Способ получения биомассы

Способ получения биомассы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(19) (И)

1—

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕО.(ИХ

РЕСПУБЛИК

3(ЯЭ С 12 И 1 26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . и АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

umemwu пюРодиь!й еа3

Юыфх А я

/au»

Cdt госуаа ствв+ьй комитет ссср по делдм изоБРетений и отнРьпмй (21) 2456279/28-13 (22) 23,02.77 (46) 23.03.84 . Бюл. Р 11 (72) В.П.Дибцов, A.A.Øìóøêèí, A.Н.Григорян," В,В.Лалов и К.Й.Битрих (71) Всесоюзйый научно-исследовательский институт биосинтеза белковых веществ (53) 668.392 (088.8) (56) 1.Патент Великобритании

Р 1 421 135, кл. С 6 F 1976. (54 ) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОМАССЫ, предусматривающий выращивание сме шанной культуры микроорганизмов в водной питательной среде, содержащей источник азота, фосфора, калия, магния и микроэлементов, в присутствии смеси газообразных углеводородов в качестве источника углерода и свободного кислорода, сгущение полученной микробной суспензии с последующйм воз вратом осветленной культуральной среды на стадию выращивания и обезвоживания микроорганизмов в потоке горячего теплоносителя, отличающийся тем, что, с целью интенсификации роста микроорганизмов, выращивание смеси культур микроорганизмов осуществляют при давлении 9-40 кг/см, а сгуще2 ние микробной суспензии проводят при давлении 1-30 кг/см путем флотации газами, десорбирующимися из суспензии со стадии выращивания, при этом в качестве смешанной культуры исполь д зуют микроорганизмы родов Methylococ

cus, Viethylo sirius u Flavobact erbium.

705796

Изобретение относится к техничес: кой микробиологии, к способам получения биомассы путем превращения га. зообразных углеводородов в белковое вещество.

Известны способы получения биомас. сы путем культивирования смешанной культуры микроорганизмов на водной питательной среде, содержащей источники азота, фосфора, калия, магния и микроэлементов, в присутствии газа, содержащего метан, и газа, содержащего свободный кислород. В качестве газа, содержащего метан, используют природный газ, а в качестве газа, содержащего свободный кислород, применяют атмосферный воздух или воздух, обогащенный чистым кислородом. Состав газовой смеси, подаваемой на стадию культивирования, выбирают так, чтобы обеспечить ее вэры- 20 вобезопасность, а отработанную газовую смесь рециркулируют в ферментационную емкость стадии культивирования микроорганизмов или используют для получения энергии, необходи- 25 мой для возмещения по крайней мере части энергии, используемой на стадии культивирования микроорганизмов.

В качестве продуцентов белковых веществ используют либо чистые, либо смешанные культуры микрооргайизмов, способных ассимилировать метан. Полученную на стадии культивирования, суспензию микроорганизмов предварительно сгущают, напРимеР, на центро- 35 бежных сепараторах, а затем окончательно обезвоживают на распылительных сушилках в потоке горячего газа.

Известен способ получения белковых веществ, включающий культивирование микроорганизмов вида Methylococcus cs.psulatuэ на водной среде в присутствии питания, в присутствии метана как источника углерода и газа, содержащего свободный кислород и элементарный азот. (1j . В таком . 45 способе в качестве источника метана используют природный гаэ, а в качестве газа, содержащего свободный кислород и элеменТарный азот, используют атмосферный воздух, который 50 при необходимости может быть обогащен чистым кислородом. Процесс осуществляют при давлении выше атмосферного, например при давлении 0,3-0,4 мПа, причем количество связанного азота, 55 подаваемого на стадию культивирования, меньше количества азота, извлекаемого в виде сырого протеина, или азот в связанном виде не подается вообще. Далее суспензию микроорга- @» низмов обрабатывают любым известным способом.

