Способ выращивания микроорганизмов

Способ выращивания микроорганизмов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к микробиологической промышленности и касается способа выращивания микроорганизмов . Цель изобретения - повышение выхода биомассы. Суспензию микроорганизмов перемешивают в ферментере с аэрирующим газом при их объемном соотношении (1-0,5):(9-9,5) до наступления состояния динамического равновесия, газожидкостная смесь циркулирует направленно со скоростью 10-50 об/мин, при этом азрирующий газ вводят и отводят с частотой 10-60 имп/мин через образующуюся в результате циркуляции зону кавитации. Ввод газа осуществляют до давления 0,05-0,1 МПа.Выход биомассы увеличивается по сравнению с известным способом в 1,24-1/t7 раза. 1 ил., 2 табл. с (Л ю и

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО1.1ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (111 (50 4 С 1- М 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

f10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

®." к:.,м ":, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ;,, Н A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 i) 3984227/31-13 (22) 03 ° 12.85 (46) 07.05.87. Бюл. Ф 17 (71) Институт биохимии и физиологии микроорганизмов АН СССР и Научноисследовательский вычислительный центр АН СССР (72) Ю.В.Редикульцев, Д.Н.Черменский, Л.А.Литвиненко, Н.В.Ширшиков и С.Б.Петрикевич (53) 663.18(088.8) (56) Перт Дж. Основы культивирования микроорганизмов и клеток. М.: Мир, 1978, с. 117-131.

Высшие съедобные базидиамицеты в поверхностной и глубинной культуре. Киев.: Наукова думка, 1983, с. 257-267. (54) СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ ИИКРООРГАНИЗN0B (57) Изобретение относится к микробиологической промышленности и касается способа выращивания микроорганизмов. Цель изобретения — повышение выхода биомассы. Суспензию микроорганизмов перемешивают в ферментере с аэрирующим газом при их объемном соотношении (1-0,5):(9-9,5) до наступления состояния динамического равновесия, газожидкостная смесь циркулирует направленно со скоростью 10-50 об/мин, при этом аэрирующий газ вводят и отводят с частотой

10 60 HMII/мин через образующуюся в результате циркуляции зону кавитации.

Ввод газа осуществляют до давления

0,05-0, 1 МПа.Выход биомассы увеличивается по сравнению с известным способом в 1,24-1,47 раза. 1 ил., 2 табл, 1 130

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к способу выращивания микроорганизмов.

Цель изобретения — повышение выхода биомассы.

Способ осуществляют следующим образом.

Инокулят. дрожжей или грибов и питательную среду загружают в ферментер до значения коэффициента его заполнения 0,9-0,95, ферментер герметизируют, а в аэраторе устанавливают внешнее давление воздуха, равное

0,05-0, 1 IIIa. Вращением мешалки устанавливают скорость движения культуральной жидкости в ферментере, равную 10-50 об/мин. При этом разброс давления аэрирующего газа H скорость циркуляции культуральной жидкости необходимы для создания эффективного газообмена культуральной жидкости, удовлетворяющего потребность микроорганизмов в.кислороде и с учетом их прочностных свойств, т.е. газообмен интенсифицируют как за счет увеличения давления аэрирующего газа, так и за счет скорости циркуляции культуральной жидкости.

Указанные интервалы режимов являются оптимальными и дают наибольший выход биомассы.

Затем культуральную жидкость перемешивают с аэрирующим газом до стадии, когда весь газ, находящийся в наджидкостной полости ферментера, не будет диспергирован в культуральной жидкости, при этом образованная газожидкостная смесь должна заполнить весь объем ферментера. После выдержки 1-3 мин такой процесс можно считать установившимся, т.е. наступает состояние динамического равновесия образования и разрушения пузырьков газа. Образовання культуральная среда. является изотропной, так как в ней равномерно распределены клетки микроорганизмов, нерастворимые компоненты питательной среды, пузырьки газа и растворимые компоненты среды и продукты жизнедеятельности культуры. В процессе выращивания микроорганизмов, соотношение газа и культуральной жидкости остается постоянным.

Направленную циркуляцию газожидкостной смеси- осуществляют благодаря модификации конструкции ферментера циркуляционного типа.

10 за выбирают в пределах 10-60 имп/мин, Указанный диапазон выбирают с учетом

30 реологических свойств питательной среды и плотности растущей популяции (т.е. в зависимости от объекта культивирования и питательной среды).

