[00123088]丝状菌孢子菌种的规模化制备装置

我国的柠檬酸产量位居世界第一,2016年的年产量已超130万吨。目前,国内柠檬酸行业普遍采用一级种子罐加发酵罐的液态分批发酵模式,种子罐的罐容量在30立方米以上,普遍采用三角瓶麸曲为液态种子罐制种、接种,每罐消耗麸曲至少100瓶,据此估算,我国年使用麸曲孢子在150万瓶以上。现有的麸曲培养工艺,需要大规模的恒温曲房,用工量很大。年产10万吨的柠檬酸厂,曲房面积约需500平方米,需要30～40人方能完成制种工作。此外,麸曲菌种的质量不易控制,往往需要逐瓶检验,且手工接种过程劳动量大,耗时长,对操作人员的技术要求高,染菌几率高。柠檬酸行业手工制备和接种麸曲菌种的工艺,与当今自动化、信息化、智能化的发展潮流极不相称,亟待升级改造,急需补上机械化、自动化的专业设备这一短板,为我国实现从柠檬酸产业大国到柠檬酸产业强国的转变助力。 本成果在第一代丝状菌纯孢子规模化制备装置的基础上,设计研制了第二代装置--车载回转式的固态生物反应器,并进行了新工艺的研究与验证。该装置与工艺采用原位培养、原位干燥和无菌水洗脱分离孢子的技术路线,具备静置培养、间歇式混合、无菌水在线流加、孢子洗脱和无菌管道在线移种等功能,实现了培养温度的在线自动控制,并且操作过程实现了机械化和部分自动化,劳动强度和人工需求较三角瓶麸曲的制种工艺显著降低,移种过程染菌风险降低。 本成果从传统的利用三角瓶麸曲制备和接种孢子菌种的全手工生产工艺,跨越至机械化、半自动化制备和接种孢子菌种的装备和工艺,实现了孢子纯培养菌种大规模制备和接种过程的机械化、半自动化的技术突破。该装置和工艺申请了相应的中国、美国、欧盟、泰国和香港地区的发明专利,装置主机的设计方案已获得中国外观设计专利授权,控制系统已获得中国实用新型专利授权。 使用本装置有望降低柠檬酸发酵企业在孢子菌种制备工段的人力资源成本,提高培养过程的控制精度,提高孢子菌种质量的均一性,降低培养和接种过程的染菌风险,改善劳动环境和降低人工劳动强度。目前,课题组正在继续优化第二代装置的设计和使用工艺,目的是实现培养过程控制的全面自动化和生产监控的信息化。 本成果是全新的发明创造,正在形成国内外的完整专利布局,整体保护范围涵盖设计理念、详细设计方案、使用方法和外观设计,保护地域包括中国大陆与香港地区、欧盟成员国、美国和泰国。目前,国际市场仅见奥地利奥高布殊公司的“孢子箱”产品可以用于纯培养的丝状菌孢子菌种的规模化制备,该产品采取培养基离位蒸汽灭菌、装置化学熏蒸灭菌的技术路线,使用琼脂进行浅盘表面培养,利用负压半手工操作收集孢子。本项目研制的第二代装置为蒸汽灭菌,正压操作,无动密封,无搅拌部件,孢子悬浮液通过无菌管道直接移入液体种子罐,卫生可靠性、操作便捷性都远高于奥高布殊公司的孢子箱,且造价远低于孢子箱,适宜大规模推广,具有明显的先进性。 课题来源为国家高技术研究发展计划（“863”计划）课题“生物制造反应过程技术与装备（2012AA021201）”的子专题：“丝状菌孢子规模化制备装置的研制”。课题实施的起止时间为2012年1月~2015年12月。子专题完成单位为中国科学院天津工业生物技术研究所。