Способ получения биомассы дрожжей

Способ получения биомассы дрожжей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОМАССЫ ДРОЖЖЕЙ, предусматривающий выращивание их в ферментере на питатель .ной среде, содержащей гидролизат растительного сьфья в качестве источника углерода, источника азота,, минеральные соли, аэрацию среды воздухом в процессе вьфащивания с последующим отделением биомассы от питательной жидкости, о т л и ч а ющ и и с тем, что, с целью увеличения выхода биомассы, а.также ускорения и упрощения способа, аэрацию воздухом осуществляют путем непрерывного пропускания восходящего или нисходящего воздушного потока со скоростью 6-40 м/с через цилиндрическую трубкуз установленную в ферментере, с образованием жидкостной пленки, перемещаемой по поверхности трубки, при поддержании температуры воздушного потока.и поверхности трубки 38-39 С. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что на поверхность трубки наносят слой катализатора титана. 3.Способ по п. 1 о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью обезвреживания питательной среды, жидкостную пленку создают путем пропускания воздущного потока через питательную среду с последующим введением микроорганизмов. 4.Способ по п. 1, отличающийся тем, что по мере потребления микроорганизмами из жидкостной пленки и воздушного потока питательных веществ последние вводят путем 00 распыления в закрученный поток воздуха .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1uS9»7

3(50 C 12 N 1/22

СПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, Н ABTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

-(7 г (Р

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 0THPblTMA (21) 34982 15/28-13 . (22) 05.08.82 (46) 30.04.84. Бюл. ¹ 16 (72) Н.А.Войнов, В.Ф.Харин, А.А.Поддубный, С.А.Куприянов и Н.А.Николаев (71) Сибирский ордена Трудового

Красного Знамени технологический институт (53) 663.14(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 398601 кл. С 12 N 1/22, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 287880, кл. С 12 N 1/16, 1965. (54) (57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОМАССЫ ДРОЖЖЕЙ, предусматривающий выращивание их в ферментере на питательной среде, содержащей гидролизат растительного сырья в качестве источника углерода, источника азота, минеральные соли, аэрацию среды воздухом в процессе выращивания с последующим отделением биомассы от питательной жидкости, о т л и ч а ющ и и с % тем, что, с целью увеличения выхода биомассы, а, также ускорения и упрощения способа, аэрацию воздухом осуществляют путем непрерывного пропускания восходящего или нисходящего воздушного потока со скоростью 6-40 м/с через цилиндрическую трубку, установленную в ферментере, с образованием жидкостной пленки, перемещаемой по поверхности трубки, при поддержании температуры воздушного потока и поверхности трубки 38-39 C.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что на поверхность трубки наносят слой катализатора титана.

3. Способ по п. 1 о т л и ч а юшийся тем, что, с целью обезвреживания питательной среды, жид- 9 костную пленку создают путем пропускания воздушного потока через питательную среду с последующим вве- С дением микроорганизмов.

4. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что по мере потребления микроорганизмами из жидкостной пленки и воздушного патока питательных веществ последние вводят путем р распыления в закрученный поток воздуха.

gsaeL

10891 17

Изобретение относится к микробиологической промышленности, в частности к способам получения биомассы дрожжей.

Известен способ получения биомас-. сы микроорганизмов, предусматривающий выращивание их на жидкой питательной среде при постоянной подаче в нее газов и регулировании его

10 расхода, рециркуляции полученной газожидкостной смеси и дегазации жидкости в циркулиционном контуреli).

Недостатками указанного способа являются низкая интенсификация npoi5 цесса выращивания микроорганизмов и высокие энергетическим затраты.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения биомассы дрококей, предусматривающий выращивание их в ферментере на питательной

20 среде, содержащей гидролизат растительного сырья в качестве источника углерода источника азота и минеральные соли, аэрацию воздухом н процес25 се выращивания с последующим отделением биомассы от питательной жидкости (2.3, Микроорганизмы культивируют под давлением при аэрации среды кислородом и внешней циркуляции части культуральной жидкости с последующим отделением выращенных микроорганизмов одним из известных способов и частичным выделением и возвратом неиспользованного кислорода на аэра- 35 цию. Время выращивания 4-6 ч, выход биомассы 2,5-47 (по сухому веществу), Недостатками известного способа являются низкая интенсификация процесса выращивания микроорганизмов. и высокие энергетические затраты.