Правильный выбор частоты смены газа

35 в зоне кавитации обеспечивает защиту от случайного выброса через аэратор в атмосферу культуральной жидкости с отработанным газом. ц р и м е р 1. Инокулят дрожжей

4p Candida utilis BKM-У-2330 выращивают в колбах на качалке в течение

24 ч на среде, Г/л: глюкоза 20;КН РО

3,65; Ка НРО 12; Н О 6,92;NH NO

1,5; MgSOg 7Н О 0,25; КС1 О, 1;

45 Ре;(ЯО )> 0,00307; MnSO 0,0004;

СаС1 0,0004; ZnSO„ 0,0004;(NH ) МоО

«2Н О вЂ” 0,0002 при температуре

28+ 1 С.

4 2

На чертеже показан ферментер для осуществления предлагаемого способа.

В ферментере, содержащем цангу 1, отбойники 2, аэратор 3, теплообменник 4, циркуляцнонную трубу 5 и привод 6, цанга 1 укорочена до уровня отбойников 2, а аэратор 3 установлен под теплообменником 4, вследствие чего в плоскости кольцевого теплообмевника возникает градиент скорости циркулирующего потока культуральной жидкости, при этом образуется фиксированная . зона фазового перехода (кавитации) этой жидкости, которая обеспечивает выделение из культуральной жидкости и диспергирование в нее газа на протяжении всего процесса выращивания микроорганизмов.

Газообмен культуральной жидкости осуществляют путем периодической смены газа в кавитационной зоне. Для этого из кавитационной зоны через аэратор сбрасывают избыточное давление отработанного газа в атмосферу и вновь наддувают ее новой порцией газа до исходного давления, при этом частоту набора и сброса давления гаПолученный инокулят и питательную среду загружают в ферментер с коэффициентом его заполнения 0,95 (соотношение воздуха и культуральной среды 0,5 — 9,5), ферментер герметизируют, а в аэраторе устанавливают внешнее давление воздуха, равное

0,1 МПа.Вращением мешалки устанавли— вают "корость движения культураль— ной среды 50 об/мин и перемешивают

8624

i3O

50

Таким образом, выход биомассы

Candida иСх1 з увеличивается в 1,24 раза. Кроме того, проведение процесса при коэффициенте заполнения 0,95 позволяет увеличить производительсреду с воздухом до стадии, когда весь воздух, находящийся в наджидкостной полости ферментера не будет диспергирован в культуральную жидкость, при этом образованная газожидкостная среда должна заполнить весь объем ферментера. В плоскости кольцевого теплообменника возникает градиент скорости циркулирующего потока культуральной жидкости, в ре— зультате чего образуется фиксированная зона кавитации.

Дисперсность пузырьков воздуха в культуральной жидкости при прохождении ее через зону кавитации увеличивается, а через 3 мин в культуральной жидкости наступает динамическое равновесие, при котором образование и разрушение пузырьков воздуха остается величиной постоянной, т.е. культуральная жидкость приобретает свойства изотропного состояния.

Газообмен в процессе выращивания дрожжей Candida utilis осуществляют путем периодической смены газа в зоне кавитации культуральной жид— кости, для чего из кавитационной зоны через аэратор сбрасывают избыточное давление отработанного газа в атмосферу и вновь наддувают ее новой порцией воздуха до исходного давления, при этом частота набора и сброса. давления воздуха составляет

6С имп/мин.

Выращивание дрожжей Candida utio

1is проводят в течение 8 ч при 30 С.

В начале и конце процесса отбирают пробы культуральной жидкости, определяют сухой вес биомассы. FIa протяжении всего процесса контролируют датчиком оптической плотности оптическую плотность в кюветах с рабочим объемом 1 мм.

Результаты исследования роста дрожжей,Candida utilis приведены в табл. 1.

Полученные данные свидетельствуют о том, что высокая скорость циркуляции иэотропной культуральной среды препятствует образованию застойных зон, расслоению культуральной жидкости и налипанию клеток дрожжей на поверхности емкости. ность аппарата с 0,38 r/÷ до 1,38 r/÷

-.е. в 3,66 раза, Пример 2. Инокулят базидиомицета Panus tigrinus выращивают в колбах на качалке при 30 С в течение

5 сут, на среде, г/л: глицерин 20; пептон 5; соевая мука 5, КИО 2,0;

NgS0< 7Н О 0,5; CaCl 2Н С O,i при,рН среды — 6,0. Полученный инокулят, имеюший вид шариков (агломератов гиф) с размером 3-7 мм в диаметре, вносят в питательную среду указанного ссстава из расчета 10Х к объему питательной среды.

