一種將攪拌式發(fā)酵罐系統(tǒng)組裝為流化床式酶反應器的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種將攪拌式生物發(fā)酵罐組裝為流化床式酶反應器的方法，屬于生物反應器設計與改造【技術領域】。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出口，利用發(fā)酵罐系統(tǒng)上的蠕動泵快速的將底物溶液從下方口壓入裝有固定化酶的層析柱中，將固定化酶懸浮，與底物溶液充分接觸。該發(fā)明利用攪拌式發(fā)酵罐設備系統(tǒng)組裝為流化床式酶反應器，實現(xiàn)自動控溫控pH的酶催化反應，節(jié)省設備資金且減少場地占有量。
【專利說明】一種將攪拌式發(fā)酵罐系統(tǒng)組裝為流化床式酶反應器的方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于生物工程領域中的生物反應器設計與改造【技術領域】，涉及一種將攪拌式發(fā)酵罐快速組裝為流化床式酶反應器的方法。
[0002]

【背景技術】
[0003]酶尤其是固定化酶在生物體外進行催化反應時，都必需在一定的反應容器中進行，以便控制酶催化反應的各種條件和速度。酶反應器是用于完成酶促反應的核心裝置，它為酶催化反應提供合適的場所和最佳的反應條件，它處于酶催化應過程的中心地位，是連接原料和產(chǎn)物的橋梁。
[0004]流化床式反應器的特點是底物溶液以足夠大的流速，從反應器底部向上通過固定化酶柱床時，便能使固定化酶顆粒始終處于流化狀態(tài)。流化床式反應器可用于處理黏度較大和含有固體顆粒的底物溶度，也可用于需要供氣體或排放氣體的酶反應，其流動方式使反應液的混合程度介于連續(xù)攪拌式酶反應器的全混型和填充床式酶反應器的平推流型之間。
[0005]工業(yè)酶催化反應過程中使用的酶種類眾多，酶催化劑形式(固定化酶、游離酶、固定化細胞、游離細胞等)多樣，底物物理化學性質(zhì)差異大，酶催化動力學性質(zhì)和酶穩(wěn)定性都存在差異，所有這些因素都要求設計適應催化過程要求的酶反應器，然而目前商品化酶反應器以攪拌罐式反應器為主，難以適應快速發(fā)展的酶工程技術的要求。本發(fā)明提供了一種在發(fā)酵罐原有系統(tǒng)基礎上，快速組裝為流化床式酶反應器的方法，實現(xiàn)發(fā)酵罐與流化床反應器的設備集成，節(jié)省設備投資。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于提供一種將攪拌罐式生物發(fā)酵罐組裝為流化床式酶反應器的方法，同時保留生物發(fā)酵罐原有功能，實現(xiàn)一種設備具有兩種(發(fā)酵罐、流化床式酶反應器)使用功能，適宜規(guī)?；茝V使用。
[0007]本發(fā)明可以通過如下措施達到:一種將攪拌式發(fā)酵罐系統(tǒng)組裝為流化床式酶反應器的方法，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罐均具備。
[0008]2.將攪拌式發(fā)酵罐的恒溫水浴循環(huán)裝置的進出水口分別外接層析柱的夾套進出口，層析柱上下方口 1cm處均有砂芯，其中上方口為活動砂芯以方便固定化酶加入。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)酵罐的蠕動泵，其中酸堿補料瓶的軟管出口置于層析柱的上方口，而底物溶液補料瓶軟管與層析柱的下方口連接。
[0010]4.開啟與底物溶液補料瓶連接的蠕動泵，快速推動底物溶液自下方口進入層析柱，將固定化酶懸浮，與底物溶液充分接觸完成反應。啟動攪拌式發(fā)酵罐的主板控制系統(tǒng)，根據(jù)酶催化工藝要求，實現(xiàn)溫度、PH和底物補料的控制。
[0011]5.當?shù)孜锶芤簩⒁錆M層析柱料腔時，啟動外接蠕動泵，以恒定速率流出一定量的反應液，保證層析柱內(nèi)的底物溶液不至溢出。
[0012]【具體實施方式】:
以下結合酶法生產(chǎn)6-氨基青霉烷酸和豌豆蛋白多肽的實施例對本發(fā)明進行進一步說明，本發(fā)明的保護范圍不受實施例的限制。
