Способ получения биомассы дрожжей
Патент 1639058
Авторы
Классы МПК
Способ получения биомассы дрожжей
Реферат
Изобретение относится к микробиологической промышленности, в частности к способам получения биомассы дрожжей. Целью изобретения является повышение выхода биомассы и продуктивности процесса, снижение расходного коэффициента сырья и содержания остаточных углеводородов в питательной среде. Способ заключается в том, что в качестве углеводородсодержащего субстрата используют смесь н-алканов и н-алкенов в соотношении 1 1 10 1, полученную способом термической деструкции полиэтилена, при этом при непрерывном выращивании дрожжей остаточную концентрацию углеводородсодержащего субстрата поддерживают в диапазоне 0,02 - 0,20 г/л среды и периодически через каждые 0,3 6 ч поднимают ее до 0,40 0,60 г/л среды.
Изобретение относится к микробиологической промышленности, в частности к способам получения биомассы дрожжей в присутствии углеводородов. Целью изобретения является повышение выхода биомассы и продуктивности процесса, снижение расходного коэффициента сырья и содержания остаточных углеводородов в питательной среде. Способ заключается в том, что в реактор с сетчатой тарелкой непрерывно загружают измельченные полиэтиленовые отходы (пленки, изношенные изделия и др. ) со скоростью 22-25 г на 1 см2 тарелки в 1 ч и через него барботируют инертные газы теплоносители (например, дымовые газы), очищенные от кислорода, при температуре 650-850оС в количестве 5-25 л/ч на 1 см2 тарелки с таким расчетом, чтобы температура расплава полиэтилена изменялась в пределах 450-550оС. Продукты разложения, выделенные из реактора вместе с инертными газами, улавливают и получают смесь н-алканов и н-алкенов (-олефинов) в соотношении 1:1 (это определяет нижнюю границу соотношения предельных и непредельных углеводородов в субстрате). При термической деструкции отходов полиэтилена в представленных выше условиях получаются углеводороды в 100%-ном количестве от исходного полиэтилена. Полученные углеводороды подвергают вакуумной перегонке при давлении 20 мм ртутного столба и собирают фракции смеси углеводородов с различными интервалами температуры кипения. Данные химических анализов показывают отсутствие в смесях примесей разветвленных и циклических соединений, а также серы. Для увеличения н-алканов в смеси последнюю обрабатывают метабисульфитом натрия в присутствии перекиси бензоила и ацетата кобальта. При этом алкены образуют алкилсульфонаты, которые выделяют экстрагированием с изопропиловым спиртом. Количество прореагировавших алкенов регулируют временем реакции, чем больше время реакции, тем больший процент н-алкенов подвергается сульфонированию. При времени реакции, равном 4 ч, в реакцию сульфонирования вступают 90-95% алкенов, при этом получают смесь предельных и непредельных углеводородов в соотношении 10:1. При дальнейшем увеличении этого соотношения время реакции сульфонирования резко увеличивается. Поэтому верхней границей соотношения н-алканов и н-алкенов выбрано соотношение, равное 10:1. На полученных смесях н-алканов и н-алкенов проводят выращивание микроорганизмов, например дрожжей рода Кандида. Выращивание осуществляют периодическим или непрерывным способом в присутствии источников азота, фосфора, минеральных солей при аэрации среды кислородсодержащим газом. В зависимости от цели процесса ферментации и желаемых параметров и показателей процесса рекомендуют использование различных по составу смесей н-алканов и н-алкенов. Полное отсутствие в смесях н-алканов и н-алкенов, ингибирующих рост примесей, разветвленных и циклических углеводородов, не потребляемых микроорганизмами, позволяет более полно использовать субстрат и вести процесс непрерывного выращивания при концентрации остаточных углеводоpодов 0,02-0,20 г/л, что в 2-25 раз меньше по сравнению с известным способом. Выбранные пределы концентрации остаточных углеводородов связаны с тем, что при концентрации углеводородов менее 0,02 г/л скорость роста дрожжей из-за наступающего сильного лимита по субстрату снижается, при концентрации остаточных углеводородов более 0,20 г/л в культуральной жидкости накапливается значительное количество неутилизированных углеводородов, которые