ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее описание относится к композиции, в частности, к композиции питательной среды и к способу получения питательной среды. Описание также относится к способу получения биомассы в более высокой концентрации с использованием газообразного субстрата, такого как субстраты C1, в присутствии указанной композиции питательной среды. Описание также относится к способу получения продукта с добавленной стоимостью с использованием указанной композиции питательной среды, где указанные продукты с добавленной стоимостью получают с повышенным выходом.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
На сегодняшний день для ферментации субстратов C1 использовалась в основном негомогенная питательная среда. Однако негомогенные питательные среды очень сложно масштабировать и они ограничивают надежную работу. Кроме того, негомогенная питательная среда ограничивает получение биомассы в более высокой концентрации и тем самым влияет на выход продуктов ферментации. Кроме того, указанная питательная среда подвергается термической стерилизации перед использованием в биореакторе, что увеличивает дополнительные затраты на процесс ферментации.
Следовательно, существует потребность в питательной среде, которая является гомогенной и не требует термической стерилизации, что может увеличивать концентрацию биомассы во время ферментации и тем самым вызывать увеличение количества продуктов ферментации.
Целью настоящего описания является создание композиции питательной среды, которая является гомогенной по природе и самостерилизуется, и которая увеличивает концентрацию биомассы во время ферментации. В настоящем описании дополнительно разработан способ получения продуктов с добавленной стоимостью с использованием определенной композиции питательной среды.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Соответственно, настоящее описание относится к композиции питательной среды, содержащей MgSO4.7H2O, CaCl2.2H2O, Fe, Na-EDTA, NaMoO4.2H2O, FeSO4.7H2O, ZnSO4.7H2O, H3BO3, CoCl2.6H2O, дигидрат Na2-EDTA, MnCl2. 4H2O, NiCl2.6H2O, CuSO4.5H2O, HNO3, H2SO4/KHSO4, H3PO4/KH2PO4, необязательно вместе с дополнительным азотсодержащим источником, фосфатсодержащим источником и сульфатсодержащим источником.
Указанная композиция питательной среды является гомогенной по природе, самостерилизуется, не требует термической стерилизации и может быть использована непосредственно в биореакторе без дополнительной стерилизации.
Настоящее описание дополнительно относится к способу приготовления указанной композиции питательной среды, включающему смешивание компонентов, выбранных из группы, содержащей MgSO4.7H2O, CaCl2.2H2O, Fe, Na-EDTA, NaMoO4.2H2O, FeSO4.7H2O, ZnSO4.7H2O, H3BO3, CoCl2.6H2O, дигидрат Na2-EDTA, MnCl2.4H2O, NiCl2.6H2O, CuSO4.5H2O, HNO3, H2SO4/KHSO4, H3PO4/KH2PO4, необязательно вместе с дополнительным азотсодержащим источником, фосфатсодержащим источником или сульфатсодержащим источником или их комбинацией заданным образом для получения гомогенной питательной среды.
Настоящее описание дополнительно относится к способу получения биомассы, включающему культивирование микроорганизмов в указанной композиции питательной среды; и сбор биомассы.
Настоящее описание, кроме того, относится к способу получения продуктов с добавленной стоимостью, включающему культивирование микроорганизмов в указанной композиции питательной среды; сбор биомассы; и отделение оттуда продуктов с добавленной стоимостью, полученных из указанного микроорганизма.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Настоящее описание относится к композиции, в частности, к композиции питательной среды.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания композиция питательной среды содержит микроэлемент и следовой элемент, необязательно вместе с дополнительным азотсодержащим источником, фосфатсодержащим источником, и сульфатсодержащим источником.
В другом варианте осуществления настоящего описания композиция питательной среды содержит микроэлемент и следовой элемент.
В другом варианте осуществления настоящего описания композиция питательной среды включает микроэлемент, следовой элемент, азотсодержащий источник, фосфатсодержащий источник и сульфатсодержащий источник.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания микроэлемент выбран из группы, состоящей из MgSO4.7H2O, CaCl2.2H2O и их комбинации.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания следовой элемент выбран из группы, содержащей FeNa-EDTA, NaMoO4.2H2O, FeSO4.7H2O, ZnSO4.7H2O, H3BO3, CoCl2.6H2O, дигидрат Na2-EDTA, MnCl2.4H2O, NiCl2.6H2O, CuSO4⋅5H2O и их комбинацию.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания питательная среда содержит MgSO4.7H2O, CaCl2.2H2O, FeNa-EDTA, NaMoO4.2H2O, FeSO4.7H2O, ZnSO4.7H2O, H3BO3, CoCl2.6H2O, дигидрат Na2-EDTA, MnCl2.4H2O, NiCl2.6H2O, CuSO4.5H2O, HNO3, H2SO4/KHSO4, H3PO4/KH2PO4, необязательно вместе с дополнительным азотсодержащим источником, фосфатсодержащим источником, сульфатсодержащим источником или их комбинацией.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания MgSO4.7H2O в композиции питательной среды содержится в количестве от примерно 0,1% до 1,2%.
В другом варианте осуществления настоящего описания MgSO4.7H2O в композиции питательной среды содержится в количестве примерно 0,1%, примерно 0,2%, примерно 0,3%, примерно 0,4%. примерно 0,5%, примерно 0,6%, примерно 0,7%, примерно 0,8%, примерно 0,9%, примерно 1,0%, примерно 1,1% или примерно 1,2%.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания CaCl2.2H2O в композиции питательной среды содержится в количестве от примерно 0,02% до 0,3%.
В другом варианте осуществления настоящего описания CaCl2.2H2O в композиции питательной среды содержится в количестве примерно 0,02%, примерно 0,04%, примерно 0,06%, примерно 0,08%, примерно 0,1%, примерно 0,12%, примерно 0,14%, примерно 0,16%, примерно 0,18%, примерно 0,20%, примерно 0,22%, примерно 0,24%, примерно 0,26%, примерно 0,28% или примерно 0,3%.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания FeNa-EDTA в композиции питательной среды содержится в количестве в диапазоне от примерно 0% до 0,013%.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания NaMoO4.2H2O в композиции питательной среды содержится в количестве в диапазоне от примерно 0,000026% до 0,0003%.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания FeSO4.7H2O в композиции питательной среды содержится в количестве в диапазоне от примерно 0,00005% до 0,006%.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания ZnSO4.7H2O в композиции питательной среды содержится в количестве в диапазоне от примерно 0,00004% до 0,0005%.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания H3BO3 в композиции питательной среды содержится в количестве в диапазоне от примерно 0 до 0,3 м.д.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания CoCl2.6H2O в композиции питательной среды содержится в количестве в диапазоне от примерно 0,05 м.д. до 0,45 м.д.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания дигидрат Na2-EDTA в композиции питательной среды содержится в количестве в диапазоне от примерно 0 м.д. до 8 м.д.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания MnCl2.4H2O в композиции питательной среды содержится в количестве в диапазоне от примерно 0,02 м.д. до 0,15 м.д.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания NiCl2.6H2O в композиции питательной среды содержится в количестве в диапазоне от примерно 0,01 м.д. до 0,075 м.д.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания CuSO4.5H2O в композиции питательной среды содержится в количестве от примерно 1 до 50 м.д.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания азотсодержащий источник выбран из группы, содержащей нитрат натрия, нитрит натрия, нитрат калия, нитрит калия, аммиак, гидроксид аммония, хлорид аммония, ацетат аммония, сульфат аммония, азотную кислоту, диаммонийфосфат (DAP) и любые их комбинации.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания фосфатсодержащий источник выбран из группы, содержащей дигидрофосфат калия, гидрофосфат калия, дигидрофосфат натрия, гидрофосфат динатрия, фосфорную кислоту, диаммонийфосфат и любые их комбинации.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания сульфатсодержащий источник выбран из группы, содержащей сульфат меди, сульфат цинка, сульфат железа, сульфат магния, сульфат марганца, серную кислоту и любые их комбинации.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в композиции питательной среды отношение элементарного азота к фосфату находится в диапазоне от примерно 1:2 до 10:1.
В другом варианте осуществления настоящего описания в композиции питательной среды отношение азота к фосфату составляет примерно 1:2, примерно 1:1, примерно 2:1, примерно 3:1, примерно 4:1, примерно 5:1, примерно 6:1, примерно 7:1, примерно 8:1, примерно 9:1 или примерно 10:1.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в композиции питательной среды отношение элементарного азота к сульфату находится в диапазоне от примерно 1:1 до 10:1.
В другом варианте осуществления настоящего описания в композиции питательной среды отношение элементарного азота к сульфату составляет примерно 1:1, примерно 2:1, примерно 3:1, примерно 4:1, примерно 5:1, примерно 6:1, примерно 7:1, примерно 8:1, примерно 9:1 или примерно 10:1.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в композиции питательной среды отношение элементарного азота к фосфату и отношение элементарного азота к сульфату варьируется в зависимости от микроорганизма, культивируемого в указанной композиции питательной среды.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания композиция питательной среды самостерилизуется за счет используемых в ней компонентов. Указанная композиция питательной среды не требует термической стерилизации или какой-либо дополнительной стерилизации.
В другом варианте осуществления настоящего описания композиция питательной среды самостерилизуется компонентами, присутствующими в композиции, которые являются кислотными или основными по природе. Азотсодержащий источник, выбранный из группы, содержащей HNO3, NH3 и их комбинацию, фосфатсодержащий источник, выбранный из группы, включающий H3PO4, KH2PO4 и их комбинацию) и сульфатсодержащий источник H2SO4 (KHSO4), и их комбинация в композиции питательной среды дает композиции возможность самостерилизации. Кроме того, присутствие HNO3, H2SO4/KHSO4 и H3PO4/KH2PO4 в композиции питательной среды делает среду гомогенной и приводит к рН менее чем 3, предпочтительно рН примерно 2,5, при котором контаминанты не могут выжить. Таким образом, требование дополнительной стерилизации перед использованием композиции преодолевается.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания композиция питательной среды уникальным образом разработана путем синергического объединения HNO3, H2SO4/KHSO4 и H3PO4/KH2PO4 в качестве источника азота, источника сульфата и источника фосфата, соответственно. Эти компоненты играют решающую роль в обеспечении гомогенной смеси и в то же время обеспечивают клеточные питательные вещества в оптимальных соотношениях, чтобы обеспечить высокую плотность клеток и скорость роста биомассы. Кроме того, присутствие кислотных компонентов в композиции питательной среды исключает необходимость стерилизации композиции питательной среды и нейтрализует рост контаминантов. Таким образом, композиция питательной среды по настоящему изобретению устраняет ограничения в надежном масштабировании процесса с явными преимуществами.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания композиция питательной среды представляет собой гомогенную смесь.
