Способ концентрирования бактериальной биомассы

Способ концентрирования бактериальной биомассы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ БАКТЕРИАЛЬНОЙ БИОМАССЫ белковьм флокулянтом при определенных рН и температуре , отличающийся тем, что, с целью упрощения технологического процесса и уменьшения его длительности, в качестве флокулянта используют предварительно зтерифицированную низшими одноатомньми спиртами водорастворимую белковую фракцию биомассы микроорганизмов и процесс проводят при 15-40 С и рН 3-7. 2.Способ по п.I, о т л и ч а юat и и с я тем, что концентрация флокулянта в суспензии составляет 0,01-0,5% мае. 3.Способ по ПП.1 и 2, о т л ичающийЬ я тем, что водорастворимуюбелковую фракцию получаю из (Л части того же кормового продукта, который подвергают концент1 ированию. СО СП 4 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1 А аЕ (11) 4(5

/ 4.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ."

И ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВЪГ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТКОЙ (21). 3545597/23-26 (22) 01.02.83 (46) 23.01.85. Бюл. 93 (72) И.А. Крылов, В.И. Панфилов, M.Н. Манаков и Е.А. Черноверхская (71 7 Московский ордена Ленина и орде. на Трудового Красного Знамени химико-технологический институт им. Д.И. Менделеева (53) 66. 065. 8 (088. 8) (56) I. Авторское свидетельство СССР.

В 358361, кл. С 12 N I/20, 1972.

2. Патент Японии IP 54-10663, кл- 91 с, 1979.

3. Патент CIIIA В 4105804, кл. 426 656, 1978 (прототип), (54)(57) 1. СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ

БАКТЕРИАЛЬНОЙ БИОМАССЫ белковым флокулянтом при определенных рН и температуре, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологического процесса и уменьшения его длительности, в качестве флоку-лянта используют предварительно зте"рифицированкую низшими одноатомньзки спиртами водорастворимую белковую фракцию биомассы микроорганизмов и процесс проводят при 15-40"С и рН

3-7.

2. Способ по п.l, о т л и ч а ю- шийся тем, что концентрация флокулянта в суспензин составляет

0,01-0,5Х мас.

3. Способ по пп.l и 2, о т л ич а ю шийся тем, что водорастворимую белковую фракцию получаюиз части того ие кормового продукта, который подвергают концентрированию.

1 113548 изобретение относится к технологии микробиологических производств, преимущественно к технологиии выделения кормовой бактериальной биомассы.

Высокая седиментационная устойчи" вость водной суспензии бактериальной биомассы сильно затрудняет процесс получения кормовой биомассы и приводит к усложнению технологических схем стадии концентрирования водной 1О суспензии, содержащей бактериальные клетки.

Известен способ концентрирования бактериальной биомассы добавлением к водной суспензии полиэлектролита 15

ВА-2 до концентрации 0,1-0,15 и порошкообразного перлита до концентрации 1Х (11

Однако при этом способе целевым продуктом является нативный раствор, 20 а отделенная биомасса не используется в качестве кормовой добавки,, так, как наличие в ней синтетического фпокулянта ВА-2 .(поли-4-винил-N-бензилтриметиламмонийхлорид) и порош- 25 кообраэного перлита ухудшает кормовые достоинства бактериальной биомассы и требует дополнительных медико-биологических исследований.

У

Водорастворимую белковую фракцию получают из 10-15 мас. -ной суспензии биомассы микроорганизмов в 0,3 М водном растворе NaC2 или KCE,при рН 4,5-4,6 и t = 40-45 С. Процесс протекает нри непрерывном перемешивании в течение 30 мин при t = 4045 С. Последующее отделение клеточных оболочек проводят на центрифуге при и = 6000 об/мин. Полученную водорастворимую белковую фракцию подвергают этерифюсации низшими спирта ми (от С„ до С7} в присутствии сер30

Известен также способ выделения бактериальной биомассы, полученной на метаноле, с помощью добавления палиакрилата Na, снижения рН ниже 3,5 с последующим нагреванием суспензии выше 50 С $23 . В получен-. — .35 ной с помощью этого способа биомасlee содержится синтетический полимер (полиакрилат Na), a снижение рН ниже 3 5 с последующим нагревом . о 40 суспейзии выше 50 С может при-. вести к частичной девитаминизации и снижению качества готовой кормовой биомассы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ выде-. ления бактериальных клеток из суспензии, когда в качестве фпокулянта ис50 пользуют казеин соевых бобов или казеин молока животных, или щелочнорастворимый белок соевых бобов.

Флокуляцию бактериальной биомассы проводят при 1 =60 С и непрерывном перемешивании суспензии, содержащей

0,3 — 3,5 г/л флокулянта, в течение

1 ч. При флокуляции казенном соевых бобов оптимальная величина рН 2,5, для казеина животного молока рН 4,7 (33 .

Однако при известном способе выделения бактериальной..биомассы расходуют значительные количества дефицит ного растительного и животного сырья.

Проведение процесса флокуляции при

1 =60 С в течение 1 ч предопределяет наличие дополнительного подогревателя для всего значительного потока суспензии микроорганизмов, а длительность температурного воздей-.. ствия может привести к частичной девитаминизации и снижению качества получаемого продукта. Зависимость оптимальной величины кислотности среды от используемого флокулянта создает определенные технологические трудности.

Целью изобретения является упрощение технологического процесса и уменьшение его длительности.

Поставленная цель достигается тем, что при способе концентрирования бактериальной биомассы белковым флокулянтом, в качестве последнего используют предварительно этерифицированную низшими одноатомными спиртами водорастворимую белковую фракцию биомассы микроорганизмов и процесс проводят при 15-40 С и рН 3-7.

