Способ выращивания микроорганизмов

Способ выращивания микроорганизмов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, саид-ву (22) 3аявлено 0503.79 (21) 2733628/28-13 с присоединением заявки HP (23) Приоритет

Опубликовано 15.0581.Бюллетень Но 18

Дата опубликования описания 15.05.81 (Я) . g,..3

С 12 и 1/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 663.18 (088.8) (54) СПОСОБ ВЫРМЦИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

Изобретение относится к микробиологической промышленности, в част-. ности к способам выращивания культур, образующих пену, и может быть использовано в процессах выращивания микроорганизмов, для которых в культуральную жидкость подают газообразные вещества, например кислород, метан, этан, пропан, бутан, водород и др. газы.

Известны способы выращивания микроорганизмов, например дрожжей или бактерий, выбираемых из родов Pseudomonas, Bacillus или t1ethanomas, 15 заключающиеся во внесении посевного материала микроорганизмов в водную питательную среду, содержащую источники углерода, азота и необходимые для роста микроорганизмов питатель- 2О ные соли при подаче газов, необходимых для выращивания микроорганизмов, непосредственно в культуральную жидкость (11и (21.

К недостаткам данных способов от- 25 носится то, что в ферментере образуется двухфазная система газ-культуральная жидкость, -что снижает степень использования газа микроорганизмами. 30

Известен также способ выращивания микроорганизмов, в котором аэрацию проводят путем распределения в среде несмешивающейся с водой жидкости, например масла, поедварительно йасыщенной кислородом (3).

К недостаткам сйособа относится то, что насыщение невозможно проводить чистым кислородом, так как контакт последнего с маслом приводит к взрыву.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому эффекту является способ выращивания микроорганизмов на питательной среде, содержащей источники углерода, азота, фосфора, водорода, минеральные соли и микроэлементы при непрерывном насыщении культуральной жидкости газами (4).

К недостаткам способа относится то, что газы, подаваемые в ферментер, не успевают раствориться в культуральной жидкости, что снижает выход микроорганизмов.

Цель изобретения — увеличение выхода биомассы микроорганизмов.

Поставленная цель достигается тем, что перед насыщением культураль829669 ной жидкости-осуществляют растворение в воде газовой смеси, состоящей из кислорода с метаном, или этаком, или пропаном, или бутаном, или водородом в количестве 0,5-95%, при этом растворение ведут в отдельности каждого из компонентов газовой смеси, а насыщение культуральной жидкости осуществляют путем подачи в нее воды с растворенными газами раздельными потоками в количестве, пропорциональном концентрации аждого из компонентов газовой смеси в культуральной жидкости.

При этом насыщение культуральной жидкости газами проводят при температуре воды 3-28 С. 15

Способ осуществляют следующим образом.

В ферментер 1, содержащий перемешивающее устройство 2, перегородки

3 и дроссельные устройства 4 и 5, 20 заливают воду. После включения перемешивающего устройства и подогрева воды до заданной температуры в воду добавляют раствор питательных солей и водный раствор аммиака для получе- 25 ния требуемого рН среды. Затем в . приготовленную питательную среду засевают микроорганизмы, после чего в ферментере образуется культуральная жидкость.

Насыщение культуральной жидкости газовой смесью, например кислорода с метаном, производят в диапазоне

0,5-95В путем перемешивания ее с водой, предварительно насыщенной этими газами. Насыщение воды газами производят раздельно в аппаратах эжекционного типа 6 и 7. Уровень воды в этих аппаратах поддерживается насосами 8 и 9 постоянным. Подачу кислорода и метана в аппараты 6 и 7 40 обеспечивают компрессорами 10 и 11, оборудованными устройствами для автоматического поддержания давления.

Насыщенную газами воду из аппаратов 6 и 7 подают, соответственно, через клапаны 12 и 13 и дроссели 4 и 5 в перемешивающее устройство 2, где она смешивается с культуральной о жидкостью.

Концентрацию. отдельных компонентов газовой смеси в культуральной жидкости поддерживают постоянной путем изменения расходов насыщенных газами соответствующих водяных потоков. Для этого датчиками 14 и 15 измеряют концентрацию растворенных в культуральной жидкости газов и посредством вторичных приборов соответственно 16 и 17 и клапанов 12 и 13 изменяют расходы воды.