В другом варианте осуществления настоящего описания композиция питательной среды является гомогенной, несмотря на то, что она имеет примерно в 10 раз более высокую концентрацию в растворе, и не образует никакого осадка, который играет роль в получении высоких плотностей клеток и скорости роста биомассы.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания композиция питательной среды повышает продуктивность биомассы во время ферментации.
В другом варианте осуществления настоящего описания питательная среда повышает продуктивность биомассы во время ферментации газообразных субстратов.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания композиция питательной среды повышает продуктивность биомассы по меньшей мере примерно на 2-8 г/на л рабочего объема реактора в час во время ферментации газообразных субстратов по сравнению с процессом ферментации, известным в данной области техники с использованием проточного реактора с мешалкой (CSTR), чья продуктивность составляет примерно 1,8 г/на л рабочего объема реактора в час.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания композиция питательной среды повышает продуктивность биомассы по меньшей мере примерно на 2 г/л, примерно на 3 г/л, примерно на 4 г/л, примерно на 5 г/л, примерно на 6 г/л, примерно на 7 г/л или примерно на 8 г/на л рабочего объема реактора в час во время ферментации газообразных субстратов по сравнению с процессом ферментации, известным в данной области техники, с проточным реактором с мешалкой (CSTR), чья продуктивность составляет примерно 1,8 г/на л рабочего объема реактора в час.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания композиция питательной среды повышает продуктивность биомассы по меньшей мере примерно на 2-8 г/л среды в час при периодическом режиме работы, полунепрерывном режиме работы и непрерывном режиме работы.
Настоящее описание дополнительно относится к способу приготовления композиции питательной среды.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания способ приготовления композиции питательной среды включает смешивание микроэлемента и следового элемента, необязательно вместе с азотсодержащим источником, фосфатсодержащим источником и сульфатсодержащим источником с помощью заданного метода при заданной температуре для заданного времени для получения композиции питательной среды.
В другом варианте осуществления настоящего описания способ приготовления композиции питательной среды включает смешивание микроэлемента и следового элемента заданным методом при заданной температуре в течение заданного времени для получения композиции питательной среды.
В другом варианте осуществления настоящего описания способ приготовления композиции питательной среды включает смешивание микроэлемента, следового элемента, азотсодержащего источника, фосфатсодержащего источника и сульфатсодержащего источника заданным методом при заданной температуре в течение заданного времени для получения композиции питательной среды.
В другом варианте осуществления настоящего описания способ приготовления композиции питательной среды включает смешивание MgSO4.7H2O, CaCl2.2H2O, Fe, Na-EDTA, NaMoO4.2H2O, FeSO4.7H2O, ZnSO4.7H2O, H3BO3, CoCl2.6H2O, дигидрата Na2-EDTA, MnCl2.4H2O, NiCl2.6H2O, CuSO4.5H2O, HNO3, H2SO4/KHSO4, H3PO4/KH2PO4 и дополнительного азотсодержащего источника, дополнительного фосфатсодержащего источника, и дополнительного сульфатсодержащего источника заданным методом при заданной температуре в течение заданного времени для получения композиции питательной среды
В другом варианте осуществления настоящего описания в способе приготовления композиции питательной среды указанное/заданное количество MgSO4.7H2O, CaCl2.2H2O, Fe, Na-EDTA, NaMoO4.2H2O, FeSO4.7H2O, ZnSO4.7H2O, H3BO3, CoCl2.6H2O, дигидрат Na2-EDTA, MnCl2.4H2O, NiCl2.6H2O и CuSO4.5H2O смешивают, затем добавляют воду и снова перемешивают.Затем к смеси добавляют заданное количество HNO3, H2SO4/KHSO4 и/или H3PO4/KH2PO4 и тщательно перемешивают, чтобы вызвать растворение всех компонентов. После этого добавляют дополнительный азотсодержащий источник, дополнительный фосфатсодержащий источник, и/или дополнительный сульфатсодержащий источник, и перемешивают в течение примерно 10 минут для получения гомогенного раствора. Окончательный объем носителя доводят с помощью воды.
Настоящее описание также относится к способу получения биомассы с использованием указанной выше композиции питательной среды.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания способ получения биомассы с использованием указанной композиции питательной среды вызывает увеличение концентрации биомассы во время ферментации.
В другом варианте осуществления настоящего описания способ получения биомассы с использованием указанной композиции питательной среды относится к увеличению концентрации биомассы во время ферментации газообразных субстратов.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания способ получения биомассы включает:
культивирование микроорганизма в композиции питательной среды;
добавление в культуру композиции питательной среды, имеющей кислое pH; и
сбор биомассы для получения биомассы.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в способе получения биомассы культивирование микроорганизма включает:
инокуляцию композиции питательной среды микроорганизмом с последующим обеспечением газообразного субстрата и кислорода; и
добавление композиции питательной среды.
В другом варианте осуществления настоящего описания в способе получения биомассы культивирование микроорганизма включает:
инокуляцию композиции питательной среды микроорганизмом с последующим обеспечением газообразного субстрата и кислорода; и
мониторинг плотности клеток микроорганизма и добавление композиции питательной среды.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в способе получения биомассы композиция питательной среды имеет pH менее чем 3, предпочтительно pH примерно 2,5, где указанное pH композиции питательной среды позволяет композиции среды контролировать нежелательные микроорганизмы.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания композиция питательной среды, добавляемая во время способа получения биомассы, содержит различные компоненты в различных количествах, которые находятся в пределах объема компонентов и их количеств, описанных выше для композиции питательной среды.
В другом варианте осуществления настоящего описания в способе получения биомассы композиции питательной среды для культивирования и добавления одинаковы или отличаются, и где композиция питательной среды для добавления в культуру имеет рН менее чем 3, предпочтительно рН примерно 2,5.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в способе получения биомассы культивирование микроорганизма проводят при температуре в диапазоне от примерно 5°C до 50°C и под давлением в диапазоне от примерно 0 бар до 5 бар.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в способе получения биомассы культивирование микроорганизма проводят при температуре примерно 5°C, примерно 10°C, примерно 15°C, примерно 20°C, примерно 25°C. C, примерно 30°C, примерно 35°C, примерно 40°C, примерно 45°C или примерно 50°C, и при давлении примерно 0 бар, примерно 1 бар, примерно 2 бар, примерно 3 бар, примерно 4 бар или примерно 5 бар.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания во время способа получения биомассы в композицию питательной среды добавляют, как только плотность клеток микроорганизма достигает диапазона от примерно 0,15% до 2%.
В другом варианте осуществления настоящего описания во время способа получения биомассы композицию питательной среды добавляют, как только плотность клеток микроорганизма составляет примерно 0,15%, примерно 0,25%, примерно 0,5%, примерно 0,75%, примерно 1%, примерно 1,25%, примерно 1,5%, примерно 1,75% или примерно 2%.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в способе получения биомассы культивирование микроорганизмов проводят в течение периода от примерно 120 часов до 900 часов.
В другом варианте осуществления настоящего описания в способе получения биомассы культивирование микроорганизмов проводят в течение периода примерно 120 часов, примерно 140 часов, примерно 160 часов, примерно 180 часов, примерно 200 часов, примерно 220 часов, примерно 240 часов, примерно 260 часов, примерно 280 часов, примерно 300 часов, примерно 320 часов, примерно 340 часов, примерно 360 часов, примерно 380 часов, примерно 400 часов, примерно 420 часов, примерно 440 часов, примерно 460 часов, примерно 480 часов, примерно 500 часов, примерно 520 часов, примерно 540 часов, примерно 560 часов, примерно 580 часов, примерно 600 часов, примерно 620 часов, примерно 640 часов, примерно 660 часов, примерно 680 часов, примерно 700 часов, примерно 720 часов, примерно 740 часов, примерно 760 часов, примерно 780 часов, примерно 800 часов, примерно 820 часов, примерно 840 часов, примерно 860 часов, примерно 880 часов или примерно 900 часов.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в способе получения биомассы культивирование микроорганизма включает ферментацию газообразного субстрата микроорганизмами в присутствии композиции питательной среды, определенной выше, и воздуха.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания газообразный субстрат выбран из группы, содержащей метан, природный газ, синтез-газ, свалочный газ, монооксид углерода, биогаз и любые их комбинации.
В другом варианте осуществления настоящего описания газообразный субстрат представляет собой субстрат C1, выбранный из группы, содержащей метан, метанол, диоксид углерода, монооксид углерода и любые их комбинации.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания газообразный субстрат содержится в концентрации в диапазоне от примерно 1 мг/л до 8 мг/л.
В другом варианте осуществления настоящего описания газообразный субстрат содержится в концентрации примерно 1 мг/л, примерно 2 мг/л, примерно 3 мг/л, примерно 4 мг/л, примерно 5 мг/л, примерно 6 мг/л, примерно 7 мг/л или примерно 8 мг/л.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания газообразный субстрат, такой как метан, имеющий чистоту в диапазоне от примерно 40% до 100%, используется при ферментации.
В другом варианте осуществления настоящего описания метан имеет чистоту примерно 40%, примерно 45%, примерно 50%, примерно 55%, примерно 60%, примерно 65%, примерно 70%, примерно 75%, примерно 80%, примерно 85%, примерно 90%, примерно 95% или примерно 100%.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания кислород, используемый в способе получения биомассы, имеет концентрацию в диапазоне от примерно 1 мг/л до 10 мг/л и имеет чистоту в диапазоне от примерно 40% до 99,9%.
