适用于自动化的固态生物反应器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及固态生物反应器和使用所述反应器发酵的领域。
【背景技术】
[0002]固态发酵包括对选择的微生物，如真菌，在固体(典型的为颗粒生长培养基)上的培养。通过固态发酵生产的产品其中包括酶、营养食品添加剂、抗生素和杀虫孢子。
[0003]之前在封闭生物反应器中的生产规模的固态发酵的尝试，如公开于u.s.patentnos.6，620，614和7，476，534的那些依赖于内部堆叠托盘层。然而，这些设计的缺陷在于每个层在容器内发酵循环中可能经历不同的微生物环境。此外，这种设计需要对每个层进行主动冷却，因此增加了所述反应器的复杂性并增加了在发酵循环中操作所述反应器的成本。最后，由于反应器容器必须部分拆解以在发酵循环完成后去除托盘层，因此这些生物反应器并非很适用于自动化。
[0004]所需求的并因此由本发明所提供的，是改进的生产规模的固态生物反应器，其在整个培养基上提供了一致的和可反复的发酵环境，同时适于自动化和模块化扩展性。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种在降低操作成本的情况下适用于自动化同时促进均一发酵的改进的固态生物反应器。与之前的生物反应器不同的是，本发明的反应器容器不需要增加能量消耗的主动冷却装置，取而代之的是采用蒸发冷却。
[0006]在一个实施方案中，本发明提供了具有反应器容器的生产规模的固态生物反应器，其包括:
[0007]顶壁，所述顶壁具有可至少基本上为平面的上表面以及可至少基本上为平面的下表面；
[0008]底壁，所述底壁具有可至少基本上为平面的上表面以及可至少基本上为平面的下表面，所述底壁界定所述反应器容器的基座；
[0009]连接所述顶壁和底壁的一个以上侧壁，所述顶壁、底壁以及一个以上侧壁由此共同界定反应器容器内部的室、从底部至顶部的垂直高度以及扩大的水平尺寸，
[0010]其中，在一个以上所述壁(顶壁、底壁和侧壁)中形成多个孔，如在所述一个以上侧壁中；
[0011]至少一个能够反复打开的闭合件，连接于形成孔的壁，所述闭合件的尺寸和构造被确定为能够反复密封所述孔；以及
[0012]水平取向的带孔板件，设置在所述反应器容器的室的内部，位于所述底壁和所述顶壁之间的高度，所述板件具有上面和下面，其中所述板件包括至少一个带孔板，且其中，如果所述板件包括多于一个的板，则每个板都设置在至少基本上相同的高度，由此没有哪个板在基本上水平的方向上与另一板重叠。能能够反复打开的闭合件可提供给每个所述孔并连接于每个所述孔。在一个实施方案中，所述反应器容器设有与所述内部的室流体流通的喷水器装置。在另一实施方案中，所述反应器容器设有处于所述带孔板件之上的搅拌器
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[0013]本发明相关的实施方案提供了具有反应器容器的生产规模的固态生物反应器，其包括:
[0014]顶壁，所述顶壁具有可至少基本上为平面的上表面以及可至少基本上为平面的下表面；
[0015]底壁，所述底壁具有可至少基本上为平面的上表面以及可至少基本上为平面的下表面，所述底壁界定所述反应器容器的基座；
[0016]连接所述顶壁和底壁的一个以上侧壁，所述顶壁、底壁以及一个以上侧壁由此共同界定反应器容器内部的室、从底部至顶部的垂直高度以及扩大的水平尺寸，
[0017]其中在一个以上所述壁(顶壁、底壁和侧壁)中形成多个孔，如在所述一个以上侧壁中；
[0018]至少一个能够反复打开的闭合件与，连接于形成孔的壁，所述闭合件的尺寸和构造被确定为能够反复地密封所述孔；以及
[0019]水平取向的抽屉，设置于所述底壁和顶壁之间，所述抽屉包括:
[0020]底板，其包括具有上面和下面的水平取向的带孔板件，其中所述板件包括至少一个带孔板，且其中，如果所述板件包括多于一个的板，则每个板都设置在至少基本上相同的高度，且没有哪个板在基本上水平的方向上与另一板重叠，
[0021]两个侧板，背板和前板，当所述抽屉全部插入所述生物反应器侧壁上能够插进所述抽屉的孔中时(当所述抽屉关闭时)，所述前板能够封闭所述孔。除可由所述抽屉密封的孔外，能够反复打开的闭合件可提供给每个所述孔并连接于每个所述孔。
[0022]本发明另一实施方案提供了生产规模的固态生物反应器系统，其包括:
[0023]根据本文描述的任何实施方案及其变型的多个生产规模的固态生物反应器；以及
[0024]包括多条供气管线和排气管线的发酵站，所述发酵站和多个生物反应器相互适配从而使所述多个生物反应器中的每一个可操作地并且能够反复地连接于至少一条供气管线和至少一条排气管线。
