Способ получения биомассы метанокисляющих бактерий Российский патент 2019 года по МПК C12N1/20 C12N1/26 C12M1/04 C12M1/36 

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к способам получения метанокисляющих бактерий и может быть использовано в угольной, горнодобывающей, химической и других отраслях промышленности.

Известны способы получения метанокисляющих бактерий при аэрировании и рециркуляции биомассы, в частности авторское свидетельство СССР № 811846, КП С 12 № 1/16, 1979 г.

Недостатком этих способов является получение биомассы метанокисляющих бактерий без активации молекулярного кислорода при постоянной аэрации и контроля растворенного кислорода в ферментере, а также смешение газовых потоков, что снижает взрывобезопасность процесса.

Целью изобретения является повышение выхода биомассы, снижение ее потерь и достижение полной взрывобезопасности процесса выращивания биомассы метанокисляющих бактерий.

Предлагаемый способ получения биомассы метанокисляющих бактерий основывается на биохимической реакции активации молекулярного кислорода восстановленным NAD (NAD соответствует названию химического соединения никотинамидадениндинуклеотида) с последующим окислением органического субстрата – метана.

Поставленная цель достигается путем осуществления процесса выращивания с использованием переменного аэрирования, т.е. прекращения подачи воздуха (кислорода) в ферментер до полного поглощения растворенного кислорода в культуральной среде, выдерживания биомассы в ферментере без кислорода до достижения максимального значения НАD·Н₂ с последующим окислением метана при аэрации по реакции:

HAD x H₂ + O₂ + CH₄ HAD⁺ + CH₃OH + H₂O

При этом осуществляется раздельная подача газовых потоков (метана и воздуха). Метан подается в максимально торбулентную, аэрированную зону ферментера непрерывно.

На основании проведенных экспериментальных исследований было установлено, что выдерживание биомассы по времени без кислорода и подачей кислорода в соотношении от 1:4 минут до 1:6 минут позволяет достигнуть максимальных показателей по производительности процесса выращивания и обеспечить взрывобезопасность процесса.

Выращивание биомассы метанокисляющих бактерий проводят на питательных средах, содержащих в качестве источника углерода – метан, а в качестве минерального питания используют азот, фосфор, калий, магний, медь другие необходимые для питания метанокисляющих бактерий элементы.

Процесс выращивания ведут при температуре 40-42°С, PH 5-7, удельной скорости роста микроорганизмов 0,2-0,25 час^-1 при соотношении воздуха: метан от 1:3 до 1:4.

Со стадии выращивания бактериальную суспензию направляют на сгущение и сушку.

Отработанную культуральную жидкость (ОКЖ) после сгущения биомассы возвращают в ферментер.

В результате осуществления предлагаемого способа получили выход биомассы по потребленному субстрату до 99 % и снижению потерь биомассы до 4,0%.

Анализ приведенных в таблице данных указывает на существенность выбранных интервалов значений предлагаемого способа.

Процесс выращивания ведут с использованием датчика растворенного кислорода.

Сравнительные показатели процесса выращивания метанокисляющих бактерий при переменном аэрировании.

№ Соотношение времен без аэрации/
с аэрацией, мин. Концентрация растворенного кислорода анаэробный/аэробный, мг/л Выход биомассы по потреблённому субстрату, % Потери биомассы, % 1 контр. непрерывная аэрация 3,9 79 7,1 2 1:1 0/2,9 81 6,9 3 1:2 0/2,4 85 6,1 4 1:3 0/2,2 90 5,6 5 1:4 0/2,1 94 5,2 6 1:5 0/1,9 97 4,5 7 1:6 0/1,8 99 4,0 8 1:7 0/2,4 86 5,8

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известными повышает выход биомассы по потребленному субстрату до 99% и позволяет снизить потери до 4,0%

Приведенные примеры иллюстрируют, но не ограничивают использование предлагаемого способа.

Пример 1.

Получение биомассы метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus, штамм ВСБ874, осуществляется на питательной среде следующего состава из расчета на 1 г, абсолютно сухой биомассы (АСБ)

Н₃РО₄ (80% р-р) – 0,09 мл.