В другом варианте осуществления настоящего описания кислород, используемый в способе получения биомассы, содержится в концентрации примерно 1 мг/л, примерно 2 мг/л, примерно 3 мг/л, примерно 4 мг/л, примерно 5 мг/л, примерно 6 мг/л, примерно 7 мг/л, примерно 8 мг/л, примерно 9 мг/л или примерно 10 мг/л, и имеет чистоту примерно 40%, примерно 45%, примерно 50%, примерно 55%, примерно 60%, примерно 65%, примерно 70%, примерно 75%, примерно 80%, примерно 85%, примерно 90%, примерно 95% или примерно 99,9%.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания микроорганизм, используемый в способе получения биомассы, выбран из группы, содержащей Methylococcus capsulatus, Methylobacterium extorquens, Methylomicrobium album, Methylocapsa acidiphila, Methylobacterium organophilum, Methylobacterium mesophilicum, Methylobacterium dichloromethanicum, Methylocella silvestris, Methylosinus trichosporium, Methylobacillus flagellatus KT, Methylibium petroleiphilum PM1, Methylobacterium nodulans, Methylobacterium populi, Methylobacterium chloromethanicum, Methylacidiphilum infernorum V4, Methylophilus methylotrophus, Methylomonas methanica, Methylobacterium rhodesianum MB 126, Methylobacter tundripaludum, Methylobacterium sp.4-46, Methylovorus glucosetrophus SIP3-4, Mycobacterium smegmatis, Methylobacterium rhodesianum, Methylosinus sporium, Methylocella palustris, Methylobacterium fujisawaense, Methylocystis parvus, Methylovulum miyakonense, Methylobacterium rhodinum, Methylocystis echinoides, Methylomonas rubra, Methylococcus thermophilus, Methylobacterium aminovorans, Methylobacterium thiocyanatum, Methylobacterium zatmanii, Acidithiobacillus ferrivorans, Methylobacterium aquaticum, Methylobacterium suomiense, Methylobacterium adhaesivum, Methylobacterium podarium, Methylobacter whittenburyi, Crenothrix polyspora, Clonothrix fusca, Methylobacter bovis, Methylomonas aurantiaca, Methylomonas fodinarum, Methylobacterium variabile, Methylocystis minimus, Methylobacter vinelandii, Methylobacterium hispanicum, Methylomicrobium japanense, Methylococcaceae bacterium, Methylocystis methanolicus и любую их комбинацию.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания, в способе получения биомассы, pH поддерживается основным или кислотным соединением азотсодержащего источника, фосфатсодержащего источника, сульфатсодержащего источника или любой их комбинацией композиции питательной среды.
В другом варианте осуществления настоящего описания в способе получения биомассы pH поддерживается основным или кислотным соединением азотсодержащего источника, фосфатсодержащего источника, сульфатсодержащего источника или любой их комбинацией композиции питательной среды и вместе с соединениями, выбранными из группы, содержащей гидроксид натрия, хлористоводородную кислоту и их комбинацию.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания способ получения биомассы включает стратегию контроля, зависящую от субстрата, которая упрощает выполнения способа и снижает затраты, связанные с выполнением способа, что делает указанный способ в значительной степени эффективным и экономичным при получении биомасса с повышенным уровнем.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в способе получения биомассы стратегия контроля, зависящая от субстрата, включает регуляцию или поддержание pH с помощью основного или кислотного соединения азотсодержащего источника, фосфатсодержащего источника, сульфатсодержащего или любой их комбинации в композиции питательной среды.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания указанный способ получения биомассы вызывает повышенное производство с плотностью биомассы в стационарном состоянии в диапазоне от примерно 2% до 5%, где повышенная продуктивность находится в диапазоне примерно от 0,5 г*л-1*час-1 до 8 г*л-1*час-1.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в указанном способе получения биомассы повышенный уровень биомассы получают путем регуляции массового расхода содержания углерода до примерно 30 граммов на литр рабочего объема реактора в час, регуляции содержания кислорода примерно до 130 граммов на 1 литр рабочего объема реактора в час, контроля содержания азота примерно до 24 граммов на литр рабочего объема реактора в день, контроля содержания фосфата до примерно 14 граммов на литр рабочего объема реактора в день, контроля содержания сульфата до примерно 16 граммов на литр рабочего объема реактора в день, контроля содержания микроэлементов примерно до 50 граммов на литр рабочего объема реактора в день и контроля содержания следовых элементов примерно до 1 грамма на литр рабочего объема реактора в день.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания указанный способ получения биомассы использует композицию питательной среды, определенную выше, которая является самостерилизующейся и не требует термической стерилизации или каких-либо дополнительных средств стерилизации. Таким образом, указанный способ получения биомассы в значительной степени является лучшим экономически и энергетически.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в способе получения биомассы важный аспект заключается в том факте, что культивирование микроорганизмов в присутствии газообразного субстрата для получения биомассы происходит в присутствии добавляемых/непрерывных сред, содержащих компоненты, позволяющие хранить среды при pH менее чем 3, предпочтительно при pH примерно 2,5, тем самым регулируя рост контаминантов. Хотя композиция среды по настоящему изобретению приготовлена для достижения этого результата, специалист в данной области поймет, что любая композиция среды, которая обеспечивает это требование кислого pH менее чем 3, предпочтительно pH примерно 2,5, может быть альтернативно использована для достижения того же.
Настоящее описание дополнительно относится к способу получения продуктов с добавленной стоимостью с использованием композиции питательной среды.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания способ получения продуктов с добавленной стоимостью включает:
культивирование микроорганизма в композиции питательной среды;
добавление в культуру композиции питательной среды, имеющей кислое pH;
сбор биомассы; и
отделение там продукта с добавленной стоимостью, полученного из биомассы.
В другом варианте осуществления настоящего описания в способе получения продуктов с добавленной стоимостью культивирование микроорганизма включает:
инокуляцию питательной среды микроорганизмом с последующим обеспечением газообразного субстрата и кислорода; и
добавление питательной среды.
В другом варианте осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью культивирование микроорганизма включает:
инокуляцию питательной среды микроорганизмом с последующим обеспечением газообразного субстрата и кислорода; и
мониторинг плотности клеток микроорганизма и добавление питательной среды.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в способе получения биомассы композиция питательной среды имеет pH менее чем 3, предпочтительно pH примерно 2,5. Указанное pH композиции питательной среды позволяет композиции среды контролировать нежелательные микроорганизмы.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания композиция питательной среды, добавляемая во время способа получения биомассы, содержит различные компоненты в различных количествах, которые находятся в пределах объема компонентов и их количеств, описанных выше для композиции питательной среды.
В другом варианте осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью композиции питательной среды для культивирования и добавления являются одинаковыми или отличаются; и где композиция питательной среды для добавления в культуру имеет pH менее чем 3, предпочтительно pH примерно 2,5.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в способе получения продуктов с добавленной стоимостью, культивирование микроорганизмов включает ферментацию газообразного субстрата микроорганизмами в присутствии композиции питательной среды, определенной выше, и воздуха.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания способ получения продуктов с добавленной стоимостью дополнительно включает разделение и очистку продуктов с добавленной стоимостью.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания способ позволяет эффективно получать продукты с добавленной стоимостью на биологической основе из газообразных субстратов, где указанный способ может осуществляться на централизованном предприятии с крупномасштабной ферментацией или на децентрализованном предприятии с меньшими масштабами ферментации.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания микроорганизм, используемый в способе получения продукта с добавленной стоимостью, может быть микроорганизмом дикого типа, рекомбинантным микроорганизмом или их комбинацией.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью композицию питательной среды добавляют, как только плотность клеток микроорганизма достигает диапазона от примерно 0,15% до 2%.
В другом варианте осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью композицию питательной среды добавляют, как только плотность клеток микроорганизма достигает примерно 0,15%, примерно 0,25%, примерно 0,5%, примерно 0,75%, примерно 1%, примерно 1,25%, примерно 1,5%, примерно 1,75% или примерно 2%.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью культивирование микроорганизма проводят при давлении в диапазоне от примерно 0 бар до 5 бар.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью культивирование микроорганизма проводят под давлением примерно 0 бар, примерно 1 бар, примерно 2 бар, примерно 3 бар, примерно 4 бар или примерно 5 бар.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью культивирование микроорганизма проводят при температуре в диапазоне от примерно 20 до 50°C.
В другом варианте осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью культивирование микроорганизма проводят при температуре примерно 20°C, примерно 25°C, примерно 30°C, примерно 35°C, примерно 40°C, примерно 45°C или примерно 50°C.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью культивирование микроорганизма проводят в течение периода от примерно 120 часов до 900 часов.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью культивирование микроорганизма проводят в течение периода примерно 120 часов, примерно 140 часов, примерно 160 часов, примерно 180 часов, примерно 200 часов, примерно 220 часов, примерно 240 часов, примерно 260 часов, примерно 280 часов, примерно 300 часов, примерно 320 часов, примерно 340 часов, примерно 360 часов, примерно 380 часов, примерно 400 часов, примерно 420 часов, примерно 440 часов, примерно 460 часов, примерно 480 часов, примерно 500 часов, примерно 520 часов, примерно 540 часов, примерно 560 часов, примерно 580 часов, примерно 600 часов, примерно 620 часов, примерно 640 часов, примерно 660 часов, примерно 680 часов, примерно 700 часов, примерно 720 часов, примерно 740 часов, примерно 760 часов, примерно 780 часов, примерно 800 часов, примерно 820 часов, примерно 840 часов, примерно 860 часов, примерно 880 часов или примерно 900 часов.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью культивирование микроорганизмов в композиции питательной среды вызывает ферментацию газообразного субстрата.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью газообразный субстрат выбирают из группы, содержащей метан, природный газ, синтез-газ, свалочный газ, монооксид углерода, биогаз и любые их комбинации.
В другом варианте осуществления настоящего описания газообразный субстрат представляет собой субстрат C1, выбранный из группы, содержащей метан, метанол, диоксид углерода, монооксид углерода и любую их комбинацию.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью газообразный субстрат содержится в концентрации в диапазоне от примерно 1 мг/л до 8 мг/л.
