Способ получения биомассы метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus Российский патент 2019 года по МПК C12N1/20 C12P1/04 C12M1/36 C12M1/04 

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к способам получения биомассы метанокисляющих бактерий, и может быть использовано в пищевой и химической промышленности.

При выращивании метанокислящих бактерий (авторское свидетельство СССР № 811846 1979 г.) рециркуляция газовой фазы происходит при одновременной подаче кислорода и метана в рабочий объём ферментера, что не исключает возможности взрыва.

Раздельная подача кислорода (в ферментер) и метана (в контур рециркуляции) полностью исключают эту возможность.

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

Поставленная цель достигается путем рециркуляции газосодержащей биомассы метанокисляющих бактерий из нижней части аппарата с минимальным содержанием растворенного кислорода (зоны деаэрации) на вход жидкой фазы в эжекторы, где содержание растворенного кислорода имеет максимальные значения (зону аэрации), подачи метана в контур рециркуляции где происходит полное поглощение кислорода за счёт усвоения его микроорганизмами (содержание кислорода в биомассе – 0) и достижения максимального значения НАД·Н₂, который является активатором молекулярного кислорода в зоне аэрации с последующим окислением органического субстрата – метана по реакции:

НАД·Н₂ + О₂ + RH → НАД + ROH + H₂O

(НАД соответствует названию химического соединения никотиноамидадениндинуклеотид)

Рециркуляция газосодержащей биомассы осуществляется центробежным насосом со скоростью прокачки ÷ рабочего объема ферментера в минуту.

Процесс выращивания проводят на питательных средах, содержащих в качестве источника углерода метан, а в качестве минерального питания используют азот, фосфор, калий, магний и другие, необходимые для питания клеток микроорганизмов элементы. Процесс выращивания при температуре 40-42°С, PH 5-7, удельной скорости роста микроорганизмов 0,2-0,25 час^-1.

Аэрацию при выращивании метанокисляющих бактерий осуществляют путем барботажа или иным способом.

В результате осуществления предлагаемого способа получают повышение выхода биомассы на 20-25%, снижение потерь биомассы 4,1% и достижение полной безопасности процесса выращивания.

Результаты эксперимента приведены в таблице.

Пример 1

Получение биомассы бактерий рода Methylococcus capsulatus ВСБ 874 осуществляли путем выращивания на питательной среде следующего состава, г/л:

метан 120 л/л, аммофос 5,8, сульфат аммония 4,6, аммиачная вода (25%-ный раствор) 3,5, сульфат калия 2,1, сульфат магния 0,8, сульфат железа 0,2, сульфат марганца 0,07, сульфат цинка 0,02, сульфат меди 0,01.

Выращивание проводим в условиях непрерывной аэрации с расходом воздуха 1 м³/м³ жидкости, отбором биомассы из зоны деаэрации центробежным насосом, осуществляющим рециркуляцию биомассы в зону аэрации со скоростью рабочего объема ферментера. Подача метана осуществляется в контур рециркуляции постоянно. Со стадии выращивания суспензию бактерий направляли на разделение и сгущение. Сгущенную биомассу окончательно обезвоживали выпаркой и сушкой.

В результате получили выход биомассы 94% и снижение потерь биомассы 4,1%.

Пример 2

Получение биомассы метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus ВСБ 874 осуществляли на питательной среде следующего состава, на 1 г АСБ,

Фосфорная кислота (80%) – 0,09

Сульфат магния (7 водный) – 0,02

Сульфат калия – 0,025

Сульфат цинка (7 водный) – 0,0003

Сульфат марганца (4 водный) – 0,0019

Сульфат меди (5 водный) – 0,001

Сульфат железа (7 водный) – 0,0021

Сульфат кобальта (7 водный) – 0,00048

Аммиачная вода (20% раствор) – 4,0 г/л

Количество подаваемого метана на 1 г АСБ – 120 л/л кж.

Выращивание проводили с удельной скоростью роста 0,24^-1 при температуре 42°С и pH – 5,5 в условиях непрерывной аэрации. При этом биомассу из зоны деаэрации со скоростью в количестве рабочего объема ферментера ц/б насосом направляли в зону аэрации по контуру рециркуляции биомассы.

Подачу метана осуществляли во внешний контур рециркуляции биомассы. Со стадии выращивания бактериальную суспензию на обезвоживание, сепарацию, выпарку.

Сгущенную биомассу направляли на окончательное обезвоживание - сушку.

В результате получили выход биомассы 92%, потери на стадии обезвоживания 4,3%. Полученный продукт содержал: белка 71%, золы 6,6%.

Пример 3

Получение биомассы метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus ВСБ 874 осуществляли аналогично, как в примере 2, за исключением того, что биомассу из зоны деаэрации в количестве рабочего объема ферментера возвращали в зону аэрации.

В результате получили выход биомассы 91%, потери биомассы на стадиях обезвоживания 9,4%. Получен продукт с содержанием белка – 70%, золы – 6,7%.

Пример 4

Биомассу метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus ВСБ 874 получали аналогично, как в примере 2, за исключением того, что возврат биомассы из зоны деаэрации в зону аэрации был рабочего объема ферментера.

В результате выход биомассы составил 81%, потери биомассы на стадии обезвоживания 8,9%. Получен продукт, содержащий: белок – 70%, золы – 5,9%.

Пример 5

Получение биомассы метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus ВСБ 874 в аналогичных условиях, как в примере 2, но без рециркуляции биомассы из зоны деаэрации. Выход биомассы составил 69%, потери биомассы 11,3%.

Рециркуляция биомассы метаноокисляющих бактерий и контроль процесса выращивания по содержанию кислорода

Таблица 1

Пример Отбираемая часть микроорганизмов на рециркуляцию Содержание кислорода вне ферментера Выход биомассы, % Потери биомассы, % контроль - - 69 11,3 1 1/50 0 94 4,2 2 1/40 0 82 8,6 3 1/60 0 91 4,3 4 1/70 0 90 4,1 5 1/80 0 85 7,4 6 1/90 0 84 9,1 7 1/100 0 81 8,9 8 9

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известными позволяет повысить выход биомассы до 25%, и снизить потери биомассы до 4,2%, при полной взрывобезопасности процесса выращивания.

Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен способ получения биомассы метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus. Способ включает в условиях аэрации выращивание указанных бактерий в ферментере на содержащей в качестве источника углерода метан питательной среде. При выращивании осуществляют рециркуляцию биомассы через контур рециркуляции из части ферментера с минимальным содержанием кислорода, представляющей собой зону деаэрации, в часть ферментера с максимальным содержанием растворенного кислорода, представляющей собой зону аэрации и подачи жидкой фазы, со скоростью прокачки 1/50 - 1/70 рабочего объема ферментера в минуту. Причём метан подают в контур рециркуляции жидкой фазы, а воздух в зону аэрации. Изобретение обеспечивает повышение выхода биомассы, снижение ее потерь и достижение полной взрывобезопасности процесса. 1 табл., 5 пр.

Способ получения биомассы метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus, характеризующийся тем, что указанные бактерии выращивают в ферментере в условиях аэрации на питательной среде, содержащей метан в качестве источника углерода, отличающийся тем, что при выращивании осуществляют рециркуляцию биомассы через контур рециркуляции из части ферментера с минимальным содержанием кислорода, представляющей собой зону деаэрации, в часть ферментера с максимальным содержанием растворенного кислорода, представляющей собой зону аэрации и подачи жидкой фазы, со скоростью прокачки 1/50 - 1/70 рабочего объема ферментера в минуту, где метан подают в контур рециркуляции жидкой фазы, а воздух в зону аэрации.