[0013]攪拌式發(fā)酵罐系統(tǒng)的主輔設備齊全，包括發(fā)酵罐主體、發(fā)酵罐控制系統(tǒng)、空氣壓縮機和空氣儲罐、恒溫循環(huán)水浴、蒸汽發(fā)生器，各裝置設備之間依靠硅膠軟管相互連接。
[0014]實施例1:將攪拌式生物發(fā)酵罐組裝為流化床式酶反應器生產(chǎn)6-氨基青霉烷酸將攪拌式發(fā)酵罐的恒溫水浴循環(huán)裝置的進出水口分別外接層析柱的夾套進出口，層析柱的有效長寬分別為40cm和8cm。由層析柱上方口以靜沉方式加入固定化青霉素?；?107 U/g)，并用pH8.0緩沖液淋洗平衡，預平衡后的固定化酶高度為層析柱實際使用高度的1/4。將攪拌式發(fā)酵罐的pH電極插入層析柱上方口，同時將酶催化底物溶液補料瓶、酸瓶和堿瓶的外接軟管分別接入攪拌罐式發(fā)酵罐的蠕動泵，其中酸堿補料瓶的軟管出口置于層析柱的上方口，而底物溶液補料瓶軟管與層析柱的下方口連接。開啟與底物溶液補料瓶連接的蠕動泵，進樣量以60ml/min的速度快速推動質(zhì)量分數(shù)為10%的底物溶液自下方口進入層析柱，將固定化酶懸浮，與底物溶液充分接觸完成反應。當?shù)孜锶芤簩⒁錆M層析柱料腔時，啟動外接蠕動泵，以恒定速率流出一定量的反應液，保證層析柱內(nèi)的底物溶液不至溢出。循環(huán)水浴控制反應溫度為40°C，利用發(fā)酵罐控制系統(tǒng)進行自動酸堿滴定控制反應pH為
8.0，利用比色法測定層析柱下方出口的產(chǎn)物6-氨基青霉烷酸的得率為76%。
[0015]實施例2:將攪拌式生物發(fā)酵罐組裝為流化床式酶反應器生產(chǎn)豌豆蛋白多肽
將攪拌式發(fā)酵罐的恒溫水浴循環(huán)裝置的進出水口分別外接層析柱的夾套進出口，層析柱的有效使用長寬分別為85cm和10cm。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，預平衡后的固定化酶高度為層析柱實際使用高度的1/5。將攪拌式發(fā)酵罐的PH電極插入層析柱上方口，同時將酶催化底物溶液補料瓶、酸瓶和堿瓶的外接軟管分別接入攪拌罐式發(fā)酵罐的蠕動泵，其中酸堿補料瓶的軟管出口置于層析柱的上方口，而底物溶液補料瓶軟管與層析柱的下方口連接。開啟與底物溶液補料瓶連接的蠕動泵，進樣量以65ml/min的速度快速推動質(zhì)量分數(shù)為6%的底物溶液自下方口進入層析柱，將固定化酶懸浮，與底物溶液充分接觸完成反應。當?shù)孜锶芤簩⒁錆M層析柱料腔時，啟動外接螺動泵，以恒定速率流出一定量的反應液，保證層析柱內(nèi)的底物溶液不至溢出。循環(huán)水浴控制反應溫度為48°C，利用發(fā)酵罐控制系統(tǒng)進行自動酸堿滴定控制反應pH為7.5，利用茚三酮比色法測定層析柱下方出口的產(chǎn)物豌豆蛋白多肽的得率為24%。
【權利要求】
1.一種將攪拌式發(fā)酵罐系統(tǒng)組裝為流化床式酶反應器的方法，其特征在于利用攪拌式發(fā)酵罐原有系統(tǒng)，發(fā)酵罐外接帶有可進出恒溫循環(huán)水的雙層夾套層析柱，層析柱的底部和上端1cm處均有過濾砂芯,用于截留固定化酶。
2.根據(jù)權利要求1所述，一種將攪拌式發(fā)酵罐系統(tǒng)組裝為流化床式酶反應器的方法，其特征在于其包括如下步驟: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罐均具備；將攪拌式發(fā)酵罐的恒溫水浴循環(huán)裝置的進出水口分別外接層析柱的夾套進出口 ；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)酵罐的蠕動泵，其中酸堿補料瓶的軟管出口置于層析柱的上方口，而底物溶液補料瓶軟管與層析柱的下方口連接；開啟與底物溶液補料瓶連接的蠕動泵，快速推動底物溶液自下方口進入層析柱，將固定化酶懸浮，與底物溶液充分 接觸完成反應；當?shù)孜锶芤簩⒁錆M層析柱料腔時，啟動外接蠕動泵，以恒定速率流出一定量的反應液，保證層析柱內(nèi)的底物溶液不至溢出。
【文檔編號】C12M1/02GK104178421SQ201410420193
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月25日 優(yōu)先權日:2014年8月25日
【發(fā)明者】程仕偉, 孫虎山, 梁建光, 李維衛(wèi) 申請人:魯東大學