В другом варианте осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью газообразный субстрат содержится в концентрации, составляющей примерно 1 мг/л, 2 мг/л, 3 мг/л, 4 мг/л, 5 мг/л, 6 мг/л, 7 мг/л или 8 мг/л.
В другом варианте осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью метан имеет чистоту примерно 40%, примерно 45%, примерно 50%, примерно 55%, примерно 60%, примерно 65%, примерно 70%, примерно 75%, примерно 80%, примерно 85%, примерно 90%, примерно 95% или примерно 100%.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью кислород содержится в концентрации в диапазоне от примерно 1 мг/л до 10 мг/л и имеет чистоту в диапазоне от примерно 40% до 99,9%.
В другом варианте осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью кислород содержится в концентрации примерно 1 мг/л, примерно 2 мг/л, примерно 3 мг/л, примерно 4 мг/л, примерно 5 мг/л, примерно 6 мг/л, примерно 7 мг/л, примерно 8 мг/л, примерно 9 мг/л или примерно 10 мг/л, и кислород имеет чистоту примерно 40%, примерно 45%, примерно 50%, примерно 55%, примерно 60%, примерно 65%, примерно 70%, примерно 75%, примерно 80%, примерно 85%, примерно 90%, примерно 95% или примерно 99,9%.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью ферментер и параметры оптимизированы с целью, чтобы уровень конверсии газа (углерода С1) составляла по меньшей мере 1 г/л/ч. Уровень конверсии газа относится к уровню использования газообразного субстрата, который подается в реактор.
В другом варианте осуществления способа получения продукта с добавленной стоимостью уровень конверсии газа (углерода С1) находится в диапазоне от примерно 0,1 г/л/ч до 20 г/л/ч.
В другом варианте осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью уровень конверсии газа (углерода C1) составляет примерно 0,1 г/л/ч, примерно 0,5 г/л/ч, примерно 1 г/л/ч, примерно 2 г/л/ч, примерно 3 г/л/ч, примерно 4 г/л/ч, примерно 5 г/л/ч, примерно 6 г/л/ч, примерно 7 г/л/ч, примерно 8 г/л/ч, примерно 9 г/л/ч примерно 10 г/л/ч, примерно 11 г/л/ч, примерно 12 г/л/ч, примерно 13 г/л/ч, примерно 14 г/л/ч, примерно 15 г/л/ч, примерно 16 г/л/ч, примерно 17 г/л/ч, примерно 18 г/л/ч, примерно 19 г/л/ч, примерно 20 г/л/ч.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью во время культивирования микроорганизмов параметры процесса оптимизированы для идеальной ферментации газообразных субстратов. Оптимизируемые параметры способа включают, но не ограничиваются ими, скорость потока газообразного субстрата, скорость потока воздуха (кислорода), отношение газообразного субстрата к воздуху, приведенную скорость газа, скорость рециркуляции газообразного субстрата, концентрацию растворенного диоксида углерода в среде, разделение газа и жидкости, удельную скорость роста, температуру ферментации, перемешивание, давление и pH или любую комбинацию параметров.
В другом варианте осуществления настоящего описания ключевыми параметрами, которые оптимизируются во время ферментации, являются время пребывания газа, коэффициент газообмена, скорость потока газообразного субстрата/скорость потока метана, скорость потока воздуха, соотношение газообразный субстрат:воздух или соотношение метан:воздух и давление или любая комбинация этих параметров.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью скорость потока газообразного субстрата относится к скорости потока метана или комбинации метана и воздуха (кислорода), которая дополнительно относится к объему подачи газа в ферментационную среду на единицу время. Оптимальная скорость подачи газа зависит от размера ферментера. Скорость потока газа варьируется от 0,05 об/об/мин до 3 об/об/мин.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания, в способе получения продукта с добавленной стоимостью газообразный субстрат, такой как метан, подается в композицию питательной среды, определенную выше, где газообразный субстрат может использоваться не полностью, а процентное содержание метана может быть вытеснено из реактора неиспользованным. Следовательно, выходящий поток будет содержать различные количества газообразного субстрата, который выделяется вместе с диоксидом углерода. Соотношения метана и диоксида углерода в выходящем газовом потоке часто варьируются при наличии более высоких количеств диоксида углерода, чем метана. Этот выходящий поток повторно направляют в реактор для дальнейшего повышения общего выхода конверсии газообразного субстрата. Скорость газообразного субстрата в рециркулируемом потоке оптимизирована для максимальной конверсии продукта. Диоксид углерода в потоке, выходящем из ферментера, очищается, и чистый газообразный поток возвращается в ферментер. В некоторых случаях выходной поток рециркулирует как есть. Поскольку газообразный субстрат непрерывно вводится в среду, метан также постоянно отделяется от жидкости и вытесняется из ферментера.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью скорость воздушного потока относится к объему кислорода, подаваемого в композицию питательной среды в единицу времени. Оптимальная скорость потока воздуха зависит от размера реактора.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью скорость потока кислорода изменяется в зависимости от размера реактора. Рабочий диапазон скорости потока кислорода варьируется от 0,05 об/об/мин до 3 об/об/мин. В некоторых случаях она может варьироваться от примерно 0,1об/об/мин до 1 об/об/мин.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью отношение газообразного субстрата к кислороду находится в диапазоне от примерно 1:0,1 до 1:5.
В другом варианте осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью отношение газообразного субстрата к кислороду составляет примерно 1:0,1, примерно 1:0,2, примерно 1:0,3, примерно 1:0,4, примерно 1:0,5, примерно 1:0,6, примерно 1:0,7, примерно 1:0,8, примерно 1:0,9, примерно 1:1, примерно 1:2, примерно 1:3, примерно 1:4 или примерно 1:5.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью применяемая приведенная скорость газа составляет от примерно 0,01 м/с до 0,5 м/с.
В другом варианте осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью используемая приведенная скорость газа составляет примерно 0,01 м/с, примерно 0,02 м/с, примерно 0,03 м/с, примерно 0,04 м/с или примерно 0,05 м/с.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания, в способе получения продукта с добавленной стоимостью, микроорганизм выбран из группы, содержащей Methylococcus capsulatus, Methylobacterium extorquens, Methylomicrobium album, Methylocapsa acidiphila, Methylobacterium organophilum, Methylobacterium mesophilicum, Methylobacterium dichloromethanicum, Methylocella silvestris, Methylosinus trichosporium, Methylobacillus flagellatus KT, Methylibium petroleiphilum PM1, Methylobacterium nodulans, Methylobacterium populi, Methylobacterium chloromethanicum, Methylacidiphilum infernorum V4, Methylophilus methylotrophus, Methylomonas methanica, Methylobacterium rhodesianum MB 126, Methylobacter tundripaludum, Methylobacterium sp.4-46, Methylovorus glucosetrophus SIP3-4, Mycobacterium smegmatis, Methylobacterium rhodesianum, Methylosinus sporium, Methylocella palustris, Methylobacterium fujisawaense, Methylocystis parvus, Methylovulum miyakonense, Methylobacterium rhodinum, Methylocystis echinoides, Methylomonas rubra, Methylococcus thermophilus, Methylobacterium aminovorans, Methylobacterium thiocyanatum, Methylobacterium zatmanii, Acidithiobacillus ferrivorans, Methylobacterium aquaticum, Methylobacterium suomiense, Methylobacterium adhaesivum, Methylobacterium podarium, Methylobacter whittenburyi, Crenothrix polyspora, Clonothrix fusca, Methylobacter bovis, Methylomonas aurantiaca, Methylomonas fodinarum, Methylobacterium variabile, Methylocystis minimus, Methylobacter vinelandii, Methylobacterium hispanicum, Methylomicrobium japanense, Methylococcaceae bacterium, Methylocystis methanolicus и их комбинацию.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания, в способе получения продукта с добавленной стоимостью pH поддерживается основным или кислотным соединением азотсодержащего источника, фосфатсодержащего источника, сульфатсодержащего источника или любых их комбинаций композиции питательной среды.
В другом варианте осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью pH поддерживается основным компонентом или кислотным компонентом азотсодержащего источника, фосфатсодержащего источника, сульфатсодержащего источника или любых их комбинаций питательной среды, наряду с соединениями, выбранными из группы, содержащей гидроксид натрия, хлористоводородную кислоту и их комбинацию.
