Способ получения биомассы микроорганизмов

Способ получения биомассы микроорганизмов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к способам интенсификации процессов массообмена ,в частности, процесса выращивания микроорганизмов при прямоточном контакте фаз и может использоваться в микробиологической, пищевой, химической и других отраслях промышленности. Целью изобретения является увеличение продуктивности процесса за счет интенсификации массообмена и снижения потерь неутилизированного кислорода. Способ заключается в том, что в зону контакта фаз помещают инертный наполнитель, состоящий из отдельных элементов, который приводят в псевдоожиженное состояние газожидкостной смесью, направленной снизу вверх, а элементы инертного наполнителя выполняют из двух типов материала, различающихся по удельному весу, при этом необходимо выполнение следующего условия: ρ <SB POS="POST">г.ж.с.</SB> *98 ρ<SB POS="POST">1</SB> *98 ρ<SB POS="POST">ж</SB> *98 ρ<SB POS="POST">2</SB>, где ρ<SB POS="POST">1</SB> - удельный вес материала, из которого изготовлены элементы первой части инертного наполнителя

ρ<SB POS="POST">2</SB> - удельный вес материала, из которого изготовлены элементы второй части инертного наполнителя

ρ<SB POS="POST">ж</SB> - плотность жидкой фазы

ρ<SB POS="POST">г.ж.с.</SB> - плотность газожидкостной смеси. Возможно также соотношение удельных весов материалов и плотностей фаз в виде: ρ<SB POS="POST">г.ж.с.</SB> *98 ρ<SB POS="POST">ж</SB> *98 ρ<SB POS="POST">1</SB> *98 ρ<SB POS="POST">2</SB>. При этом количества элементов каждой из частей, различающихся удельным весом, могут находиться в соотношении 3:1 ÷ 1:3. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1481254

А1 (51) 4 С 12 N 1/00//(С 12 И 1/00, С 12 R 1:.72, С 12 R 1:01) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4245218/28-13 (22) 27.05.87 (46) 23 .05.89. Бюл. М- 19 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт биосинтеза белковых веществ (72) С.В.Кан, Ю.П.Боярчук, Е.Л.Листов, Б.А.Литманс, Н.А.Родкина, В.А.Еремин, Г.И.Мещанкин и А.Ю.Винаров (53) 663.14 (088.8) (56) Патент СНА Р 38 10348, кл. 55-91, опублик ° 1974.

Авторское свидетельство СССР

lit 1199795, кл. С 12 N i/04, 1984. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОМАССЫ МИКРООРГАНИЗМОВ (57) Изобретение относится к способам интенсификации процессов масообмена, в частности процесса выращивания микроорганизмов при прямотбчвом контакте фаз, и может использоваться в микробиологической, пищевой, химической и других отраслях промышленности, Целью изобретения является увеличение продуктивности процесса за счет интенсификации массообмена и снижения ти.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

flPH ГКНТ СССР

Изобретение относится к микробиологической промышленности, в частности к способам интенсификации массообмена в процессе выращивания микроорганизмов при прямоточном контакте взаимодействующих фаз, и может быть использовано в пищевой, химической, а также других отраслях промышленноспотерь неутилизированного кислорода.

Способ заключается в том, что в зону контакта фаз помещают инертный наполнитель, состоящий из отдельных элементов, который приводят в псевдоожиженное состояние газожидкостной смесью, направленной снизу вверх, а элементы инертного наполнителя выполняют из двух типов материала, различающихся по удельному весу. При этом необходимо выполнение следующего УсловиЯ: Р с Р Р с Р где р, — удельный вес материала, из которого изготовлены элементы первой части инертного наполнителя; удельный вес материала, из которого изготовлены элементы второй части инертного наполвителя; р — плотность жидкой фазы; р, с — плотность газожидкоствой смеси. Возможно также соотношение удельных весов материалов и плотностей фаз в виде р„c с р p., При этом количества элементов каждой из частей, различающихся удельным весом, могут находиться в соотношении 3:11:3. 1 табл.

Цель изобретения — увеличение продуктивности процесса за счет иптенсификации массообмена и -вн etttte потерь неутилизированного Itt ti порода.