К недостаткам указанного способа относится низкая степень использования метана, которая в соответствии с данными по расходу газовой смеси, продуктивности процесса и коэффициентами выхода по метану и воздуху, представленными далее, составляет 37% от подаваемого количества метана.

Кроме того, повышенный расход газо-, вой смеси, обусловленный необходимостью возмещать часть или всю потребность микроорганизмов в азоте, который не подается в связанном виде, приводит к повышенному расходу энер гии на стадии культивирования микроорганизмов.

Цель изобретения - интенсификация роста микроорганизмов при увеличении степени использования газообразных углеводородов по крайней мере до 90% и уменьшении загрязнения окружающей среды.

Это достигается тем, что выращивание смеси культур микроорганизмов осуществляют при давлении 9-40 кг/см, а сгущение микробной суспензии проводят при давлении 1-30 кг/см путем флотации газами, десорбирующимися из суспенэии со стадии выращивания. При этом для выращивания в водной питательной среде, используют микроорганизмы родов Nethylococcus, Methylosinus H Flovobacterium, Возвращаемый после выделения микроорганизмов поток культуральной среды составляет 80% потока жидкой фазы, поступающей на стадию выращивания.

На фиг. 1 изображена функциональная схема получения белковых веществ из газообразных углеводородов предлагаемым способом; на фиг. 2 - диаграмма вэрываемости метан-кислородных смесей, эабалластированных инертным газом.

Сущность предлагаемого способа за. ключается в следующем. Смешанную е культуру микроорганизмов, содержащую факультативные метилотрофы, способные ассимилировать гомологи метана, выращивают на стадии 1 культивирования на водной питательной среде, содержащей источник азота, фосфора, калия, магния и микроэлементов, в присутствии газообразных углеводородов и кислородсодержащего газа. Процесс культивирования осуществляют при 35-50 С, при этом РН культураль« о ной среды поддерживают в пределах от

4,0 до 6,0 при концентрации минерального азота 50-150 мг/л и концентрации минерального фосфора 50-100 мг/л.

Процесс культивирования проводят при давлении выше атмосферного в пределах от 1,1 до 40 кг/см2.

При этом объемные концентрации кислорода и метана в газовой фазе процесса культивирования выбирают так, чтобы в соответствии с диаграммой взрываемости метан-кислородных смесей, забалластированных инертным

705796. газом (см. фиг. 2), для соответству- ющего давления была обеспечена взры- ной среде частиц, за счет всплывания которых происходит Флотация микроорганизмов и связанное с этим обогащение микроорганизмами верхних слоев жидкой фазы. В связи с неоднократным снижением давления у части клеток иэ-эа слишком большой скорости снижения давления происходит разрыв

35 оболочек. При этом содержащиеся внут-40 ри клеток биологически активные вещества переходят в активном. состоянии в культуральную среду, часть которой после отделения микроорганизмов возвращается на стадию 1 культивиро45 вания и используется для стимуляции роста микроорганизмов.

Абсорбированный на стадии 2 очистки углекислый газ процесса биосинтеза и сопутствующие ему компоненты газовой фазы стадии 1 культивирования смешивают с десорбировавшимися газами на стадии 3 предварительного сгущения с отработанной газовой фазой стадии 1 культивирования с допол-55 нительным количеством газа, содержащего газообразные углеводороды с атмосферным воздухом для получения горючей смеси, которая сжигается на стадии 4 получения высокотемпературного теплоносителя. Полученный на стадии 4 высокотемпературный теплоноситель с температурой 1200-1300 С смешивают с атмосферным воздухОм на стадии 5 для получения сушильного

65 вобезопасность газовой фазы процес са культивирования, т.е. точка,- соответствующая составу газовой фазы, должна находиться вне указанной на диаграмме области взрывоопасных сме. сей. Рециркулируемую газовую фазу очищают от углекислого газа, образовавшегося в процессе биосинтеза на стадии очистки для поддержания. постоянной объемной концентрации углекислого газа в газовой фазе процесса культивирования.