Низкая интенсификация процесса выращивания микроорганизмов вызвана небольшой поверхностью контакта микроорганизмов с кислородом, азотом и другими питательными веществами, невысокой турбулизацией фаз. Небольшая поверхность контакта обусловлена тем, что микроорганизмы контакти- 50 руют с кислородом только через lIo верхность пузырьков кислорода газа, находящегося н культуральной жидкости.. а эта поверхность невелика. Невысокая турбулизация фаз вызвана са- 55 мим процессом их взаимодействия, при котором коэффициент массопередачи имеет небольшую величину.

Высокие энергетические затраты вызваны большим расходом энергии на перемешивание культуральной жидкости.

Кроме того, значительная часть энергии затрачивается на создание давления н линии подачи воздуха с целью обеспечения барботажа воздуха через слои жидкости в промышленных аппаратах, которые имеют большую высоту

6-10 м, что обуславливает давление н линии подачи воздуха 0,06-0,1 ИПа.

Цель изобретения — увеличение выхода биомассы, а также ускорение и упрощение способа.

Поставленная цепь достигается тем, что согпасно способу получения биомассы дролскей, предусматривающему выращивание их в ферментере на питательной среде, содержащей гидролизат растительйого сырья в качестве источника углерода, источник азота, минеральные соли, аэрацию среды воздухом в процессе выращивания с последующим отделением биомассы от питательной жидкости, аэрацию ноздухом осуществляют путем непрерывного пропускания восходящего или нисходящего воздушного потока са скоростью 6-40 м/с через цилиндрическую грубку, установленную в ферментере, с образованием жидкостной пленки, перемещаемой по поверхности трубки, при поддержании температуры воздушного потока и поверхности трубки, равной 38-39 С.

При =ò îoì на поверхность трубки наносят слой катализатора титана с е целью обезвреживания питательной среды, жидкостную пленку создают путем пропускания воздушного потока через питательную среду с последующим введением микроорганизмов, а по мере потребления микроорганизмами из жидкостной пленки и воздушного потока питательных веществ последние вводят путем распыления в закрученный поток воздуха, На чертеже изображена установка, позволяющая реализовать способ.

Установка состоит из верхней и нижней емкости для сбора жидкости 1, цилиндрической трубки 2 и переливногс устройства 3, соединяющего емкости для сбора жидкости 1.

Цилиндрическая трубка 2 своим нижним концом входит в газовый патрубок который закреплен в днище нижней емкости i образуя совместно с ним

10891 17

15

25

35

45

50 коаксиальный кольцевой зазор 5. А в верхней части цилиндрической трубки 2 закреплен дырчатый сепаратор

6, предназначенный для отделения жидкости от воздуха. Внутри цилиндрической трубки 2 закреплены завихрители газожидкостного потока 7, а перед завихрителем установлены патрубки для подвода питательных веществ

8. На наружной поверхности цилиндрической трубки 2 выполнена теплообменная рубашка 9. Воздух на аэрацию подается через газовый патрубок 4.

Питание поступает через штуцер 10, и чистая культура подается в штуцер 11, готовые микроорганизмы отводятся через штуцер 12, закрепленный в верхней емкости 1.

Установка работает следующим образом.

Воздух, предназначенный для аэрации, проходя через газовый патрубок

4 с большой скоростью, поступает во внутрь контактного устройства 2, где захватывает с собой жидкость и микроорганизмы, поступающие туда через коаксиальный кольцевой зазор, и транспортирует их в виде тонкой жидкостной пленки по внутренней поверхности цилиндрической трубки 2.

При этом происходит интенсивный массообмен между микроорганизмами в жидкостной пленке и воздухом, интенсивный рост микроорганизмов и интенсивная теплопередача от жидкостной пленки к теплоносителю. По мере исчерпывания питательных веществ из жидкостной пленки и воздуха в закрученный завихрителем 7 воздушный поток вводятся указанные компоненты питательных веществ, которые под действием вращательного движения воздушного потока интенсивно перемешиваются и поступают в жидкостную пленку, обуславливая тем самым своевременный подвод питательных веществ к микроорганизмам и их интенсивный рост. На выходе из цилиндрической трубки жидкостная пленка попадает на внутреннюю поверхность дырчатого сепаратора 6 и оттуда выдавливается через отверстия в верхнюю полость емкости 1, а воздух, очищенный от жидкости и микроорганизмов, удаляется с верхнего торца дырчатого сепаратора в атмосферу. При этом питательное сусло постоянно подается в штуцер 10, а чистая культура— в штуцер 11. Температуру поверхности цилиндрической трубки 2, по которой транспортируются микроорганизмы совместно с культуральной жидо костью, поддерживают, равной 38 С, за счет подачи теплоносителя (воды) в теплообменную рубашку 9. Постоянство температуры воздуха, равной

38 С, обеспечивается с помощью электрокалорифера. Готовый продукт отводится через штуцер 12.