[0025]本发明的另一实施方案提供了用于制备所述生物反应器以及用于微生物在其中固态发酵的本发明生物反应器系统的方法、用于在生物反应器中进行微生物的固态发酵的方法以及用于回收和纯化所得固态发酵产品的方法。
[0026]本发明其他的特征、优势和实施方案，通过考虑下文详细描述、附图和权利要求而展示出或变得清楚。此外，应该理解的是，本发明在先的概述以及后文的详细说明均为举例性的，意在进一步解释，而非限制本发明要求保护的范围。
【附图说明】
[0027]图1是配备有外部元件的本发明固态生物反应器部分切除的透视图。
[0028]图2是构造有喷水器装置的本发明固态生物反应器容器部分切除的透视图。
[0029]图3是构造有搅拌器装置的本发明固态生物反应器容器部分切除的透视图。
[0030]图4是图3所示实施方案沿线4-4截取的俯视剖视图。
[0031]图5是图3所示实施方案沿线5-5截取的侧视剖视图。
[0032]图6是构造有搅拌器装置替换实施方案的本发明固态生物反应器容器部分切除的透视图。
[0033]图7是图6所示实施方案沿线7-7截取的俯视剖视图。
[0034]图8是图6所示实施方案沿线8-8截取的侧视剖视图。
[0035]图9是图6和图8所示实施方案沿线9-9截取的替换剖视图。
[0036]图10是构造有搅拌器装置的本发明固态生物反应器容器的替换圆柱形实施方案部分切除的透视图。
[0037]图11是图10所示实施方案的侧视图。
[0038]图12是图11所示实施方案沿线12-12截取的俯视剖视图。
[0039]图13是图10所示实施方案沿线13-13截取的侧视剖视图。
【发明内容】
[0040]
[0041]本发明提供了能够反复使用的生产规模的固态生物反应器，该固态生物反应器被设计为促进和最大化固态发酵过程自动化，同时保持材料的无菌条件以及运输。本发明还提供包括作为可扩展模块的生物反应器的自动化固态发酵系统。
[0042]本发明提供了一般与表层发酵相关的多个障碍的技术方案:
[0043]第一，在之前的固态发酵生物反应器设计中，在较高床高的生长培养基内的不充分冷却(以及呼吸作用)通常限制发酵过程。从经济方面说，由于生长培养基的高床可降低需要操作的托盘的数量，因此培养基的高床是理想的。本发明的生物反应器由于其气流配置从而有利地避免了一般与利用高(即深或厚)培养基床相关的问题。根据本发明，用于冷却和呼吸作用的空气沿着选定的方向(需要的话，是可改变的)被强制通过生长培养基床。通过利用蒸发冷却，反应器容器在所述反应器容器内无需通常在之前多层生物反应器系统中发现的主动冷却设备。因此，本发明的反应器容器可省略主动冷却系统，由此降低了反应器容器的复杂性，并降低了通过冷却设备的能量消耗所产生的操作成本。
[0044]第二，低含水量通常限制发酵过程。固态培养基的水分蒸发通常有助于培养基的冷却，但代价是使得培养基变得干燥，这限制了发酵过程。本发明的所述生物反应器通过在发酵循环中允许水的多次加入克服了该问题，且优选地无菌地加水。因此，在水分保持为理想高水平的同时达到了高蒸发冷却的效果。
[0045]第三，利用传统托盘或层的生产规模的固态发酵通常为十足的劳动密集型且并非适用于自动化。相反地，本发明的生物反应器所具有的大小使得每个生物反应器可各自以单独带孔板件取代多个传统托盘。此外，本发明的生物反应器适用于在自动化的环境中通过标准重型工业机器人进行搬运。
[0046]第四，在传统固态发酵器中，敏感产品的污染可降低产量和生产能力。在传统托盘内的产品污染的风险在每次将工艺应用于托盘或运输托盘时都会增加。本发明的生物反应器在按无菌配置进行构造时消除或最小化污染风险。采用本发明，生长培养基可在生物反应器室内蒸汽除菌，由于无菌设计，除接种预期微生物外，整个封闭保持无菌。
[0047]第五，本发明的生物反应器还提供工作人员安全优势。当操作传统托盘或基于袋的固态发酵时，工作人员暴露于微生物，如真菌，是一种风险。当按照无菌配置构造时，本发明生物反应器完全封闭的设计通过避免微生物的环境逃脱在本质上去除了这种风险。通过其自动化，本发明的生物反应器系统可同时去除可能另外存在于非自动化的大规模托盘和袋基发酵过程的竞争性菌株损伤的风险。举例来说，利用现有技术的多层的反应器，所述反应器容器在发酵循环完成时必须敞开，随后技术人员要移除每个托盘。这种设计造成对技术人员损伤的多个机会。
[0048]第六，本发明的生物反应器可反复使用，与本领域已知的一次性固态发酵袋或托盘相比，减少了废料。
[0049]参照附图，对本发明进一步描述。
[0050]图1表示具有无菌配置的本发明生产规模的固态生物反应器实施方案局部切除的透视图。所述生物反应器可以是作为至少部分自动化和/或机械化的生产规模生物反应器系统的组件的多个生物反应器之一。如图1所示，反应器容器10包括下基座部分(或壁)100和上顶部部分(或壁)102和侧壁104a-d，形成了形状为长方体箱的反应器容器