Выращивание гиба Раппа iргinus проводят в ферментере при соотношении культуральной жидкости к воздуха 9:1. Перемешивание культуральной жидкости с. воздухом осуществляют насосом в замкнутом объеме емкости при скорости циркуляции

10 об/мин культуральной жидкости.При перемешивании культуральной жидкости с воздухом в указанных условиях агломераты мицелия при движении через кромку теплообменника попадают в кавитационную зону,где происходит их разрыхление {разъединение на отдельные нити гиф), и через 5 мин циркуляции культуральной жидкости весь внесенный в питательную среду инокулят превращается в гомогенную массу мицелия,равномерно распределившуюся по всему объему питательной среды.

При перемешивании культуральной жидкости воздух, составляющий в емкости 10/ объема, диспергируется в культуральную жидкость и одновременно с разрушением агломератов мицелия, в виде мелких пузырьков, распределяется в объеме культуральной жидкости, постоянно увеличивая свою дисперность.

Динамическое равновесие, при кото. ром дисперсность пузырьков воздуха стабилизируется, наступает через

6 мин от начала перемешивания культуральной жидкости, что свидетельствует о преобразовании культуральной жидкости из анизотропного в изотропное состояние. Гаэообмен в процессе выращивания гриба Panus tigrinus осуществляют путем периодического ввода.аэрирующего воздуха в зону кавитации культуральной жидкости до давления 0,5 МПа с последующим сбросом в атмосферу избыточного давле1308624 6 газа осуществляют до достижения давления О, 05-0, 1 ИПа.

Т абл ица1

Характеристика известного предлагаемого

Объем ферментера, л

Объем загрузки, л

2,85

Исходная биомасса, г/л

0,95

0,90

Биомасса через

8 ч роста г/л

3,75

Прирост биомассы, г/л

2, 10

2,85

0,47

Таблица 2

Показатели для способа

Характеристика известного предлагаемого ния отработанного газа с частотой

10 имп/мин.

Выращивание гриба проводят при

30 С в течение 3 сут. Ежесуточно отбирают пробы культуральной жидкости и проводят ее визуальный и микроскопический анализ. При сливе из емкости культуральная жидкость прецставляет собой гомогенную мелкодисперсную массу, время осаждения которой превышает 30 мин, что свидетельствует о гомогенном росте гриба.

Результаты выращивания представлены в. табл. 2.

Таким образом, активный рост базидиомицета Panus tigrinus в условиях глубинной ферментации и отсутствие застойных зон позволяют увеличить выход биомассы в 1,47 раза. Кроме того, проведение процесса при высоком коэффициенте заполнения аппарата 0,9 без использования каких-либо пеногасителей увеличивает производительность аппарата с 0,036 г/ч до 0,14 r/÷, т.е. в 4,0 раза.

Таким образом, предлагаемый способ выращивания микроорганизмов позволяет повысить выход биомассы в

1,24-1,47 раза, производительность аппарата в 3,66 — 4,00 раза; выращи30 вать мицелий грибов в гомогенном состоянии; осуществлять управляемый газообмен растущей культуры в условиях изменения реологических свойств культуральной жидкости; проводить процесс выращивания микроорганизмов с высоким коэффициентом заполнения аппарата без применения механических и химических пеногасителей.

Показатели для способа

Выход биомассы, г/л ч 0,38

Объем ферментера, л ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Объем загрузки, л

2,7

Исходная биомасса, г/л

0,8

0,8

Биомасса через

3 сут, г/л

2,6

3,8

Прирост биомассы, r/п

1,8

Выход биомассы, г/л ч

0,036

О, 053

Способ выращивания микроорганизмов, предусматривающий перемешивание суспензии микроорганизмов с аэрирующим газом, циркуляцию газожид45, костной смеси с образованием зон кавитации, ввод и отвод аэрирующего газа, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода биомассы, перемешивание суспензии микроорганизмов с аэрирующим газом проводят при их объемном соотношении (1-0,5):

:(9-9,5) до наступления состояния динамического равновесия, циркуляцию осуществляют со скоростью 10-50 об/

t мин,а ввод и отвод аэрирующего газа ведутчерез эонукавитации с частотой 10 60имп/мин,при этомввод аэрирующего

1308624

Составитель В.Черноусов

Техред Л.Сердюкова Корректор A.Îáðó÷àð

Редактор Н.Швыдкая Заказ 1774/21 Тираж 500

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.

Подписное

4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoð q, ул.Проектная, 4