Макроэлементы, г

MgSO₄ x 7H₂O – 0,02

К₂SO₄ – 0,0025

Микроэлементы, мг

Zn SO₄ 7H₂O – 0,3

Mn SO₄ 4H₂O – 0,8

Cu SO₄ 5H₂O – 0,5

Fe SO₄ 7H₂O – 0,1

Co SO₄ 7H₂O – 0,048

Na Mo O₄ – 0,045

H₃ BO₃ – 0,3

Аммиачная вода NH₃ ON (20% раствор)- 4,0 г/л

Метан CH₄ – 10 г/л культуральной жидкости (КЖ)

В качестве источника азота используется аммиачная вода из расчета 110 / 120 мг на 1 г АСБ. Соотношение азота метана к воздуху NH₃ / O₂ – 3:1.

Подачу метана осуществляли в зону аэрирования при максимальном перемешивании жидких и газообразных фаз при переменном аэрировании.

Переменное аэрирование осуществляли с выдерживанием биомассы по времени без кислорода и подачей кислорода в соотношении 1:6 минут.

Процесс выращивания вели при температуре 40°С, PH-6, с удельной скоростью роста 0,25 час ^-1

Биомассу со стадии выращивания направляли на обезвоживание – сепарацию, выпарку. Сгущенную биомассу направляли на окончательное обезвоживание – сушку.

В результате получили выход биомассы 99%, потери на стадии обезвоживания 4,0%. Полученный продукт содержит 71% белка, 6,5 % золы.

Пример 2

Биомассу метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus штамм ВСБ874 получили как в примере 1, за исключением того, что переменное аэрирование с выдерживанием биомассы по времени без кислорода и с подачей кислорода в соотношении 1:4

В результате получили выход биомассы по потребленному субстрату 94%, потери биомассы на стадиях обезвоживания 5,2%.

Получен продукт с содержанием белка 70,3%, золы 6,8%

Пример 3

Получение биомассы метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus штамм ВСБ874 осуществляли аналогично, как в примере 2, за исключением того, что биомассу на стадии выращивания выдерживали по времени без кислорода и с подачей кислорода в соотношении 1:7. В результате получили выход биомассы по потребленному субстрату 86%, потери биомассы на стадиях обезвоживания 5,7%.

Получен продукт с содержанием белка 69,5%, золы 6,9%.

Пример 4

Получение биомассы метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus штамм ВСБ874 осуществляли при непрерывной аэрации и непрерывной подачи метана в ферментер при интенсивном перемешивании.

В результате получили выход биомассы по потребленному субстрату 79%, потери биомассы на стадиях обезвоживания 7,1%.

Получен продукт с содержанием белка 68%, золы 7,1%.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известными (при постоянной аэрации) повышает выход биомассы на 20% и снижает потери биомассы на 3,1%.

Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен способ получения биомассы метанокисляющих бактерий. Способ включает выращивание бактерий в ферментере в условиях аэрации на питательной среде, выделение биомассы из культуральной жидкости, частичный возврат отработанной культуральной жидкости на стадию выращивания, обезвоживание и сушку биомассы. Причём выращивание биомассы проводят в режиме переменного аэрирования и с непрерывной подачей метана в максимально турбулентную аэрированную зону ферментера. Изобретение обеспечивает повышение выхода биомассы, снижение ее потерь и достижение полной взрывобезопасности процесса. 1 табл., 4 пр.

Способ получения биомассы метанокисляющих бактерий, предусматривающий выращивание их в ферментере в условиях аэрации на питательной среде, содержащей метан в качестве источника углерода, источники азота, фосфора, минеральные соли и микроэлементы, выделение биомассы из культуральной жидкости, частичный возврат отработанной культуральной жидкости на стадию выращивания, обезвоживание и сушку биомассы, отличающийся тем, что выращивание биомассы проводят в режиме переменного аэрирования с целью активации молекулярного кислорода путем использования восстановленного кофермента NAD⋅Н (никотинамидадениндинуклеотида) с выдерживанием биомассы по времени без подачи кислорода и с подачей кислорода в соотношении от 1:4 минут до 1:6 минут, причем метан подается в максимально турбулентную аэрированную зону ферментера непрерывно.