В другом варианте осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью существует стратегия контроля, зависящая от субстрата, которая упрощает сущность выполнения способа и снижает затраты, связанные с выполнением способа, таким образом, указанный способ является в значительной степени эффективным и экономичным в производстве продукта с добавленной стоимостью.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания стратегия контроля, зависящая от субстрата, включает регуляцию или поддержание pH с помощью основного компонента или кислотного компонента азотсодержащего источника, фосфатсодержащего источника, сульфатсодержащего источника или любых их комбинаций композиции питательной среды.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания указанный способ получения продукта с добавленной стоимостью вызывает увеличенное получение продуктов с добавленной стоимостью, таких как молочная кислота, янтарная кислота, муравьиная кислота, уксусная кислота, яблочная кислота, бета-каротин, лютеин, зеаксантин, ликопин, астаксантин, метанобактин аннато, пептиды, эктоин, индиго и миндальная кислота по сравнению со способами, известными в данной области. Повышенный уровень получения продуктов с добавленной стоимостью, в частности, приписывается композиции питательной среды по настоящему изобретению и тандемной работе композиции питательной среды и параметров способа, используемых в указанном способе получения продуктов с добавленной стоимостью.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания молочная кислота производится в концентрации в диапазоне от примерно 5 г/л до 120 г/л, янтарная кислота производится в концентрации в диапазоне примерно от 5 г/л до 50 г/л, муравьиная кислота производится в концентрации в диапазоне примерно от 5 г/л до 50 г/л, уксусная кислота производится в концентрации в диапазоне от примерно 5 г/л до 50 г/л, яблочная кислота производится в концентрации в диапазоне примерно от 5 г/л до 50 г/л, бета-каротин производится в концентрации в диапазоне от примерно 0,5 г/л до 50 г/л, лютеин, зеаксантин, ликопин, пептиды производятся в концентрации в диапазоне от 0,1 до 10 г/л, эктоин производится в концентрации в диапазоне от 0,1 до 10 г/л, индиго производится в концентрации в диапазоне от 0,1 до 10 г/л, миндальная кислота производится в концентрации в диапазоне от 0,1 до 20 г/л и аннато производится в концентрации в диапазоне примерно от 0,5 г/л до 5 г/л, соответственно, и метанобактин производится в концентрации в диапазоне от примерно 1 г/л до 5 г/л.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания увеличенное производство продукта с добавленной стоимостью в указанном способе достигается за счет регуляции массового расхода содержания углерода до примерно 30 грамм на литр рабочего объема реактора в час, регуляции массового расхода содержания кислорода до примерно 130 граммов на литр рабочего объема реактора в час, регуляции массового расхода содержания азота до примерно 24 граммов на литр рабочего объема реактора в день, регуляции массового расхода содержания фосфата примерно до 14 граммов на литр рабочего объема реактора в день, регуляции массового расхода содержания сульфата примерно до 16 грамм на литр рабочего объема реактора в день, регуляции массового расхода содержания микроэлементов примерно до 50 грамм на литр рабочего объема реактора в день и регуляции массового расхода содержания следовых элементов до примерно 1 грамма на литр рабочего объема реактора в день, где указанная регуляция массового расхода содержания различных компонентов композиции питательной среды достигается за счет соответствующего добавления в реактор композиции питательной среды во время способа получения продукта с добавленной стоимостью.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в указанном способе получения продукта с добавленной стоимостью используется композиция питательной среды, определенная выше, которая является самостерилизующейся и не требует термической стерилизации или какой-либо другой методики дополнительной стерилизации. Как правило, среда будет приготовлена путем добавления микроэлементов, макроэлементов и основных питательных веществ, и, следовательно, она действует как хороший источник для роста микроорганизмов. Окружающая среда (вода, воздух и т.д.) содержит различные микроорганизмы, которые размножаются при контакте со средой. Поскольку это нежелательные микроорганизмы, среду необходимо стерилизовать, чтобы убить их (Stanbury et al., 2017). Стерилизация осуществляется в основном влажным теплом в виде насыщенного пара под давлением в автоклаве. Аналогичным образом, среда NMS, приготовленная для культивирования метанотрофов, также стерилизуется паром перед использованием (Nunes JJ et al., 2016). По мере расширения процесса стерилизация сред требует значительных затрат, так как требует пара и энергии. Однако композиция питательной среды по настоящему изобретению не требует стерилизации паром, поскольку pH композиции питательной среды составляет менее чем 3, предпочтительно pH составляет примерно 2,5, что сдерживает нежелательные микроорганизмы. Таким образом, указанный способ получения продукта с добавленной стоимостью в значительной степени экономичен и энергетически лучше, в дополнение к получению продуктов с добавленной стоимостью в увеличенной степени.
В одном из вариантов осуществления настоящего описания в способе получения продукта с добавленной стоимостью важный аспект заключается в том, что культивирование микроорганизмов в присутствии газообразного субстрата для получения продукта с добавленной стоимостью происходит в присутствии добавляемой/проточной среды, содержащей компоненты с кислым pH менее чем 3, предпочтительно pH примерно 2,5, тем самым регулируя рост контаминантов. Хотя композиция среды по настоящему изобретению приготовлена для достижения этого результата, специалист в данной области поймет, что любая композиция среды, которая обеспечивает это требование кислого pH менее чем 3, предпочтительно pH примерно 2,5, может быть альтернативно использована для достижения того же.
В указанном способе получения биомассы и/или способе получения продукта с добавленной стоимостью, описанном в настоящем описании, используются реакторы с мешалкой для высокой эффективности ферментации газообразного субстрата. В известных реакторах с мешалкой не известно, что они вызывают высокоэффективную ферментацию газообразного субстрата для получения увеличенной биомассы и/или продуктов с добавленной стоимостью. Повышенная эффективность, достигаемая в реакторах с мешалкой с помощью способов настоящего раскрытия, в частности, приписывается композиции питательной среды по настоящему изобретению и тандемной работе композиции питательной среды и параметров способа, используемых в указанных способах получения биомассы и продуктов с добавленной стоимостью, соответственно.
Композиция питательной среды, описанная в настоящем описании, способна удовлетворить требования питательной среды для более высокой производительности биомассы и более высокой производительности продуктов с добавленной стоимостью в реакторах с мешалкой. Конструкция параметров способа и композиция питательной среды, исключающие термическую стерилизацию, предлагают экономически и энергетически более совершенный процесс/способ получения увеличенной биомассы и продуктов с добавленной стоимостью, соответственно.
Способ получения биомассы и способ получения продуктов с добавленной стоимостью, описанные в настоящем описании, включают в себя стратегии контроля, зависящие от субстрата, которые помогают облегчить рабочий процесс и снизить его стоимость. Использование кислотных питательных веществ или основных питательных веществ в композиции питательной среды для поддержания pH на заданном уровне помогает снизить потребление кислоты/основания во время способа получения биомассы и способа получения продукта с добавленной стоимостью, соответственно. Компоненты композиции питательной среды по настоящему изобретению действуют как источники питательных веществ и как агенты регуляции pH. Композиция питательной среды с возможностью разработки параметров способа для эффективного выполнения описанных способов в дополнение к получению биомассы и продуктов с добавленной стоимостью, соответственно, на повышенном уровне, является преимуществом настоящего описания.
Дополнительные варианты осуществления и особенности настоящего описания будут очевидны специалисту в данной области техники на основании описания, представленного в настоящем документе. Приведенные здесь варианты осуществления относятся в описании к различным особенностям и их полезным деталям. Описания хорошо известных/традиционных способов и технологий опущены, чтобы излишне не затруднять понимание приведенных здесь вариантов осуществления. Примеры, представленные в настоящем документе, предназначены просто для облегчения понимания способов, которыми варианты осуществления в настоящем документе могут быть реализованы на практике, и для того, чтобы дополнительно дать возможность специалистам в данной области техники применять на практике варианты осуществления настоящего документа. Соответственно, следующие примеры не следует истолковывать как ограничивающие объем приведенных в настоящем описании вариантов осуществления.
ПРИМЕРЫ
ПРИМЕР 1: Получение биомассы путем ферментации метана
Примерно 5 литров реактора с мешалкой было заполнено примерно 4 литрами композиции питательной среды, содержащей примерно 0,1% MgSO4.7H2O, примерно 0,02% CaCl2.2H2O, примерно 0,0004% Fe, Na-EDTA, примерно 0,00003% NaMoO4.2H2O. примерно 0,00005% FeSO4.7H2O, примерно 0,00004% ZnSO4.7H2O, примерно 15 частей на миллиард H3BO3, примерно 50 частей на миллиард CoCl2.6H2O, примерно 0,25 м.д. дигидрата Na2-EDTA, примерно 20 частей на миллиард MnCl2.4H2O, примерно 10 частей на миллиард NiCl2. 6H2O, примерно 1 м.д. CuSO4 ⋅ 5H2O и 0,025% азота в форме нитрата. В указанную питательную среду вносили заквасочную культуру M. capsulalus. Реактор запускали барботажем примерно 0,1 л/мин метана с чистотой примерно 99,9% и 0,05 л/мин кислорода с чистотой примерно 99,9% в нижней части лопастной мешалки. В реакторе поддерживали давление примерно одна атмосфера. Как только плотность клеток в реакторе достигала примерно 0,3% биомассы, композицию питательной среды, включающую примерно 0,8% MgSO4.7H2O, примерно 0,2% CaCl2.2H2O, примерно 0,008% Fe, Na-EDTA, примерно 0,0002% NaMoO4. 2H2O, примерно 0,0025% FeSO4.7H2O, примерно 0,0003% ZnSO4.7H2O, примерно 150 частей на миллиард H3BO3, примерно 300 частей на миллиард CoCl2.6H2O, примерно 4 м.д. дигидрата Na2-EDTA, примерно 100 частей на миллиард MnCl2.4H2O, примерно 50 частей на миллиард NiCl2.6H2O, примерно 15 м.д. CuSO4.5H2O, примерно 0,5% HNO3 и примерно 0,5% H2SO4, добавляли в реактор, где композиция питательной среды является гомогенной и имеет pH менее чем 3, предпочтительно pH примерно 2,5. Общее содержание азота 0,5% было получено путем добавления NaNO3 в питательную среду.
Бульон для ферментации, содержащий примерно 3,5% твердой биомассы, непрерывно выводили.
Во время реакции pH 6,8±0,3 контролировали кислотными и основными соединениями азотсодержащего источника, источников фосфата и сульфатсодержащих источников вместе с NaOH/HCl.
В результате в реакторе было примерно 3,5% биомассы.
Композиция питательной среды, используемая для получения биомассы в этом Примере, была в том виде, в котором она была приготовлена, без дополнительной стерилизации. В течение всего процесса в резервуаре для среды не наблюдалось загрязнения.
ПРИМЕР 2: Получение биомассы путем ферментации метана с использованием аммиака в качестве источника азота в композиции питательной среды
Примерно 5 литров реактора с мешалкой было заполнено примерно 4 литрами композиции питательной среды, содержащей примерно 0,1% MgSO4.7H2O, примерно 0,02% CaCl2.2H2O, примерно 0,0004% Fe, Na-EDTA, примерно 0,00003% NaMoO4.2H2O. примерно 0,00005% FeSO4.7H2O, примерно 0,00004% ZnSO4.7H2O, примерно 15 частей на миллиард H3BO3, примерно 50 частей на миллиард CoCl2.6H2O, примерно 0,25 м.д. дигидрата Na2-EDTA, примерно 20 частей на миллиард MnCl2.4H2O, примерно 10 частей на миллиард NiCl2.6H2O, примерно 1 м.д. CuSO4.5H2O и 0,025% азота в виде жидкого аммиака. В указанную композицию питательной среды инокулировали заквасочную культуру M. capsulalus. Реактор запускали барботажем примерно 0,1 л/мин метана с чистотой примерно 99,9% и примерно 0,06 л/мин кислорода с чистотой примерно 90% в нижней части лопастной мешалки. В реакторе поддерживали давление примерно одна атмосфера. Когда плотность клеток в реакторе достигала примерно 0,5% биомассы, питательную среду, содержащую примерно 0,4% MgSO4.7H2O, примерно 0,1% CaCl2.2H2O, примерно 0,0045% Fe, Na-EDTA, примерно 0,0001% NaMoO4.2H2O, примерно 0,0012% FeSO4.7H2O, примерно 0,00015% ZnSO4.7H2O, примерно 85 частей на миллиард H3BO3, примерно 150 частей на миллиард CoCl2.6H2O, примерно 2,5 м.д. дигидрата Na2-EDTA, примерно 50 частей на миллиард MnCl2.4H2O, примерно 25 частей на миллиард NiCl2.6H2O, примерно 7 м.д. CuSO4.5H2O, примерно 0,3% H2SO4 и примерно 0,1% H3PO4, добавляли в реактор, где композиция питательной среды является гомогенной и имеет pH менее чем 3, предпочтительно pH примерно 2,5. Жидкий аммиак добавляли в реактор отдельно, чтобы довести содержание азота в среде примерно до 0,25%.