усложняют очистку сточных вод предприятия. Для предотвращения снижения скорости роста микроорганизмов при введении процесса в условиях лимита по субстрату периодически через каждые 0,3-6 ч поднимают остаточную концентрацию углеводородов до 0,4-0,6 г/л. Увеличение содержания остаточного субстрата до такого уровня достаточно, чтобы поддерживать скорость роста клеток на стабильном уровне и в то же время потеря неутилизированных углеводородов с культуральной жидкостью, отделяемой на стадиях выделения сухой биомассы, не превышает 0,25 г/л (это максимальное значение). Увеличение остаточного содержания субстрата осуществляют одним или сочетанием нескольких приемов: а) изменяют (увеличивают) расход субстрата, не изменяя скорости протока жидкости через ферментер; б) изменяют соотношение концентрации субстрата в потоке путем изменения потока раствора питательных солей. Эти приемы и отсутствие в применяемом углеводородсодержащем субстрате ароматических углеводородов, которые снижают скорость утилизации субстрата клеткой, позволяют увеличить скорость роста микроорганизмов и тем самым продуктивность культуры и выход биомассы от сырья на 7-20% и соответственно снизить расходный коэффициент сырья на такую же величину по сравнению с известным способом. П р и м е р 1. В реактор загружают полиэтиленовые отходы. Через реактор барботируют смесь углекислого газа и азота в соотношении 1:3 при температуре 650оС в количестве 20 л/ч см2. Температура расплава 480оС. Продукты разложения подвергают вакуумной перегонке и собирают фракции при нормальном давлении с интервалами температуры кипения: I фракция до 120оС (10%), II фракция 120-300оС (82%), III фракция выше 300оС (8%). II фракцию, представляющую собой смесь н-алканов и н-алкенов в соотношении 1:1 и с длиной цепочки углеводородов С8-С25, используют в процессе выращивания дрожжей рода С.tropicalis штамм ВСБ-549, депонированный в ВКПМ под У-204. Выращивание проводят непрерывно в ферментере с рабочим объемом 5 л при механическом перемешивании и аэрации среды воздуха (2 об./об.мин). Выращивание осуществляют на питательной среде, содержащей, г/л: ортофосфорная кислота 6,9; хлористый калий 4,1; сернокислый магний 2,8; сернокислое железо 0,54; сернокислый цинк 0,12; сернокислый марганец 0,07 г/л. Время обмена среды в ферментере равно 5 ч, т.е. скорость обмена составляет 0,20 ч-1. Через каждые 0,3 ч в среде увеличивают содержание углеводородов путем повышения расхода субстрата от 30 до 40 мл/ч в течение 1 мин, при этом остаточная концентрация углеводородов увеличивается до 0,4 г/л. Культивирование микроорганизмов проводят при температуре 35оС и рН среды 4,2. Остаточная концентрация углеводородов составляет 0,2 г/л, концентрация дрожжей в ферментере 24,5 г/л. Выход биомассы составляет 104,7% продуктивность 4,9 кг/м3 ч, расходный коэффициент 0,9551. П р и м е р 2. В реактор загружают полиэтиленовые отходы. Через реактор барботируют смесь углекислого газа и азота в соотношении 1:3 при температуре 750оС в количестве 10 л/ч см2. Температура расплава 500оС. Продукты разложения подвергают вакуумной перегонке и собирают при нормальном давлении фракции с интервалами температуры кипения: I фракция до 220оС, II фракция 220-340оС, (34,1% ), III фракция выше 340оС. III фракцию подвергают воздействию метабисульфита натрия в количестве 0,20 кг/кг в присутствии перекиси бензоила в количестве 0,01 кг/кг и ацетата кобальта в количестве 0,01 кг/кг. Через реакционную смесь продувают воздух со скоростью 10 л/мин на 1 кг смеси н-алканов и н-алкенов при температуре 80оС в течение 2 ч. При этих условиях реагируют 50% алкенов и образуются алкилсульфонаты, которые выделяются экстрагированием изопропиловым спиртом. После этого получают смесь н-алканов и н-алкенов в соотношении 5:1 и длиной цепочки углеводородов С13-С20. На полученной смеси непрерывно выращивают дрожжи рода С.maltosa штамм ВСБ-779, депонированный в ЦМПМ под N У-196, в ферментере с рабочим объемом 5 л при механическом перемешивании и аэрации среды воздухом, температуре 32оС и рН 4,0. Солевой состав среды тот же, что и в опыте 1. Время обмена среды в ферментере равно 4,5 ч. т.