[发明专利]好氧发酵系统和方法

说明书

一种用于好氧发酵的系统包括容器、曝气系统以及再循环回路，所述曝气系统包括气体喷布器，所述气体喷布器流体联接到所述容器以将压缩气体引入所述容器的内部容积，所述再循环回路流体联接到所述容器的出口。所述再循环回路包括流体联接到含氧气气体源的喷射器、处于所述喷射器下游的静态混合器、处于所述喷射器下游的热交换器，以及处于所述热交换器下游的分配器。所述分配器流体联接到所述容器。所述曝气系统为所述容器中的发酵组合物提供混合和氧气传质。所述发酵组合物通过所述再循环回路的所述喷射器、静态混合器、热交换器和分配器，并回到所述容器中。氧气从含氧气气体传递到所述发酵组合物中，并且在所述再循环回路中从所述发酵组合物中除去热量。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年3月10日提交的美国临时专利申请第62/469,796号的优先权，其全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开的实施例大体上涉及好氧发酵系统和方法，具体地说用于在大容积容器中以较大生产率进行好氧发酵的好氧发酵系统。

背景技术

发酵可用于通过微生物的微生物代谢将有机物质转化为一种或多种化合物。从发酵液中回收这些化合物作为商业产品或者用于进一步加工的原料或中间体。在氧气存在以产生好氧条件的情况下进行发酵过程可称为好氧发酵。好氧发酵过程的成功取决于给发酵液充氧的能力。具体地说，氧气进入发酵液的传质速率应保持至少等于由于给定微生物代谢所致的氧气的最小摄取速率。这确保了微生物代谢消耗的氧气在发酵液中得到充分补充，并防止发酵过程转变为厌氧发酵和/或氧气饥饿，所述厌氧发酵和/或氧气饥饿可能导致微生物代谢途径、代谢速率的变化，或微生物的死亡。好氧发酵产生热量，必须从发酵液中除去这些热量。

许多好氧发酵工艺使用具有空气喷射的搅拌容器以维持发酵液的充氧。然而，在典型地大于500m³发酵能力下，机动搅拌变得不可行。在这些体积下，足以维持发酵液充的机动搅拌可能非常昂贵。而且，在联接马达的发酵罐上的产生的机械应力可能对发酵容器的结构完整性造成挑战。因此，搅拌好氧发酵系统的能力受到(i)驱动器的成本和可用性以及(ii)发酵器的机械强度的限制。

发明内容

因此，存在对用于以更大生产能力进行好氧发酵的改进系统和方法的持续需求。本公开的实施例涉及使用大容积容器以更大生产能力进行好氧发酵的好氧发酵系统和方法。

根据一实施例，用于好氧发酵的系统包括：容器；曝气系统，所述曝气系统包含气体喷布器，所述气体喷布器流体联接到容器并定位成将压缩气体引入容器的内部容积；以及流体联接到容器的出口的再循环回路。再循环回路包含流体联接到含氧气气体源的至少一个喷射器、处于至少一个喷射器下游的至少一个静态混合器、处于至少一个喷射器下游的至少一个热交换器，以及处于至少一个静态混合器和至少一个热交换器下游的至少一个分配器。至少一个分配器流体联接到容器的内部容积。当将发酵组合物引入容器时，气体喷布器和再循环回路为发酵组合物提供混合，并且发酵组合物流从容器进入再循环回路，通过再循环回路的至少一个教育者、至少一个静态混合器和至少一个热交换器，并离开至少一个分配器返回到容器的内部容积中。

在另一个实施例中，用于进行好氧发酵的方法包括将发酵组合物引入容器，将第一含氧气气流喷布到发酵组合物中，并将发酵组合物流传送入再循环回路，所述再循环回路包含至少一个喷射器、处于至少一个喷射器下游的至少一个静态混合器以及处于至少一个喷射器下游的至少一个热交换器。该方法进一步包括用至少一个喷射器将第二含氧气气流喷射到发酵组合物流中以产生包含液相和气相的组合流。液相包含发酵组合物，并且气相包含第二含氧气气体。该方法进一步包括使用至少一个静态混合器将氧气从气相传递到液相以产生处于液相中的充氧发酵组合物，使用至少一个热交换器从充氧发酵组合物中除去热量，以及将充氧发酵组合物从再循环回路传送回到容器。