При этом концентрация флокулянта в суспензии составляет 0,01-0,5мас.Х, Водорастворимую белковую фракцию получают из части того же кормового продукта, который подвергают концентрированию.

На фиг. 1 показана зависимость параметров эффективности процесса флокуляции от величины рН суспензии (СФ„0,04 ; t =ЗООС) на фиг. 2— зависимость параметров эффективности процесса флокуляции от температуры ,флокулируемой суспензии (С „

0,035Х; рН 4,7) . з I 1354 ной кислоты (рН 4-4,6) при t = 40-

45 С и непрерывном перемешивании в течение 25-30 мин.

Полученный таким образом флокулянт добавляют к водной суспензии перед стадией выделения бактериальных клеток в концентрации 0,01-0,5Х. Время установления динамического равновесия между осветленным раствором и осадком 15-30 мин. 10

Проведение процесса флокуляции при температурах ниже115 и выше 40 С приводит к значительному снижению скорости образования и соосаждения флокул, что характеризуется резким возрастанием оптической плотности осветленного слоя и снижением степени полноты, осаждения биомассы.

Проведение процесса при значении рН выше 7 приводит к снижению эффективности флокуляции и соосажде- . ния, а снижение рН чиже 3 может привести к частичной денатурации белка

° и снижению качества готового продукта. 25

Проведение процесса флокуляции при концентрации более 0,5Х приводит к стабилизации суспензии бактериальных клеток, а при концентрациях

0,01% флокуляция не происходит.

Для обоснования выбранных граничных условий приведены графики зависимости оптической плотности осветленного слоя надосадочной жидкости (D) и

Ф отношения высоты осветленного слоя к 85 оптической плотности этого слоя (п< I D1 от температуры и рН процесса флокуляции.

Как видно иа фиг. 1 и 2, эффективная флокуляция (no (D > 300, D (0,4) 40 достигается только в интервале температур 15-40 С и рН 3-7.

Пример. Для получения флокулянта берут 10 г кормовой бактери- 45 альной биомассы, полученной на метане, смепшвают с 100 мл 0,3 N раствора NaCI, рН суспензия доводят до величины 4,5-4,6 серной кислотой, проводят перемешивание суспензии с 50

h =60 .об/мин при

К фугату добавляют 5 мл этилового 55 спирта и проводят этерификацию при перемешивании с и =60 об/мин и

4 =40oC в течение 25 мин.

8l

Флокупяции подвергают водную суспензию бактерий Itethylococcus

capsulafus с концентрацией 11 г/л, полученную при глубинном культивировании на метане. В качестве флокулянта добавляют водорастворимую белковую фракцию, полученную: описанным образом в концентрации О,ОЗХ.

Эффективность флокуляции оценивают по величинам оптической плот.ности (3 1 осветленного слоя надосадочной жидкости, относительной высоты осветленного слоя (h Х от . общей .высоты столба осветленной жидкости и полученного осадка ) и высо-.:ты осадка (h ) ..

Через 15 мин после добавления флокулянта величина D =0,2, высота осветленного слоя и Ос = 95X, „, /D=

95/0,2 = 475. Через 30 мин после добавления флокулянта значения парамет" ров составляют D = 0,197, и =95X ось /D = 483

В таблице приведены данные при разных концентрациях флокулянта, температурах рН, Как видно из примеров 1-5, во всем исследованном диапазоне наблюдается эффективная флокуляция и соосаждение бактериальной биомассы.

Значение величины оптической плот- . ности осветленного слоя близко к значениям величины оптической плотности фугата (D =0,195), полученного центрифугированием бактериальной суспензии при n = 15000 об/мин в течение ЗОмия, что обеспечивает 99,5Х-ную очистку фугата от бактериальных клеток.

Изменение температуры выше или ниже предлагаемых пределов резко ухуд- шает процесс соосаждения, и осветленный слой не образуется, повышение рН также ухудшает флокуляцию, высокая концентрация водорастворимой белковой фракции приводит к стабилизации суспензии, а низкая концентрация не вызывает флокуляции.

Использование предлагаемого способа концентрирования суспензии бактериальной биомассы флокулянтом, получаемым этерификацией водорастворимой белковой фракции,.позволяет отказаться от расхода дефицитного природного сырья, понизить температу. ру и уменьшить продолжительность процесса выделения кормовой биомассы, s также обеспечить производство фло-.! 13548

t С

Концентрация флокулянта, й

ocs

ОитичесПрим

Спирт кая плотность D г.

30 4 5 15

l5 3,0 30

475 Этанол

308 Этанол

0,03

0,20

0,31

0,01

317 Изонропанол

0,30

40 5 0 20

0,1

297 Пропанол

0,32

25 7,0 25

35 6,0 20 °

0,5

0,26

366 Метанол

0,05

45 7;5 . 50

l0 . 7 5 60

9,3

Этанол

Этанол

6 0,005

7 0,6

8,9

328

0,29

60 4 ° 7 60

0,12

Извес тный способ кулянта из части получаемого на этом ае предприятии продукта.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения предлагаемого способа концентрирования бактериальной биомассы с учетом имекицейся годовой произ- водительности составляет око1 6 ло 50 тыс. руб:в год (выпуск

10 тыс.т/год).

Использование предлагаемого спо соба концентрирования позволит упростить технологическую схему вццеле-" ния, уменьюить потери биомассы и повысить качество готового продукта.

Бремя осаждения Ф, мин

1135481

И Ж tñ

Фиа2

Составитель Г. Лебедева Редактор О. Юрковецкая Техред Л.Коцюбняк Корректор С. Шекмар

Заказ 10139/3 Тиран 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Прое1стная, 4