Способ заключается в том, что под слой инертногî íàtloJIJIIITE. IFt находящегосяя в некотором объс.м». ку:и туральной жидкости, полают а пиру щнй агент — воздух илв I » ". —.:,ч.ьсую

III вариант

II вариант

I вариант

G, нмэ /ч кгАСВ

M3. „

° кгАСВ ь

Х,— — —— мЭ-ч % кгАСВ У МЭ, ч

V з

4,6 1,7 5,4

2,5 1,9 3,0

1,9 2,3 2,7

1,3 4, 1- 1,45

1,4 2,2 1,6

1,6 1,7 1,75

11,3

22,6

33,9 з 14812 смесь. При этом обеспечивается постоянное движение образовавшейся газожидкостной смеси снизу вверх, что, в свою очередь, обеспечивает условия прямоточного контакта фаз. 3а счет

5 кинетической энергии восходящего потока газожидкостной смеси, часть менее тяжелых элементов наполнителя переходит в псевдоожиженное состояние, находясь при этом в постоянном хаотическом движении. Это приводит к диспергированию и равномерному распределению по объему газовой составляющей восходящего потока. Уменьшение среднего диаметра пузырьков газа ведет к увеличению межфазной поверхности контакта, а -также времени контакта фаз, за счет снижения скорости всплытия отдельных пузырьков. Остав- 2п шаяся часть элементов наполнителя, обладающая большим удельным весом, находится при этом в менее подвижном состоянии, выполняя роль вспомогательного турбулизирующего слоя, по 25 своим функциям и назначениям аналогичного обычному неподвижному слою насадки. В результате создаются оптимальные условия для эффективного переноса массы (кислорода) из фазы 30 . в фазу, что и повышает эффективность процесса выращивания. В случае увеличения расхода газа, например при переходе с ведения процесса выращивания с использованием воздушно-кислородной смеси на воздушный вариант, 35 возрастает кинетическая энергия газожидкостного потока, что приводит в псевдоожиженное состояние оставшуюся часть наполнителя, обладающего боль- 40 шим удельным весом. Вследствие этого количество элементов, активно участвующих н процессе развития межфазной поверхности, за счет диспергирования газовой фазы части восходящего пото45 ка увеличивается, а вместе с этим возрастает интенсивность процесса развития межфазной поверхности и уве- . личения времени контакта фаз. Все это позволяет снизить, а в отдельных случаях исключить потери неутилизированного кислорода, вызванные изменением гидродинамической обстановки в аппарате при ведении процесса выращивания микроорганизмов. В непрерывном режиме выращивания готовую культуральную жидкость выводят из ферментера, а рабочий объем ферментера поддерживают постоянным при помощи подачи технологической воды, Газовая фаза отводится нэ ферментера на очистку, а затем в атмосферу, Преимущества предлагаемого способа.иллюстрируют. результаты сравнительных испытаний, представленные в таблице, Исследования проводят в колонном эрлифтном ферментере объемом

0,1 м, н ходе процесса выращивания кормовых дрожжей на синтетическом этиловом спирте, В качестве продуцента используется культура Candida

utilis, Аэрирующий агент — воздух с начальной концентрацией н нем кислорода 2 1%, Опыты проводят в трех вариантах: I вариант — полый аппарат с колосниковыми решетками (по известному способу), II вариант — с наполнителем единой плотности (полипропиленоные шары p = 0,9 г/см ), III вариант — с наполнителем, состоящим иэ двух частей, различающихся удельным несом материала, из которого изготовлены их отдельные элементы (1 — 1,4 г/смЭ вЂ” винипластовые кольца, р, = 0,9 г/см — полипропиленовые шары)..Плотность неаэрированной суспензии р = 1,06 г/смэ, а средняя плотность газожидкостной смеси (G) изменяется н зависимости от расхода воздуха от 0,7 до 0,8 г/смЭ. Определяют продуктивность (Х) и степень использования кислорода (g). Соотношение количеств частей элементов с различными удельными весами в III варианте равно 1:1.

14812

Из таблицы видно, что продуктивность процесса и степень использования кислорода, полученные при использовании предлагаемого способа (III вариант), выше, чем аналогич5 ные характеристики I H II вариантов.