Параметры установки:

Высота цилиндрической трубки 8 м

Диаметр цилиндрической трубки 0,05 м

Материал трубки х 18Н10Т.

Восходящее прямоточное движение фаз возможно только при скорости газа более 6 и/с. В случае нисходящего движения возцушного потока и жидкостной пленки при скорости газа не менее 6 м/с не наблюдается равномерности распределения жидкост.ной пленки по. смачиваемой поверхности, жидкость стекает в виде струй (ввиду низких касательных напряжений на границе газ — пленка жидкости}, что обуславливает недостаточное насыщение p:èöêoñòè кислородом и гибель микроорганизмов.

При скорости воздушного потока более 40 м/с, как в случае -восходящего, так и нисходящего движения потоков, происходит разрушение пленки жидкости, срыв ее с твердой поверхности (в виде капель) в воздушный поток, что ведет к резкому снижению подвода кислорода к микроорганизмам (скорость массоотдачи в каплях на порядок ниже, чем в пленке жидкости). и уменьшению выхода микроорганизмов, При поддержании температуры воздушного потока и поверхностй трубки, о равной соответственно 36 — 40 С и скорости воздушного потока 15 м/с время роста микроорганизмов составит соответственно 5, 3, 8, 3, 3, 3, б ч. Таким образом, наименьшее время роста имеет место при температуре воздушного потока и поверхности, D равной 37-39 С. С уменьшением или увеличением температуры выше указанного предела происходит замедление роста микроорганизмов.

При дополнительном вводе питательных веществ в закрученный (совершающий вращательно-поступательное 08М17 движение, после прохождения через завихритель) воздушный поток: путем центробежных сил они отбрасываются на поверхность жидкостной пленки и не уносятся воздушным потоком из 5 цилиндрической трубки. При вводе пи-. тательных веществ в закрученный поток выход биомассы увеличивается примерно на 20% в сравнении с осевым воздушным потоком. Большая поверх 0 ность контакта создается за счет

ТОВО, что контакт микроорганизмов с возцухом происходит не через поверхность пузырьков воздуха (как В прототипе), а Йрез тонкую жидкост-" ную пленку, поверхность которой на порядок превосходит поверхность контакта при способе, Взятом эа прототип. Вследствие этого многократно увеличивается насыщение сусла : J кислородом из воздуха и подвод его к микроорганизмам, улучшается приток питательных веществ к микроорганизмам, что ускоряет их рост,, ьа1кроорганизмы лучше усваивают РВ, что увеличивает выход биомассы.

Интенсивная турбулизация жидкостной пленки и воздуха обусловлена

Высокими касательными напряжениями на границе раздел" фаз, большой

Зб скорости движения фаз наличием Вол"" нообразования на поверхности жицкостной пленки.

Интенсивная турбулизация жидкостной пленки позволяет полнос-ью I;-epe- 3< мешивать микроорганизмы в культу— ральной жидкости, своевременно подводить и отводить тепло от микроорганизмов, а также ускоряет подвод кислорода к микроорганизмам. дб

Снижение энергетических затрат обусловлено тем., что для осуществления указанного способа требуется давление в линии подачи воздуха

0,001-0,0З МПа, что значительь1О выше, чем при проведении процесса способом, Взятым за прототип. Кроме того, в указанном способе не тратится энергия на перемешивание среды специальными переме»ш1вающими устрои-. 50 ствамн.

Улучшение теплопередачи вызвано увеличением коэффициента теплопере— дачи от жидкостной пленки к теплоносителю по сравнению с прототипом,гце теплопередача осуществляется от значительного объема жидкости к теплоносителю.