Бульон для ферментации, содержащий примерно от 2 до 2,5% твердой биомассы, непрерывно выводили.
Во время реакции pH регулировали с помощью кислотных и основных соединений азотсодержащего источника, источников фосфата и сульфатсодержащих источников вместе с NaOH/HCl.
В результате в реакторе было получено примерно 2,2±0,3% биомассы.
Композиция питательной среды, используемая для получения биомассы в этом Примере, была в том виде, в котором она была приготовлена, без дополнительной стерилизации.
ПРИМЕР 3: Получение биомассы путем ферментации метана
Примерно 10 литров реактора с мешалкой было заполнено примерно 8 литрами композиции питательной среды, содержащей примерно 0,1% MgSO4.7H2O, примерно 0,02% CaCl2.2H2O, примерно 0,0004% Fe, Na-EDTA, примерно 0,00003% NaMoO4.2H2O, примерно 0,00005% FeSO4.7H2O, примерно 0,00004% ZnSO4.7H2O, примерно 15 частей на миллиард H3BO3, примерно 50 частей на миллиард CoCl2.6H2O, примерно 0,25 м.д. дигидрата Na2-EDTA, примерно 20 частей на миллиард MnCl2.4H2O, примерно 10 частей на миллиард NiCl2.6H2O, примерно 1 м.д. CuSO4.5H2O и 0,025% азота в форме нитрата калия и нитрата натрия. В указанную композицию питательной среды инокулировали заквасочную культуру M.trichosposrium. Реактор запускали барботажем примерно 0,1 л/мин метана с чистотой примерно 99,9% и примерно 0,1 л/мин кислорода с чистотой примерно 70%. Как только общая твердая биомасса в ферментационном бульоне достигала примерно 0,25%, начинали непрерывную подачу питательной среды. Питательная среда содержала примерно 0,4% MgSO4.7H2O, примерно 0,1% CaCl2.2H2O, примерно 0,0045% Fe, Na-EDTA, примерно 0,0001% NaMoO4.2H2O, примерно 0,0012% FeSO4.7H2O, примерно 0,00015% ZnSO4.7H2O, примерно 85 частей на миллиард H3BO3, примерно 150 частей на миллиард CoCl2.6H2O, примерно 2,5 частей на миллиард дигидрата Na2-EDTA, примерно 50 частей на миллиард MnCl2.4H2O, примерно 25 частей на миллиард NiCl2.6H2O, примерно 7 частей на миллиард CuSO4.5H2O, примерно 0,2% H2SO4 и примерно 0,08% H3PO4 и общее содержание азота 0,25% получали путем добавления NaNO3 в питательную среду, где композиция питательной среды является гомогенной и имеет pH менее чем 3, предпочтительно примерно 2,5. Содержание меди в питательной среде изменялось от 3 до 10 м.д., где было обнаружено, что 7 м.д. лучше всего для достижения хорошего роста M.trichosposrium и хорошего продуцирования микобактина. Во время реакции pH среды поддерживали на уровне примерно 6,5±0,3 с использованием разбавленных NaOH и H2SO4.
Рост M.trichosposrium контролировали путем оценки образцов из реактора от 6 до 8 часов. Метан и диоксид углерода в отходящем газе контролировали с помощью анализатора биогаза. Композиция питательной среды, используемая для получения биомассы в этом Примере, была в том виде, в котором она была приготовлена, без дополнительной стерилизации. В течение всего процесса в резервуаре для среды не наблюдалось контаминации.
ПРИМЕР 4: Получение продукта с добавленной стоимостью (молочная кислота)
Примерно 5 литров реактора с мешалкой было заполнено примерно 4 литрами композиции питательной среды, содержащей примерно 0,1% MgSO4.7H2O, примерно 0,02% CaCl2.2H2O, примерно 0,0004% Fe, Na-EDTA, примерно 0,00003% NaMoO4.2H2O. примерно 0,00005% FeSO4.7H2O, примерно 0,00004% ZnSO4.7H2O, примерно 15 частей на миллиард H3BO3, примерно 50 частей на миллиард CoCl2.6H2O, примерно 0,25 м.д. дигидрата Na2-EDTA, примерно 20 частей на миллиард MnCl2.4H2O, примерно 10 частей на миллиард NiCl2.6H2O, примерно 1 м.д. CuSO4.5H2O и 0,025% азота в форме нитрата. В указанную композицию питательной среды инокулировали заквасочную культуру M. capsulalus, которая была разработана для производства молочной кислоты. Реактор запускали барботажем примерно 0,1 л/мин метана с чистотой примерно 99,9% и примерно 0,05 л/мин кислорода с чистотой примерно 99,9% в нижней части лопастной мешалки. В реакторе поддерживали давление примерно одна атмосфера. Как только плотность клеток в реакторе достигала примерно 0,15% - 1% биомассы, питательную среду, содержащую примерно 0,4% MgSO4.7H2O, примерно 0,1% CaCl2.2H2O, примерно 0,0045% Fe, Na-EDTA, примерно 0,0001% NaMoO4.2H2O, примерно 0,0012% FeSO4.7H2O, примерно 0,00015% ZnSO4.7H2O, примерно 85 частей на миллиард H3BO3, примерно 150 частей на миллиард CoCl2.6H2O, примерно 2,5 м.д. дигидрата Na2-EDTA, примерно 50 частей на миллиард MnCl2.4H2O, примерно 25 частей на миллиард NiCl2.6H2O, примерно 7 м.д. CuSO4.5H2O и примерно 0,25% азота в форме нитрата, добавляли в реактор, где композиция питательной среды является гомогенной и имеет pH менее чем 3, предпочтительно примерно 2,5.
Во время реакции pH 6,3 контролировали с помощью кислотных и основных соединений азотсодержащего источника, источников фосфата и сульфатсодержащих источников вместе с NaOH/HCl.
Температуру в реакторе поддерживали на уровне примерно 45°C.
В результате в реакторе было получено примерно 1±0,2% биомассы.
Содержание молочной кислоты в среде измеряли с помощью ВЭЖХ. Количество молочной кислоты, образующейся в реакции, составило примерно 3 г/л.
ПРИМЕР 5: Получение биомассы путем ферментации биогаза
Примерно 5 литров реактора с мешалкой было заполнено примерно 4 литрами композиции питательной среды, содержащей примерно 0,1% MgSO4.7H2O, примерно 0,02% CaCl2.2H2O, примерно 0,0004% Fe, Na-EDTA, примерно 0,00003% NaMoO4.2H2O, примерно 0,00005% FeSO4.7H2O, примерно 0,00004% ZnSO4.7H2O, примерно 15 частей на миллиард H3BO3, примерно 50 частей на миллиард CoCl2.6H2O, примерно 0,25 м.д. дигидрата Na2-EDTA, примерно 20 частей на миллиард MnCl2.4H2O, примерно 10 частей на миллиард NiCl2.6H2O, примерно 1 м.д. CuSO4.5H2O и 0,025% азота. В указанную композицию питательной среды инокулировали заквасочную культуру M. capsulalus. Реактор запускали барботажем примерно 0,18 л/мин биогаза с чистотой примерно 60% и примерно 0,09 л/мин кислорода с чистотой примерно 90% в нижней части лопастной мешалке. В реакторе поддерживали давление примерно одна атмосфера. Когда плотность клеток в реакторе достигала примерно 0,2% биомассы, питательную среду, содержащую примерно 0,4% MgSO4.7H2O, примерно 0,1% CaCl2.2H2O, примерно 0,0045% Fe, Na-EDTA, примерно 0,0001% NaMoO4.2H2O., примерно 0,0012% FeSO4.7H2O, примерно 0,00015% ZnSO4.7H2O, примерно 85 частей на миллиард H3BO3, примерно 150 частей на миллиард CoCl2.6H2O, примерно 2,5 м.д. дигидрата Na2-EDTA, примерно 50 частей на миллиард MnCl2.4H2O, примерно 25 частей на миллиард NiCl2.6H2O, примерно 7 м.д. CuSO4.5H2O и примерно 0,25% азота, добавляли в реактор, где композиция питательной среды является гомогенной и имеет pH менее чем 3, предпочтительно pH примерно 2,5.
Бульон для ферментации, содержащий от примерно 2% до 2,5% твердой биомассы, непрерывно выводили.
Во время реакции pH 6,8 контролировали с помощью кислотных и основных соединений азотсодержащего источника, источников фосфата и сульфатсодержащих источников вместе с NaOH/HCl.
В результате в реакторе было получено примерно 2,2±0,3% биомассы.
Композиция питательной среды, используемая для получения биомассы в этом Примере, была в том виде, в котором она была приготовлена, без дополнительной стерилизации. В течение всего процесса в резервуаре для среды не наблюдалось загрязнения.