Пример 1. Процесс выращивания бактериальной биомассы на природном газе в колонном эрлифтном 10 аппарате с рециркуляцией жидкой фазы объемом 0,1 мз; лродуцент — Methylococcus capsulatus (штамм ВСБ-874) .депонировано в ЦМПМ под Р 1743; рабочий объем аппарата 0,06 мз; расход 15 газовоздушной смеси 33,9 нм /ч (метан + воздух с начальной концентрацией кислорода 21 ); плотность неаэрированной питательной среды с бактериями у = 1,06 г/смэ; плотность газожидкостной смеси p« =

= 0,65 г/см .

В качестве инертного наполнителя используют полипропиленовые шары с удельным весом p, = =0,9 г/см и ви- 25 нипластовые кольца с удельным весом

p = 1,43 г/см, взятые в соотношении 1:3, инертный наполнитель размещен в барботажной части колонны. При этом выполнЯетсЯ Условие У с „ с (30 (p, (р с у . Выращивание биомассы осуществляют в непрерывном режиме, смесь метана и воздуха подают в нижнюю часть колонны под слой инертного наполнителя, который приводится пото35 ком газожидкостной смеси в псевдоожиженное состояние.

Технологические характеристики процесса: продуктивность

1,7 кг АСВ/м .ч; степент использования кислорода (= 3,4Х; содержание белка 60Х.

Пример 2, Процесс выращивания биомассы на синтетическом этаноле в колОннОм эрлифтном ферментере с циркуляцией жидкой фазы объемом

0,1 м, продуцент — Candida utilis (штамм ВСБ-651) — депонировано в

ЦМПМ под 277; рабочий объем 0,06м ; расход воздуха 22,6 нм /ч (начальная концентрация кислорода 2 1 ); плотность неаэрированной питательной среды с дрожжами р„ = 1,06 г/см ; плотность газожидкостной смеси р — 0,75 г/см .

Инертный наполнитель — шары из полимерного материала (р, =

1,2 г/см ) и винипластовые (поливинилкарбазол или пластикат изоляци54 6 онный) кольца (у =- 1,- .3 г/см ), взятые в соотношении 3:1. Соотношение с, .с Р Р1 Р

Наполнитель, как .и в примере 1, размещается в барботажной зоне колонны, воздух подается в нижнюю часть аппарата под слой инертного наполнителя, приводимого в псевдоожиженное состояние потоком газожидкостной смеси. Процесс проводится в непрерывном режиме с рециркуляцией жидкой фазы, Технологические характеристики

1 процесса: продуктивность Х = 3,8 кг

АСВ/м ч; степень использования кислорода y = 3,9Х; содержание белка

60Х, При соотношении количеств тяжелых и легких элементов наполнителя более чем, например, 1:4, 1:5, 4: 1 и т.д., экспериментальные данные незначительно отличаются от результатов, полученных при использовании наполнителя одного удельного веса (вариант II). Это объясняется слишком малым содержанием либо тяжелых, либо легких элементов по отношению к общему их количеству, что не может оказывать значительного влияния на процесс развития поверхности контакта и увеличение времени пребывания газа в реакционной зоне при увеличении расхода газовой фазы.

Использование соотношений плотностей фаз и удельных весов материалов, так же, как p „„ р„ р ср или f, (р (р,. а приводит к тому, что все элементы наполнителя будут находиться в верхней части реакционной зоны (под удерживающей решеткой) в виде малоподвижного слоя, причем это состояние слоя наполнителя характерно как до, так и после увеличения расхода газа. В таком состоянии система не отвечает требованиям, предъявленным к ней в плане соответствующей интенсификации массообмена при увеличении расхода аэрирующего агента.

Пример 3. Процесс выращивания бактериальной биомассы на природном газе в колонном эрлифтном ферментере с рециркуляцией жидкой фазы объемом

0,1 м ; продуцент — Hethylococcus

capsu1atus (штамм ВСБ-874) — депонировано в ЦМПМ под N - 1743 (ЦМПМ-В1743); рабочий объем аппарата 0,06 и ; расход газовоздушной смеси 33,9 нмз /ч (метан + воздух с начальной концент1481254 рацией кислорода 21%); плотность неаэрированной питательной среды с бак-. териями р = 1,06 г/см ; плотность газожидкостной смеси у г„,= 0,65 г/см .