Микроорганизмы, потребляя раство- ф() ренные в культуральной жидкости газы, живут и размножаются. По мере уменьшения концентрации растворенных газов в культуральной жидкости вторичные приборы 16 и 17 открываются и компенсируют потребленные микроорганизмами газы путем подачи воды, насыщенной этими газами, в культуральную жидкость. В этом случае скорость подачи газов равна скорости их потребления микроорганизмами, т.е. достигаются оптимальные расходы газов и их соотношение, а также практически полная утилизация газов.

При этом пузырьки газа в ферментере отсутствуют, что увеличивает насосный эффект перемешивающего устройства, а, следовательно, интенсифицирует процесс массообмена. Положительный эффект достигается также тем, что насыщенная газами вода подается в ферментер раздельными, капример двумя потоками с растворенными соответственно в них кислородом и метаном в зону перемешивающего устройства или в само устройство, где смешивается с культуральной жидкостью. При этом газы не успевают выделиться из воды, а переходят в культуральную жидкость в растворенном состоянии. Очевидно, что отсутствие пузырьков газа в культуральной жидкости исключает и пенообразование. Подача газов в воду в аппаратах 6 и 7 также не вызывает пенообраэования потому, что коэффициент вспенивания воды .незначительный.

Таким образом, решается проблема пеногашения.

Раздельное насыщение воды газами, а также снижение температуры насыщаемой воды по сравнению с температурой культуральной жидкости обеспечивает высокую растворимость газов.

В этом случае аппараты 6 и 7 являются аккумуляторами газов, которые расходуются по мере потребности микроорганизмов.

Кроме того, раздельное насыщение газами воды и продувка свободного оТ культуральной жидкости пространства ферментера воздухом обеспечивает взрывобезопасность процесса.

В процессе ферментации в ферментере поддерживают заданную температуру и осуществляют непрерывную подачу в ферментер раствора солей и

NH40H для поддержания рН. Заданное давление в ферментере поддерживается регулятором 18.

Избыток культуральной жидкости из ферментера поступает в центрифугу 19, где происходит отделение биомассы от культуральной жидкости.

При выращивании микроорганизмов, окисляющих, например, этан, пропан, бутан или водород, в аппарат 6 компрессором 10 вместо метана подают соответственно этан, пропан, бутан или водород. При выращивании микроорганизмов, источником углерода для которых являются жидкие вещества, например парафины, метановая линия, включающая оборудование 6, 8, 10 829669 и арматуру 4 и 16, а также продувка ферментера воздухом, отсутствует..

Пример 1. При выращивании метан-окисляющих микроорганизмов известным способом в качестве посевного материала используют бактерии из рода Methylococcus, например культур 1-70.

Питательная среда для выращива.ния этих бактерий состоит из водного раствора фосфорной кислоты, хлористого калия, сернокислого магния, цинка, марганца, меди, железа и кобальта.

Посевной материал вносят в ферментер с рабочим объемом Ч = 50 л. Выращивание производят при непрерывной подаче в фермейтер питательной среды, воды 10 л/ч, т.е. 0,2 Н и водного раствора аммиака для поддержания кислотности культуральной жидкости, равной 5,6 РН. Температура куль- 70 туральной жидкости 43 С.

Культуральную жидкость перемешивают лопастной мешалкой с интенсив-. ностью, характеризующейся числом

Рейнольдса Ве 100000. 25

С целью взрывобезопасности процесса и получения большей поверхности контакта фаз (газ — культуральная жидкость) аэрацию культуральной жидкости производят газовой смесью метана и воздуха в количестве 1л/мин на единицу объема ферментера, т.е.

3000 л/ч. Причем соотношение расходов метана и вс.здуха равно 1:3. Дав- 35 ление в ферментере равно атмосферному. Из ферментера непрерывно отбирают " 10 л/ч культуральной жидкости. При концентрации биомассы в г АСВ культуральной жидкости 5 --„-- и 40

4 удельной скорости роста 0,2 ч . продуктивность (для этих условий культивирования) равна г АСВ

О.= 0 2 5 = 1

Л Ч 45

При этом количество биомассы, получаемое из ферментера, равно г. ACB

G = 9 V = 1 50 =- 50---—

Известно, что на 1 r биомассы рас ходуется 1 r метана (1,43 л) и

3,5 г кислорода (2,4 5 л) . Тогда количество потребленной микроорганиэ— мами газовой смеси в единицу времени на образование 50 равно Q

Ц смеси = 50 (1,43 + 2,45) = 194 л/ч, что составляет всего 6,5В от подаваемой в ферментер газовой смеси.