ПРИМЕР 6: Получение биомассы путем ферментации природного газа
Примерно 5 литров реактора с мешалкой было заполнено примерно 4 литрами композиции питательной среды, содержащей примерно 0,1% MgSO4.7H2O, примерно 0,02% CaCl2.2H2O, примерно 0,0004% Fe, Na-EDTA, примерно 0,00003% NaMoO4.2H2O, примерно 0,00005% FeSO4.7H2O, примерно 0,00004% ZnSO4.7H2O, примерно 15 частей на миллиард H3BO3, примерно 50 частей на миллиард CoCl2.6H2O, примерно 0,25 м.д. дигидрата Na2-EDTA, примерно 20 частей на миллиард MnCl2.4H2O, примерно 10 частей на миллиард NiCl2.6H2O, примерно 1 м.д. CuSO4.5H2O и 0,025% азота. В указанную композицию питательной среды инокулировали заквасочную культуру M. capsulalus. Реактор запускали барботажем примерно 0,13 л/мин природного газа, содержащего примерно 90,5% метана, примерно 5,5% этана, примерно 1,75% пропана, примерно 0,5% бутана, примерно 0,25% пентана, примерно 0,25% диоксида углерода и примерно 1,25% азота и 0,07 л/мин кислорода примерно 90% чистоты в нижней части лопастной мешалки. В реакторе поддерживали давление примерно одна атмосфера. Когда плотность клеток в реакторе достигала примерно 0,15-2% биомассы, питательную среду, содержащую примерно 0,4% MgSO4.7H2O, примерно 0,1% CaCl2.2H2O, примерно 0,0045% Fe, Na-EDTA, примерно 0,0001% NaMoO4.2H2O, примерно 0,0012% FeSO4.7H2O, примерно 0,00015% ZnSO4.7H2O, примерно 85 частей на миллиард H3BO3, примерно 150 частей на миллиард CoCl2.6H2O, примерно 2,5 частей на миллиард дигидрата Na2-EDTA, примерно 50 частей на миллиард MnCl2.4H2O, примерно 25 частей на миллиард NiCl2.6H2O, примерно 7 м.д. CuSO4.5H2O, примерно 0,3% HNO3, примерно 0,3% H2SO4 и примерно 0,09% H3PO4, добавляли в реактор, в котором композиция питательной среды является гомогенной и имеет pH менее чем 3 предпочтительно pH примерно 2,5. Общее содержание азота 0,5% было получено путем добавления NaNO3 в питательную среду.
Бульон для ферментации, содержащий от примерно 2% до 2,5% твердой биомассы, непрерывно выводили.
Во время реакции pH регулировали с помощью кислотных и основных соединений азотсодержащего источника, источников фосфата и сульфатсодержащих источников вместе с NaOH/HCl.
В результате в реакторе было получено примерно 2,2±0,3% биомассы.
Композиция питательной среды, используемая для получения биомассы в этом Примере, была в том виде, в котором она была приготовлена, без дополнительной стерилизации. В течение всего процесса в резервуаре для среды не наблюдалось загрязнения.
ПРИМЕР 7: Получение биомассы путем ферментации метана с использованием pH-стата
Примерно 5 литров автоматического реактора Sartorius B plus, заполненного примерно 4 литрами композиции питательной среды, содержащей примерно 0,1% MgSO4.7H2O, примерно 0,02% CaCl2.2H2O, примерно 0,0004% Fe, Na-EDTA, примерно 0,00003% NaMoO4.2H2O примерно 0,00005% FeSO4.7H2O, примерно 0,00004% ZnSO4.7H2O, примерно 15 частей на миллиард H3BO3, примерно 50 частей на миллиард CoCl2.6H2O, примерно 0,25 м.д. дигидрата Na2-EDTA, примерно 20 частей на миллиард MnCl2.4H2O, примерно 10 частей на миллиард NiCl2.6H2O, примерно 1 м.д. CuSO4.5H2O и 0,025% азота, инокулировали M. capsulalus. Реактор запускали непрерывным барботажем примерно 0,1 л/мин метана с чистотой примерно 99,9% и примерно 0,06 л/мин примерно 99,9% кислорода в нижней части лопастной мешалки. Постепенно увеличивали ввод питательной среды, содержащей примерно 0,4% MgSO4.7H2O, примерно 0,1% CaCl2.2H2O, примерно 0,0045% Fe, Na-EDTA, примерно 0,0001% NaMoO4.2H2O, примерно 0,0012% FeSO4.7H2O., примерно 0,00015% ZnSO4.7H2O, примерно 85 частей на миллиард H3BO3, примерно 150 частей на миллиард CoCl2.6H2O, примерно 2,5 частей на миллиард дигидрата Na2-EDTA, примерно 50 частей на миллиард MnCl2.4H2O, примерно 25 частей на миллиард NiCl2.6H2O, примерно 7 м.д. CuSO4.5H2O примерно 0,5% HNO3, примерно 0,5% H2SO4, примерно 0,15% H3PO4, и общее содержание азота 0,25% было получено путем добавления NaNO3 в питательную среду, где композиция питательной среды является гомогенной и имеет pH менее чем 3, предпочтительно pH примерно 2,5. HNO3, H2SO4 и H3PO4 действуют как кислоты для поддержания pH, кислоты для растворения всех питательных веществ и питательных веществ для роста организма. Эта стратегия поддержания постоянного pH на уровне 6,8 во время реакции с изменением 0,01 называется pH-стат. Возможные массовые расходы углерода, кислорода, азота, фосфатов, сульфатов, микроэлементов и следовых элементов постепенно увеличивались в пределах 0,2-9 г/л/час, 0,2-32 г/л/час, 0,2-9 г/л/день, 0,1-4 г/л/день, 0,1-5 г/л/день, 0,3-17 г/л/день и 0,002-0,39 г/л/день, соответственно, чтобы поддерживать высокую удельную скорость роста, а также их оптимальные концентрации в реакторе. Питательную среду непрерывно подавали в реактор через перистальтический насос Watson and Marlow, а ферментационный бульон удаляли перистальтическим насосом Masterflex.
Достигали примерно 2% общей твердой биомассы в бульоне, который удаляли со скоростью примерно 0,5 л/ч.
В этом методе pH поддерживали постоянным на уровне примерно 6,8±0,4 за счет использования кислотных и основных соединений азотсодержащего источника, фосфатсодержащего источника и сульфатсодержащего источника вместе с разбавленными растворами NaOH и HCl.
Температуру реактора поддерживали примерно 45±0,5°C с помощью терморегулятора реакторной установки.
Реактор успешно проработал примерно 600 часов с поддерживаемой продуктивностью 2,5 г/л/час.
Композиция питательной среды, используемая для получения биомассы в этом Примере, была в том виде, в котором она была приготовлена, без дополнительной стерилизации. В течение всего процесса в резервуаре для среды не наблюдалось контаминации.
ПРИМЕР 8: Повышенная продуктивность биомассы за счет ферментации метана и нитрата в качестве источника азота
Примерно 5 литров реактора с мешалкой было заполнено примерно 4 литрами композиции питательной среды, содержащей примерно 0,1% MgSO4.7H2O, примерно 0,02% CaCl2.2H2O, примерно 0,0004% Fe, Na-EDTA, примерно 0,00003% NaMoO4.2H2O. примерно 0,00005% FeSO4.7H2O, примерно 0,00004% ZnSO4.7H2O, примерно 15 частей на миллиард H3BO3, примерно 50 частей на миллиард CoCl2.6H2O, примерно 0,25 м.д. дигидрата Na2-EDTA, примерно 20 частей на миллиард MnCl2.4H2O, примерно 10 частей на миллиард NiCl2.6H2O, примерно 1 м.д. CuSO4.5H2O и примерно 0,025% азота в форме нитрата. В указанную композицию питательной среды инокулировали заквасочную культуру M. capsulalus. Реактор запускали барботажем примерно 0,1 л/мин метана с чистотой примерно 99,9% и 0,05 л/мин кислорода с чистотой примерно 99,9% в нижней части лопастной мешалки. В реакторе поддерживали давление примерно одна атмосфера. Как только плотность клеток в реакторе достигала примерно 0,15-2% биомассы, композицию питательной среды, содержащую примерно 0,4% MgSO4.7H2O, примерно 0,1% CaCl2.2H2O, примерно 0,0045% Fe, Na-EDTA, примерно 0,0001% NaMoO4.2H2O, примерно 0,0012% FeSO4.7H2O, примерно 0,00015% ZnSO4.7H2O, примерно 85 частей на миллиард H3BO3, примерно 150 частей на миллиард CoCl2.6H2O, примерно 2,5 частей на миллиард дигидрата Na2-EDTA, примерно 50 частей на миллиард MnCl2.4H2O, примерно 25 частей на миллиард NiCl2.6H2O, примерно 7 м.д. CuSO4.5H2O, примерно 0,3% HNO3, примерно 0,3% H2SO4 и примерно 0,09% H3PO4, добавляли в реактор, где композиция питательной среды является гомогенной и имеет pH менее чем 3 предпочтительно pH примерно 2,5. Общее содержание азота 0,25% было получено путем добавления NaNO3 в композицию питательной среды. Разбавление постепенно увеличивали до достижения продуктивности примерно 4,5±0,1 г/л/час при непрерывной работе в установившемся режиме.
Во время реакции pH примерно 6,8±0,3 контролировали с помощью кислотных и основных соединений азотсодержащего источника, источников фосфата и сульфатсодержащих источников композиции питательной среды, необязательно вместе с NaOH/HCl. Реактор работал примерно 250 часов.
Композиция питательной среды, используемая для получения биомассы в этом Примере, была в том виде, в котором она была приготовлена, без дополнительной стерилизации. В течение всего процесса в резервуаре для среды не наблюдалось контаминации.