Непрерывное культивирование смешанной культуры ведут при коэффици- 15 енте разбавления, равном от 0,15

-f до 0,25 ч, причем концентрация сухих веществ в культуральной среде и продуктивность процесса практически линейно зависят От давления", при я котором осуществляют процесс культи- вирования.

Суспензия микроорганизмов со стадии 1 культивирования поступает на стадию 3 предварительного сгущения, где происходит частичное уменьшенйе давления потока, вследствие чего растворенные в культуральной среде газы деСорбируют из жидкой фазы и частично из самих микроорганизмов переходят в газовую фазу в виде мелко диспергированных в культуральагента с температурой 290-350 С, который на стадии б используют для окончательного обезвоживания сгущен-. ной суспензии микроорганизмов и получения сухих белковых веществ с влажностью 5-10%.

Пример . Смешанную культуру, содержащую факультативные метилотро= фы, выращивают на стадии 1 культивирования в ферментере, имеющем объемный коэффициент массопередачи не менее 800-900 ч 1 .

Процесс культивирования осуществляют на водйой питательной среде, содержащей источники азота, фосфора, калия, магния и микроэлементов, при давлении в ферментере 9 кг/см, при этом температуру поддерживают в пре- делах от 38 до 40 С подачей охлаждающего агента в теплообменные уст-. ройства ферментера, а концентрацию водородных ионов в культуральной среде поддерживают "постоянной за счет .автоматической подачи 8-10Ъ-ro раствора аммиачной воды на уровне, соответствующем рН, находящемуся в диапазоне 5, 5-5,7. Компоненты минерального питания на стадию 1 культивирования подают в вйде водного раствора, содержащего в 1 л следующие количества минеральных источников питания:

2,5 мл Н РО4, 1,0 г Ilg50, 1,25 r

КС8; 0,015 г lq504, 0,05 r Л 1 504, 0,10 СМ504, 0,03 г Н ВО; 9,15 Fe504

0,0022 г Ка МОО4 2Н О; 0,0024 r

СОСО4 7Н О.

При этом поддерживают остаточную концентрацию неорганического азота в культуральной среде в пределах от

80 до 120 мг/л, а неорганического фосфора — в пределах от 70 до 90 мг/л, В качестве газа, содержащего газообразные углеводороды, используют природный газ состава, об.Ъ : 95 метана, 2,5 этана, 1,0 пропана, 0,5 бутана, 0,5 углекислого газа, 0,5 азота.

В качестве газа, содержащего свободный кислород, используют технологический кислород состава, об.Ъ:

95 кислорода, 5 азота.

Объемная концентрация кислорода и метана в газовом потоке на входе ферментера составляет 10 и 18 об.Ъ соответственно, что позволяет довести степень рециркуляции газовой фазы, т.е. отношение рециркулируемого потока по всему газовому потоку, выходящему из ферментера до 0,995, и обеспечить в соответствии с диаграммой взрываемости метан-кислородных смесей, забалластированных инертным газом (см. Фиг. 2) взрыноопасность газовой фазы на стадии 1 культивирования.

Смешанная культура микроорганизмов, используемая в качестве проду

gk щи 4Р .ЯЮ ;

5- . 70579б 6 цента белковых вещеСтв содержит ем в потоке газообразного сушильного облигатные метилотрофы видов . агейта.

Msthyloc occus cspsulatus » ; дия .получения сушильного агента

Меthyloвinus trichospotiumI - 200 HM /т ACB природного газа и

Msthylosinus sporium, 4000 нм /т АСВ атмосферного воздуха

Факультативные метилотрофы, входя смешивают с 200 нм /т АСВ газа, сощие в состав смешанной культуры ми стоящего из углекислого газа, со кРоо»ргали»змов, способные ассимилиро» стадии 2 очистки газов, десорбциро

«вать гомологи метана, относятся к ва»вшихся на стадии 3 предварительно вйду" Ё1ачоЪа Cerium gasotöði»ñum, Го сгущейия и отработанного газа

