裝為填充床式酶反應(yīng)器生產(chǎn)6-氨基青霉烷酸 準(zhǔn)備具有雙層夾套的層析柱，層析柱的有效使用長(zhǎng)寬分別為40cm和8cm，下方填充砂 芯，將攪拌式發(fā)酵罐的恒溫水浴循環(huán)裝置的進(jìn)出水口分別外接層析柱的夾套進(jìn)出口。由層 析柱上方口以靜沉方式加入固定化青霉素?；福?07 U/g)，并用pH8. 0緩沖液淋洗平衡， 預(yù)平衡后的固定化酶高度為層析柱實(shí)際使用高度的2/3。將攪拌式發(fā)酵罐的pH電極插入層 析柱上方口，同時(shí)將酶催化底物溶液補(bǔ)料瓶、酸瓶和堿瓶的外接軟管分別接入攪拌罐式發(fā) 酵罐的蠕動(dòng)泵，各軟管出口均置于層析柱的上方口。
[0014] 開(kāi)啟蠕動(dòng)泵進(jìn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的青霉素鉀鹽底物溶液，進(jìn)樣量為l〇ml/min，循環(huán) 水浴控制反應(yīng)溫度為40°C，利用發(fā)酵罐控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)酸堿滴定控制反應(yīng)pH為8. 0,利 用比色法測(cè)定層析柱下方出口的產(chǎn)物6-氨基青霉烷酸的得率為85%。
[0015] 實(shí)施例2 :將攪拌式生物發(fā)酵罐組裝為填充床式酶反應(yīng)器生產(chǎn)豌豆蛋白多肽 準(zhǔn)備具有雙層夾套的層析柱，層析柱的有效使用長(zhǎng)寬分別為85cm和10cm，下方填充砂 芯，將攪拌式發(fā)酵罐的恒溫水浴循環(huán)裝置的進(jìn)出水口分別外接層析柱的夾套進(jìn)出口。由層 析柱上方口以靜沉方式加入固定化枯草芽孢桿菌蛋白酶（352 U/g)，并用pH7. 5緩沖液淋 洗平衡，預(yù)平衡后的固定化酶高度為層析柱實(shí)際使用高度的2/3。將攪拌式發(fā)酵罐的pH電 極插入層析柱上方口，同時(shí)將酶催化底物溶液補(bǔ)料瓶、酸瓶和堿瓶的外接軟管分別接入攪 拌罐式發(fā)酵罐的蠕動(dòng)泵，各軟管出口均置于層析柱的上方口。
[0016] 開(kāi)啟蠕動(dòng)泵進(jìn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的豌豆蛋白底物溶液，進(jìn)樣量為6 ml/min，循環(huán)水浴 控制反應(yīng)溫度為48°C，利用發(fā)酵罐控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)酸堿滴定控制反應(yīng)pH為7. 5,利用茚 三酮比色法測(cè)定層析柱下方出口的產(chǎn)物豌豆蛋白多肽的得率為32%。
【權(quán)利要求】
1. 一種將攪拌式發(fā)酵罐系統(tǒng)組裝為填充床式酶反應(yīng)器的方法，其特征在于利用原有的 攪拌式發(fā)酵罐系統(tǒng)，外接一底部填充砂芯的層析柱，層析柱帶有可進(jìn)出恒溫循環(huán)水的雙層 夾套。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述，一種將攪拌式發(fā)酵罐系統(tǒng)快速組裝為填充床式酶反應(yīng)器的方 法，其特征在于其包括如下步驟：具有雙層夾套的層析柱，層析柱下方填充砂芯，將攪拌式 發(fā)酵罐的恒溫水浴循環(huán)裝置的進(jìn)出水口分別外接層析柱的夾套進(jìn)出口；由層析柱上方口以 靜沉方式加入固定化酶，并用緩沖液淋洗平衡，同時(shí)將攪拌式發(fā)酵罐的pH電極插入層析柱 上方口；將酶催化底物溶液補(bǔ)料瓶、酸瓶和堿瓶的外接軟管分別接入攪拌罐式發(fā)酵罐的蠕 動(dòng)泵，各軟管出口均置于層析柱的上方口；啟動(dòng)攪拌式發(fā)酵罐的主板控制系統(tǒng)，根據(jù)酶催化 工藝要求，實(shí)現(xiàn)溫度、pH和底物補(bǔ)料的控制，反應(yīng)后的產(chǎn)物溶液從層析柱的下方口流出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述，一種將攪拌式發(fā)酵罐系統(tǒng)快速組裝為填充床式酶反應(yīng)器的方 法，外接的層析柱為玻璃、塑料和不銹鋼材質(zhì)的一種，層析柱的上下端均為開(kāi)放式，底物溶 液、產(chǎn)物溶液能夠自由進(jìn)出。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述，一種將攪拌式發(fā)酵罐系統(tǒng)組裝為填充床式酶反應(yīng)器的方法， 催化劑類(lèi)型為固定化酶，也可以是固定化細(xì)胞形式。
【文檔編號(hào)】C12M1/02GK104152350SQ201410420192
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】程仕偉, 梁建光, 李維衛(wèi) 申請(qǐng)人:魯東大學(xué)