ПРИМЕР 9: Повышенная продуктивность биомассы за счет ферментации метана и аммиака в качестве источника азота
Примерно 5 литров реактора с мешалкой было заполнено примерно 4 литрами композиции питательной среды, содержащей примерно 0,1% MgSO4.7H2O, примерно 0,02% CaCl2.2H2O, примерно 0,0004% Fe, Na-EDTA, примерно 0,00003% NaMoO4.2H2O, примерно 0,00005% FeSO4.7H2O, примерно 0,00004% ZnSO4.7H2O, примерно 15 частей на миллиард H3BO3, примерно 50 частей на миллиард CoCl2.6H2O, примерно 0,25 м.д. дигидрата Na2-EDTA, примерно 20 частей на миллиард MnCl2.4H2O, примерно 10 частей на миллиард NiCl2.6H2O, примерно 1 м.д. CuSO4.5H2O и примерно 0,025% азота в форме жидкого аммиака. Указанную композицию питательной среды инокулировали заквасочной культурой M. capsulalus. Реактор запускали барботажем примерно 0,1 л/мин метана с чистотой примерно 99,9% и примерно 0,06 л/мин кислорода с чистотой примерно 90% в нижней части лопастной мешалки. В реакторе поддерживали давление примерно одна атмосфера. Как только плотность клеток в реакторе достигала примерно 0,1% биомассы, композицию питательной среды, содержащую примерно 0,5% MgSO4.7H2O, примерно 0,14% CaCl2.2H2O, примерно 0,006% Fe, Na-EDTA, примерно 0,00012% NaMoO4.2H2O, примерно 0,0015% FeSO4.7H2O, примерно 0,00019% ZnSO4.7H2O, примерно 106 частей на миллиард H3BO3, примерно 188 частей на миллиард CoCl2.6H2O, примерно 3,1 м.д. дигидрата Na2-EDTA, примерно 63 частей на миллиард MnCl2.4H2O, примерно 31 частей на миллиард NiCl2.6H2O, примерно 8,6 м.д. CuSO4.5H2O, примерно 0,37% H2SO4 и примерно 0,12% H3PO4, добавляли в реактор, где композиция питательной среды является гомогенной и имеет pH менее чем 3, предпочтительно pH примерно 2,5. Жидкий аммиак добавляли в реактор отдельно, чтобы довести содержание азота в среде примерно до 0,3%.
Разбавление постепенно увеличивали до достижения продуктивности 6±0,1 г/л/час в непрерывном стационарном режиме. Во время реакции pH контролировали с помощью кислотных и основных соединений азотсодержащего источника, источников фосфата и сульфатсодержащих источников композиции питательной среды, необязательно вместе с NaOH/HCl. Реактор работал примерно 120 часов.
ПРИМЕР 10: Увеличение (в 10 раз) производства биомассы путем ферментации метана
Примерно 50 литров реактора с мешалкой (Biogenic Engineering Chennai) было заполнено примерно 45 литрами композиции питательной среды, содержащей примерно 0,1% MgSO4.7H2O, примерно 0,02% CaCl2.2H2O, примерно 0,0004% Fe, Na-EDTA, примерно 0,00003% NaMoO4.2H2O, примерно 0,00005% FeSO4.7H2O, примерно 0,00004% ZnSO4.7H2O, примерно 15 частей на миллиард H3BO3, примерно 50 частей на миллиард CoCl2.6H2O, примерно 0,25 м.д. дигидрата Na2-EDTA, примерно 20 частей на миллиард MnCl2.4H2O, примерно 10 частей на миллиард NiCl2.6H2O, примерно 1 м.д. CuSO4.5H2O и 0,025% азота в виде жидкого аммиака. В указанную композицию питательной среды инокулировали заквасочную культуру M. capsulalus. Реактор запускали барботажем биогаза, содержащего примерно 76% метана и 99% чистого кислорода, в нижней части лопастной мешалки. В реакторе поддерживали давление примерно одна атмосфера. Когда плотность клеток в реакторе достигала примерно 0,25% биомассы, композицию питательной среды, содержащую примерно 0,4% MgSO4.7H2O, примерно 0,1% CaCl2.2H2O, примерно 0,0045% Fe, Na-EDTA, примерно 0,0001% NaMoO4.2H2O, примерно 0,0012% FeSO4.7H2O, примерно 0,00015% ZnSO4.7H2O, примерно 85 частей на миллиард H3BO3, примерно 150 частей на миллиард CoCl2.6H2O, примерно 2,5 м.д. дигидрата Na2-EDTA, примерно 50 частей на миллиард MnCl2.4H2O, примерно 25 частей на миллиард, NiCl2.6H2O, примерно 7 м.д. CuSO4.5H2O, примерно 0,3% H2SO4 и примерно 0,1% H3PO4, добавляли в реактор, где композиция питательной среды является гомогенной и имеет pH менее чем 3, предпочтительно pH примерно 2,5. Жидкий аммиак добавляли в реактор отдельно, чтобы довести содержание азота в среде примерно до 0,25%. Бульон для ферментации, содержащий примерно от 2 до 2,5% твердой биомассы, непрерывно выводили.
Во время реакции pH регулировали с помощью кислотных и основных соединений азотсодержащего источника, источников фосфата и сульфатсодержащих источников композиции питательной среды, необязательно вместе с NaOH/HCl. Реактор работал примерно 120 часов.
Композиция питательной среды, используемая для получения биомассы в этом Примере, была в том виде, в котором она была приготовлена, без дополнительной стерилизации. В течение всего процесса в резервуаре для среды не наблюдалось контаминации.
Изобретение относится к способу культивирования микроорганизмов. Способ получения биомассы включает культивирование микроорганизма, выбранного из метанотрофов, в композиции среды, добавление в культуру композиции питательной среды, имеющей pH менее чем 3 и сбор биомассы. При этом композиция питательной среды с pH менее чем 3 содержит микроэлемент, выбранный из группы, состоящей из MgSO4.7H2O, CaCl2.2H2O и их комбинаций; следовой элемент, выбранный из группы, состоящей из FeNa-EDTA, NaMoO4.2H2O, FeSO4.7H2O, ZnSO4.7H2O, H3BO3, CoCl2.6H2O, Na2-EDTA дигидрата, MnCl2.4H2O, NiCl2.6H2O, CuSO4.5H2O и их комбинаций; HNO3 или аммиак в качестве азотсодержащего источника; H2SO4/KHSO4 в качестве сульфатсодержащего источника и H3PO4/KH2PO4 в качестве фосфатсодержащего источника. Изобретение позволяет повысить продуктивность биомассы. 8 з.п. ф-лы, 10 пр.
1. Способ получения биомассы, включающий:
культивирование микроорганизма, выбранного из метанотрофов, в композиции среды,
добавление в культуру композиции питательной среды содержащей микроэлемент, выбранный из группы, состоящей из MgSO4.7H2O, CaCl2.2H2O и их комбинаций; и следовой элемент, выбранный из группы, состоящей из FeNa-EDTA, NaMoO4.2H2O, FeSO4.7H2O, ZnSO4.7H2O, H3BO3, CoCl2.6H2O, Na2-EDTA дигидрата, MnCl2.4H2O, NiCl2.6H2O, CuSO4.5H2O и их комбинаций,
и HNO3 или аммиак в качестве азотсодержащего источника, H2SO4/KHSO4 в качестве сульфатсодержащего источника и H3PO4/KH2PO4 в качестве фосфатсодержащего источника,
где композиция питательной среды имеет pH менее чем 3; и
сбор биомассы.
2. Способ по п. 1, где культивирование микроорганизма включает:
инокуляцию композиции среды микроорганизмом с последующим обеспечением газообразного субстрата и кислорода; и
мониторинг плотности клеток микроорганизма и добавление композиции питательной среды.
3. Способ по любому из пп. 1-2, где культивирование микроорганизма проводят при температуре в диапазоне от примерно 5°C до 50°C, при давлении в диапазоне примерно от 0 бар до 5 бар в течение периода времени от примерно 120 часов до 900 часов.
4. Способ по п. 2, где композицию питательной среды добавляют, когда плотность клеток микроорганизма находится в диапазоне от примерно 0,15% до 2%.
5. Способ по п. 2, где газообразный субстрат представляет собой метан и указанный субстрат дополнительно содержит природный газ, синтез-газ, свалочный газ, монооксид углерода, биогаз и любые их комбинации; и газообразный субстрат присутствует в концентрации в диапазоне от примерно 1 мг/л до 8 мг/л; и кислород присутствует в концентрации в диапазоне от примерно 1 мг/л до 10 мг/л.
6. Способ по любому из пп. 1-4, где микроорганизм выбирают из группы, содержащей Methylococcus capsulatus, Methylomicrobium album, Methylocapsa acidiphila, Methylocella silvestris, Methylosinus trichosporium, Methylacidiphilum infernorum V4, Methylomonas methanica, Methylobacter tundripaludum, Methylosinus sporium, Methylocella palustris, Methylocystis parvus, Methylovulum miyakonense, Methylocystis echinoides, Methylomonas rubra, Methylobacter whittenburyi, Crenothrix polyspora, Clonothrix fusca, Methylobacter bovis, Methylomonas aurantiaca, Methylomonas fodinarum, Methylocystis minimus, Methylobacter vinelandii, Methylomicrobium japanense, Methylocystis methanolicus и их комбинацию.
7. Способ по любому из пп. 1-6, где биомассу получают с повышенным уровнем продуктивности в диапазоне от примерно 0,5 г*л-1*час-1 до 8 г*л-1*час-1.
8. Способ по п. 1, где композиция питательной среды содержит дополнительный азотсодержащий источник, фосфатсодержащий источник, сульфатсодержащий источник или их комбинацию.
9. Способ по п. 8, где азотсодержащий источник выбран из группы, содержащей нитрат натрия, нитрит натрия, нитрат калия, нитрит калия, гидроксид аммония, хлорид аммония, ацетат аммония, сульфат аммония, диаммонийфосфат (DAP) и любые их комбинации; фосфатсодержащий источник выбран из группы, содержащей гидрофосфат калия, дигидрофосфат натрия, динатрийгидрофосфат, диаммонийфосфат и любые их комбинации; и сульфатсодержащий источник выбран из группы, содержащей сульфат меди, сульфат цинка, сульфат железа, сульфат магния, сульфат марганца, и любые их комбинации.
| WO 2014012055 A1, 16.01.2014 | |||
| WO 2015155790 A2, 15.10.2015 | |||
| GENERAL CULTURING TIPS | |||
| Найдено в интернет: https://www.methanotroph.org/wiki/culturing-tips/ (интернет ссылка в источнике - WO 2015155790 A2, 15.10.2015) | |||
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОМАССЫ | 1992 |
|
RU2053291C1 |
| Штамм метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus ГБС-15 для получения микробной белковой массы | 2016 |
|
RU2613365C1 |
| WO 2015058212 A1, 23.04.2015 | |||
| WO 2015160848 A1, 22.10.2015. | |||