Йоэффи»циент разбавления .культураль- 1О стадии 1 культивирования и сжигают ной среды в ферме«йтере«"и равная е ф в-"топочном устройстве стадии 5 для скорость роста смешанной культуры по«лучения высокотемпературного тепмикроорганиэмов составляет 0,15 ч, лоносителя, который затем см»ешивают . Продуктивность на стадии 1 культиви- . с 2б500 нм /т СБ "воздуха на стадии б.Рования для ферментера, имеющего 15 При этом получают 32700 нм /т CB суобъемный коэффициент массопередачи шильного агента с температурой 2801300-1500 ч ", составляет 7,2 кг 310 С, необходимого для получения

ACB/ì: ч (при концентрации сухих ве- - 1 т -сухой б«йомассы с 5-8Ъ-йой влажществ в культуральной среде 48 кг/M9 . "н«остью на стадии 4. абсолютно сухих веществ (ACB). Йа . 2О Предлагаемый способ получения стадии 2 очистки рециркулируем и бе»лкойых веществ из газообразных

" Таз"»очи»щают ;от образовавшегося в " углеводородов позволяет увеличить процессе биосинтез. а углекислого га- сне«йень преоо» разова» ния последних в за путем водной абсорбции в колонне белковые вещества по крайней мере

С насадкой. - - ""= :-- =: = "" -"= : 25 до 90% при обесйечении взрывобезопаСнос»ти газовой фазы процесса кульЙа стадии 5 йредварййелЪйб б"сгу- ".. тйМйро»вайй» я мик»роорганизмов. При дают в ниж»нюю часть аппарата, иМею- сфе»«рног»о -воэМу»ха при приготовлении - »" щеЖГЖой мЖИой««орйЮо1о =м»атерйй1а;"" " 30 »67&ÒéëúHîãî" àãåíòà, так как часть воэв котором происходит уменьшение дав- духа, необходимого для доведения темлейия»-потока суспенэии. При прохож-,йературы-топочнйх газов до темпера" =,ден«ии ерез слой мелко«пористого" ма«- туры""суш»йльного агента, заменяется териала растворенные в культурамь- -- "углекислым газом, образовавшимся в ной среде, газы переходят в газовую п»роблес»се биосинтеза,- что уменьшает фазу в виде мелкодиспергированных загрязненность бкружающей среды. 8 Мульт»урал»ьной среде -частиц, кото- Иск«лъэова»нйе углекислого газа, об- р»йе при своем движении к поверхнос- разованшегося в йр«о»це»ссе биосинтеза, тй в апйар«ате у»влек«аюr""вмеси. N со " для" йолученйя сушильного агента прибой-кЛе %и=ййкр»обрганиэ»м»ов, обога«щая водит»к: уменьшению объемной концентими верхние слои жидкости;,. .4О pации кислорода в- газовой "фазе процесса с 13 до 11 об.В, что повышает

Сгущенную до концентрации 180- взр»ывобез«опа»сность сушки и способст200 кг/м3(АСВ) суспензйю йИКФббРга= " " "вует со»хфанейию витаминов и биологинизмов передают на стадию 4 для окон- чески активных веществ в готовом

" "Ма»тел«ь»йо» го обезвоживания вйсуш»и»в»ани- 45 йро»»дукте. (».

1ФЯВВ ЮЯФ: 5ж» .« А - . "= =ж- "" .» »

»»» «»ФъФЖ24Ф Ф»К»Х"-.-:Ь :«» „ . - :» ." ° :: %. ".;О

4Ф ЙММ »ф»»:;,, - -."-... - - ° = . -;"."«-» - -. =" . - .. т

3ЬФ

ЙВ= фй - === - =;: - -:-= .:;.-. - - "--=

»

3705796 фиа2

Тираж 522 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Эаказ 2 36 3/2

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

Составитель

Редактор О.Юркова Техред T.Ìàòî÷êà Корректор Л.Ильин