Инертный наполнитель: шары из полиэтилена, плотность материала р, = 0,97 г/см ; шары из сополимеров винихлорида с винилацететом, плотность материала у = 1,37 г/см, взятые в соотношении 1:3, при этом выполняется условие

Ргс Р, Р

Инертный наполнитель размещен в барботажной части колонны. Выращивание биомассы осуществляется в непрерывном режиме, смесь метана и возду- . ха подают в нижнюю часть колонны под ,слой инертного наполнителя,, приводимого потоком газожидкостной смеси в 20 псевдоожиженное состояние.

Технологические характеристики процесса продуктивность Х = 1,6 кг

АСВ/м ч; степень использования кислорода q = 3,36%; содержание белка 25

60Х.

Пример 4. Процесс выращивания микроорганизмов на синтетическом этаноле в колонном эрлифтном ферментере с рециркуляцией жидкой фазы объемом 30

0,1 м, продуцент — СапйЫа utilis (штамм ВБС-651) — депонировано в

ЦИПИ под 9 277 (ЦМНИ-277); рабочий объем 0,06 м ; расход воздуха

22,6 нмз /ч (начальная концентрация кислорода 21%); у — плотность неаэрированной питательной среды с дрожжами 1,06 г/смз; р,„ - плотность газожидкостной смеси 0,75 г/см .

Инертный наполнитель: кольца из 4п полихлорстирола, р, = 1,28 г/см,; кольца из пентапласта, о =

1,40 г/см, взятые в соотношении

3:1, при этом выполняется условие

Угхс Уж Р1 L Pz 45

Наполнитель размещен в барботажной зоне колонны, воздух подают в нижнюю часть колонны под слой инертного наполнителя, приводимого в псевдоожиженное состояние потоком газожидкостной смеси, Технологические характеристики процесса: продуктивность Х

= 3,75 кг АСВ/м - ч;.степень использования кислорода ч= 3,9%; содержание белка 60Х.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет значительно интенсифицировать процесс массообмена за счет увеличения поверхности и времени фазового контакта (примерно на 15-20%) и равномерного распределения газа по высоте и сечению рабочего объема и тем самым улучшить массообменные характеристики аппаратуры, работающей с прямоточной организацией контакта фаз, в частности колоннах эрлифтных ферментеров для выращивания микроорганизмов, и повысить продуктивность процесса выращивания (таблица).

Применение инертного наполнителя различной плотности, соблюдая при этом предлагаемое соотношение плотностей газожидкостной, жидкой и твердой фаэ, позволяет стабилизировать значения массообменных характеристик оборудования, а именно степени использования кислорода, при возможных изменениях расхода аэрирующего агента за счет соответствующего увеличения интенсивности процесса развития поверхности межфазного контакта и его продолжительности.

Формула изобретения

Способ получения биомассы микроорганизмов, предусматривающий выращивание их в непрерывном режиме на питательной среде, содержащей источники углерода, азота, фосфора, минеральные соли, с использованием инертного наполнителя в условиях аэрации и прямоточного контакта питательной среды и аэрирующего агента, подаваемых снизу вверх, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что,, с целью увеличения продуктивности процесса за счет интенсификации массообмена и снижения потерь неутилизированного кислорода, в качестве инертного наполнителя используют систему, состоящую из двух типов полимерных материалов, различающихся по удельному весу, при этом выбор материалов осуществляют с учетом соблюдения следующего неравенства

Рг.,g <У, .Р c fz

Уг с Px Р„ соответственно, где о и р — удельные веса материаб 1 z лов; плотность неаэрированРж ной питательной среды, 10

1481254 содержащей микроорганизмы а весовые количества каждого иэ полимеров устанавливают в интервале соотношений от 1:3 до 3:1 и поддерживают

5 наполнитель в процессе культивирования в псевдоожиженном состоянии. о — плотность газожидкост r.х.с ной смеси,:

Составитель В.Голимбет

Редактор Н.Яцола Техред Л.Сердюкова КорректорМ.Васильева

Заказ 2638/24 Тираж 501 Подписное

ВНИИПИ Государственного. комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101