Пример 1. Кормовые дрожжи

Вырашивают на гидролизате с концентрацией 2,7 H. В качестве посевного материала используют дрожжи рясы

Тулунская-6, Состав среды — азот г/л; P90r — 0,18 "-/л; КС1

0,72)г/л, Выращ11вание проводят при непрерывной подаче питательной среды H воздушный поток через штуцер до контакта с микроорганизмами. Скорость по, ачи г1»дрол.;эата регулируют скоросТ -.1О ИХ ПО l pl)ОЛЕНИя, FП . ".:ПОДД),ер»кива—

Водный p3 c T BGp BMi":иа ка с кон центра цивй 24 — 2э%. Температуру питательной ср ецы с МТКрООр J янизмами поддержи—

Вают „В ав1 о". З и — с9 Г

ПЙ т

i »1ЕНКИ По В - )T!3BHHFH ПОВЕРХН<,СТИ цилиндрической тр)/бки ПОИ Восходящем потоке . 1 веду нв ыщаю»- Очищенным

ПОДОГpeòû<)l ВоздухОм. ПВОцесс Вед )т непрерывно: Скорость воэдушногс поток<1 ????????????????????????, pan

Время роста микроорганизмов при этсм составит сООтВетстВенно

В1)1хс ) Ои»TI.))<)c cbi p авен 0 3 8 Г /л - 3., „6 ; !) Прессс Ванных дро)к)кеи) °

При скорости воздушного потока менее 6 и/с Выхода биомассы практически нет., B I»ð÷ скорости более

Й0 и/с происходит снижение Выхода биомассы и увеличение времени .эоста микрООрга11измОВ. Ухудшение этих IIB. раметров вызвано слабым насыщением питательной =-реды ки лородом и

bc»Iü!LEI1E уносом капель жидкости при

paçpóøeHHH и срыве пленки

Г. p::ÿ м е р 2. Кормовые дрожжи выращивают аналогично примеру 1.но при нисходящем Boýäó!EIHçì потоке H пленки

ЖИД К О СТ11

Скорость воз цуха поддерживают, pBHHQII 4. 6, 110, ÷5 м/с. Время роста, микроорганизмов равно соответс твен) но Ь„З., 7 ) З -) Зр 8 ч ° ВЫНОд биО50,, 5, 4э З6 г/л

Ванных дрожжей).

При ВОсходящем и нисхОДящем по токах Воздуха и гленки жидкости происходит и11тенсивный рост микроорганизмов, Прчменение восходящего или нисходящего потоков определя ется технологией ведения процесса

1089117 ию

p wlu и технико-экономическими соображениями, Пример 3. Выращивание микроорганизмов проводят аналогично примеру 1, однако питательную среду 5 вначале перемешивают с микроорганизмами, а затем вводят в воздушный поток. При скорости воздушного потока 16 м/с время роста составит

3,5 ч, выход биомассы — 42 г/л.увеличение времени роста микроорганизмов и уменьшение выхода биомассы в .этом случае происходит за счет того, что питательная среца имеет вредные для микроорганизмов вещества, которые окисляются при взаимодействии с кислородом, что уменьшает приток кислорода к микроорганизмам.

Пример 4. Кормовые дрожжи выращивают аналогично примеру однако посередине цилиндрической трубки над завихрителем дополнительно вводят в воздушный поток питательное сусло. При этом время роста микроорганизмов составит 3 ч, концентрация биомассы дрожжей равна

50 г/л (прессованных дрожжей) . Следовательно, ввод питательных веществ в закрученный воздушный поток по мере исчерпывания их из жидкостной пленки и воздуха увеличивает выход микроорганизмов.

Пример 5. Кормовые дрожжи выращивают аналогично примеру 1, однако цилиндрическую трубу выполняют из титана. При этом время роста микроорганизмов составит 2,8 ч, концентрация биомассы дрожжей равна

50 г/л (прессованных дрожжей).

Пример 6. Кормовые дрожжи выращивают аналогично примеру 1, однако скорость воздуха в цилиндрической трубке равна 40 м/с. В этом случае время роста микроорганизмов в установке составит 2,8 ч. При этом происходит полное исчерпывание концентрированного PB. Концентрация биомассы дрожжей составит 48 г/л (прессованных дрожжей).

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет увеличить выход биомассы до

50 г/л и сократить процесс выращивания с 4-6 ч до 2,8 ч, а также упростить способ путем уменьшения количества ферментеров.

ВНИИНИ Заказ 2870/22

Тираж 522 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4