е. скорость обмена составляет 0,22 ч-1. Через каждые 4,5 ч в среде увеличивают содержание углеводородов с 0,08 до 0,5 г/л путем повышения расхода субстрата от 31 до 40 мл/ч в течение 20 мин, при этом концентрация дрожжей в суспензии составляет 24,0 г/л. Выход биомассы составляет 109,9% продуктивность 5,6 кг/м3 ч, расходный коэффициент 0,9099. П р и м е р 3. В реактор загружают полиэтиленовые отходы. Через реактор барботируют смесь углекислого газа и азота в соотношении 1:3 при температуре 750оС в количестве 20 л/ч см2. Температура расплава 525оС. Продукты разложения подвергают вакуумной перегонке и собирают фракции с интервалами температуры кипения (при нормальном давлении): I фракция до 220оС, II фракция -220-340оС, (35,3%), III фракция выше 340оС. Фракцию III с соотношением н-алканов и н-алкенов 1:115 подвергают воздействию метабисульфита натрия в количестве 0,20 кг/кг в присутствии перекиси бензоила в количестве 0,01 кг/кг и ацетата кобальта в количестве 0,01 кг/кг. Через реакционную смесь продувают воздух со скоростью 15 л/ч на 1 кг смеси алканов алкенов при температуре 80-85оС в течение 4 ч. При этих условиях реагируют 90-95% н-алкенов и образуются алкилсульфонаты, которые выделяются экстрагированием изопропиловым спиртом. После этого получают смесь н-алканов и н-алкенов в соотношении 10:1 и с длиной цепочки углеводородов С13-С20. На полученной смеси непрерывно выращивают дрожжи рода С.maltosa штамм ВСБ-779 в ферментере с рабочим объемом 5 л при механическом перемешивании и аэрации среды воздухом, температуре 32оС и рН 4,0. Солевой состав среды тот же, что и в опыте 1. Время обмена среды в ферментере равно 4,5 ч, т. е. скорость обмена составляет 0,22 ч-1, расход субстрата 31 мл/ч. Через каждые 6 ч в среде увеличивают содержание углеводородов с 0,02 до 0,6 г/л путем повышения потока раствора солей с 1100 до 1250 мл/ч в течение 30 мин, при этом концентрация дрожжей в суспензии составляет в 25,3 г/л. Выход биомассы составляет 115,8% продуктивность 5,6 кг/м3 ч, расходный коэффициент 0,8636. Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить выход биомассы в процессе ферментативного получения кормового белка из углеводородсодержащего сырья на 7-20% а продуктивность на 8-24% Такой эффект достигается с одной стороны за счет более полного использования не содержащего неутилизируемые примеси субстрата, когда процесс ведется при минимальной концентрации остаточных углеводородов в среде, а применяемый прием периодического кратковременного повышения концентрации остаточных углеводородов в среде предотвращает снижение скорости роста в условиях лимита по субстрату, с другой стороны за счет отсутствия в сырье ингибирующих рост примесей. Используемое в способе сырье, получаемое термической деструкцией полиэтилена и воздействием метабисульфита натрия, может содержать различные фракции смеси жидких н -алканов и н-алкенов с различным соотношением предельных и непредельных углеводородов, что дает возможность проводить процесс при различных параметрах, получая нужные (заданные) показатели, при этом источники сырья для данного процесса (отходы полиэтилена) практически неограничены и легкодоступны. Кроме того, предлагаемый способ можно использовать в новых процессах, где дрожжи рода Кандида являются не конечным продуктом, а полупродуктом для получения пищевого белка, лекарственных препаратов и для технических целей.
Формула изобретения
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОМАССЫ ДРОЖЖЕЙ, предусматривающий непрерывное выращивание их в условиях аэрации на питательной среде, содержащей углеводородсодержащий субстрат в качестве источника углерода, источник азота, фосфора, минеральные соли, с последующим выделением целевого продукта, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода биомассы и продуктивности процесса, снижения расходного коэффициента сырья и содержания остаточных углеводородов в питательной среде, из углеводородсодержащих субстратов используют продукты термической деструкции полиэтиленовых отходов, содержащие н-алканы и н-алкена в соотношении 1 1 10 1, при этом в процессе выращивания дрожжей поддерживают остаточную концентрацию углеводородсодержащего субстрата в диапазоне 0,02 0,20 г/л среды и периодически через каждые 0,3 6,0 ч поднимают ее до 0,40 0,60 г/л.