СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРМЕНТНОГО ПРЕПАРАТА Российский патент 1999 года по МПК C12N9/00 

Изобретение относится к технологии получения ферментных препаратов из биомассы микроорганизмов.

Известен способ получения ферментного препарата, предусматривающий культивирование микроорганизма-продуцента, отделение биомассы, ее экстрагирование, очистку микрофильтрацией и концентрирование экстракта ультрафильтрацией, осаждение ферментов спиртом или ацетоном и сушку осадка конвективным или радиационным методом (Грачева И.М., Технология ферментных препаратов - М.: Агропромиздат, 1987, с. 85 - 86, 121).

Недостатками этого способа являются высокая энерго- и материалоемкость и экстенсивность.

Техническим результатом изобретения является интенсифисикация и снижение энерго- и материалоемкости процесса.

Этот результат достигается тем, что в способе получения ферментного препарата, предусматривающем культивирование микроорганизма-продуцента, отделение биомассы, ее экстрагирование, очистку микрофильтрацией и концентрирование экстракта ультрафильтрацией, осаждение ферментов спиртом или ацетоном и сушку осадка, согласно изобретению, экстрагирование осуществляют в поле ультразвуковых колебаний, создаваемых при конденсации в экстракционной смеси барботируемых в нее паров экстрагента, а сушку фермента осуществляют путем промывки осадка жидкой двуокисью углерода при давлении выше атмосферного и последующего сброса давления до атмосферного.

Это позволяет интенсифицировать процесс за счет ускорения экстрагирования, упрощения операции сушки осадка, сократить энергоемкость процесса за счет исключения необходимости создания условий фазового перехода на стадии сушки, сократить материалоемкость за счет исключения необратимых потерь спирта или ацетона в процессе сушки.

Способ реализуется следующим образом.

Микроорганизм-продуцент ферментов культивируют поверхностным или глубинным методом на соответствующей питательной среде. На стадии развития культуры микроорганизма, соответствующей максимальному накоплению ферментов, биомассу отделяют от культуральной жидкости или твердой питательной среды, а затем экстрагируют соответствующим экстрагентом при температуре ниже температуры инактивации соответствующей группы ферментов. Одновременно в экстракционную смесь барботируют пары экстрагента при условиях, обеспечивающих их конденсацию в экстракционной смеси, например за счет охлаждения в процессе теплообмена с экстракционной смесью и/или адиабатного расширения в процессе барботирования в экстракционную смесь. В результате схлопывания указанного пузырька пара в экстракционной смеси возникает ударные волны, частота прохождения которых в экстракционной смеси достигает ультразвуковых частот в процессе непрерывного барботирования пара. Поле ультразвуковых колебаний способствует повышению проницаемости и последующему динамическому, фрикционному или усталостному разрушению клеточных мембран экстрагируемой биомассы. В результате резко возрастает поверхность контакта фаз, а диффузионное сопротивление сырья снижается по меньшей мере на порядок. Это приводит к интенсификации процесса экстрагирования и завершению истощающей противоточной экстракции не позднее 30 мин от ее начала в зависимости от соотношения расходов фаз, то есть по меньшей мере в 6 раз быстрее, чем в наиболее близком аналоге.

Полученный таким образом экстракт подвергают очистке методом микрофильтрации, в процессе которой без введения сорбентов происходит отделение всех механических примесей. Далее экстракт концентрируют методом ультрафильтрации, в процессе которой от концентрата отделяются, кроме части экстрагента, и низкомолекулярные балластные вещества. Процесс ультрафильтрации происходит без увеличения температуры экстракта, что позволяет снизить энергоемкость процесса, а также исключить тепловую инактивацию ферментов в концентрате. Независимо от начальной концентрации экстракта в концентрате может быть достигнуто содержание сухих веществ до 40% по массе, при этом время концентрирования может быть резко сокращено, поскольку скорость удаления экстрагента не лимитируется интенсивностью его испарения при низких температурах. Для высаждения ферментов из концентрата в него вводят спирт или ацетон. В результате дегидратации ферменты выпадают в осадок. В надосадочной жидкости остаются неосажденные балластные вещества. Осадок отделяют от надосадочной жидкости одним из известных методов, например отстаиванием, фильтрованием, центрифугированием или декантированием. Возможно осуществление дополнительной промывки осадка спиртом или ацетоном.

Для удаления остатка спирта или ацетона из ферментного препарата отделенный осадок промывают жидкой двуокисью углерода при давлении выше атмосферного. Как спирт, так и ацетон легко растворяется в жидкой двуокиси углерода при давлении выше атмосферного, в то время как белковые вещества, в том числе и ферменты, нерастворимы в ней ни при каких условиях. Таким образом, происходит полное экстрагирование спирта или ацетона из ферментного препарата. После завершения промывки жидкой двуокисью углерода давление сбрасывают до атмосферного. Это приводит к вскипанию остаточных количеств жидкой двуокиси углерода, сопровождаемому резким увеличением объема последней и поглощением теплоты. Это способствует более полному сохранению активности высушиваемых ферментов и их диспергированию до состояния сыпучего порошка, то есть исключает необходимость последующего дробления высушенного ферментного препарата.

Отделенная после промывки жидкая двуокись углерода при некотором повышении температуры и/или снижении давления, исключающем фазовый переход спирта или ацетона, переводят в газовую фазу, отделяемую от жидкой фазы спирта или ацетона, а затем конденсируют путем охлаждения и/или компремирования и возвращают в цикл для повторного использования. Выделенный из двуокиси углерода спирт или ацетон возвращают в цикл для повторного использования, исключив его необратимые потери в процессе сушки.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с наиболее близким аналогом обладает сниженной энерго- и материалоемкостью и повышенной производительностью за счет интенсификации или исключения ряда технологических операций.

Изобретение относится к биотехнологии и может быть применено в производстве ферментных препаратов из микробиологического сырья. Полученную при культивировании микроорганизма-продуцента биомассу экстрагируют в поле ультразвуковых колебаний, очищают микрофильтрацией. Экстракт концентрируют ультрафильтрацией, ферменты осаждают спиртом или ацетоном. Сушат ферменты путем промывки осадка жидкой двуокисью углерода при давлении выше атмосферного и последующего сброса давления до атмосферного. Ультразвуковые колебания создают при конденсации в экстракционной смеси барботируемых в нее паров экстрагента. Способ позволяет интенсифицировать процесс за счет ускорения экстрагирования и упрощения операции сушки осадка, а также сократить материало- и энергозатраты.

Способ получения ферментного препарата, предусматривающий культивирование микроорганизма-продуцента, отделение биомассы, ее экстрагирование, очистку микрофильтрацией и концентрирование экстракта ультрафильтрацией, осаждение ферментов спиртом или ацетоном и сушку осадка, отличающийся тем, что экстрагирование проводят в поле ультразвуковых колебаний, создаваемых при конденсации в экстракционной смеси барботируемых в нее паров экстрагента, а сушку фермента осуществляют путем промывки осадка жидкой двуокисью углерода при давлении выше атмосферного и последующего сброса давления до атмосферного.