Остальные 93,5% подаваемой в ферментер газовой смеси выходят из ферментера, а следовательно, не используются микроорганизмами. При этом образуется пена. При подаче в ферментер только необходимого количества газовой смеси метан — кислород (194 л/ч) проц сс становитмя взры» воопасным, а заданная продуктивность

< не достигается.

r-AG5

Л Ч

II р и м е р 2. При выращивании культуры 1-70 предлагаемым способом условия культивирования .аналогичны примеру 1.

Однако с целью взрывобезопасности и интенсификации процесса необходимые для процесса газы (метан и кислород) подают в ферментер в растворенном в воде виде. 1 азы растворяют в воде, идущей на разбавление культуральной жидкости. При подаче в ферментер кислорода вместо воздуха удельная скорость роста возрастает и составит 0,3 ч-" . Тогда количество подаваемой в ферментер воды равно количеству отбираемой из ферментера культуральной жидкости и равно

15 л/ч (0,3 ° 50).

При концентрации биомассы 5

r ЛСВ л продуктивность Q = 0,3 5 = 1,5

ACB л а.количество биомассы, получаемое из ферментера G = 50 = 75-------

r ABC

I л

Следовательно, для обеспечения потребности микроорганизмов в подаваемой в ферментер воде, т.е. в 15 л, необходимо растворить 107 л метана и 183 л кислорода и подавать эту во» ду в ферментер в течение часа.

В таблице приведены сравнительные экспериментальные данные, полученные при осуществлении известного и предложенного способов.

829669

Количест.—

КонРабочий объем ферме нтера, л

Интенсив ность рН кул.ь тураль ной жидкости

Температура культураль ной жид-. кости С

Количество подаваемой газовой смеси, л ч

Продук тивКолиНаличие пользование газовой смеси, Ъ центрация биомассы в культуральной жидкости

r- ЛСВ чест- ливо во чие вэрывоСпособы перемешиванияр

Re потребляемой газовой получаемой биоиост г AC пенообопасносл ч ра- ти зомассы, r-ACB васмения си, л ч

Известный

50 . >10 5,6 43 3000 194 6,5 5

1 50 Да.Пред- 50 Ъ 10 5, 6 43 290 275 95

6 лагаемый

Отсутствует беэ проведения указанных

5 1,3 65»

1,4 70

Нет в иэвестном способе мер и количество получаемой биомассы на 30-40% выше, чем в известном способе. Кроме того, при ведении процесса предлагаемым способом практичесЯ ки отсутствует пенообразсвание и

Из таблицы следует, что при вэрывобезопасности процесса и одинаковых других условиях, приведенных в таблице, продуктивность при предлагаемом способе, а, следовательно, Предотвращается эа счет разбавления в зрывоопасной смеси азотом воздухаа, который не испЬльзуется микроорганизмами

829669

10 формула изобретения

Составитель В. Зайцева

Редактор A. долинич Техред A. Ач" Корректор Н. Мвыдкая

Заказ 3552/67 Тираж 528 Подписное. ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретеннй и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 увеличивается процент использования подаваемой в ферментер газовой смеси до 95%. Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить выход микроорганизмов на 30-40%.

1. Способ, выращивания микроорганизмов на питательной среде, содержащей источники углерода, азота, фосфора, минеральные соли и микроэлементы при непрерывном насыщении культуральной жидкости газами, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения выхода биомассы" микроорганизмов, перед насыщением культуральной жидкости осуществляют растворение в воде газовой смеси, состоящей из кислорода с метаном или этаном, или пропаном, или бутаном, или водородом в количестве 0,5-95%, при этом растворение ведут в отдельности каждого из компонентов газо вой смеси, а насыщение культуральной жидкости осуществляют путем подачи в нее воды с растворенными газами раздельными потоками в количестве, пропорциональном концентрации каждого из компонентов газовой смеси в культуральной жидкости °

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и .с я тем, что насыщение культуральной жидкости газами проводят при температуре воды 3-28 С.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

15 9 287879, Кл. С 12 В 1/08, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР .9 305183, кл. С 12 В 1/08, 1969.

3. Патент CUIA Р 3723255, кл. 195-109, опублик. 1973.

4. Авторское свидетельство СССР

М 287880, кл. С 12 В 1/08 1965 (прототип).