Способ получения гидролизата для приготовления питательной среды для выращивания микроорганизмов Российский патент 2024 года по МПК C12N1/16 C12N1/22 

Изобретение относится к области биотехнологии, микробиологической, комбикормовой и перерабатывающей промышленности и может быть использовано для получения питательных сред, используемых в процессах выращивания посевных культур микроорганизмов.

Целлюлозосодержащее сырье имеется практически в неограниченных количествах в виде соломы, отходов переработки древесины и сельхозпродукции. Однако его эффективное превращение в биологически усвояемые сахара является сложной задачей. Проблема использования ресурсов целлюлозосодержащего сырья осложняется тем, что существующие традиционные технологии гидролиза растительного сырья с применением сильных кислот и щелочей связаны с образованием значительного количества побочных продуктов, ингибирующих рост микроорганизмов и биосинтез ими ряда целевых веществ. Поэтому важнейшей задачей является разработка оптимального способа приготовления питательных сред для выращивания биомассы микроорганизмов на основе гидролизатов целлюлозосодержащего сырья, например, свекловичного жома.

Известен способ получения гидролизата для ферментационной среды, в котором жом сахарного тростника гидролизуют фосфорной кислотой в течение 300 минут при температуре 122°С и концентрации фосфорной кислоты в гидролизуемой массе 4 мас.% (Study of the hydrolysis of sugar cane bagasse using phosphoric acid / S. Gamez [and ets.] // Journal of Food Engineering. - 2006. - №74. - P. 78-88.). Затем от полученного гидролизата отделяют твердую фазу.

К недостаткам данного способа относятся большая продолжительность процесса, что вызывает образование побочных токсичных продуктов, таких как уксусная кислота, фурфурол и гидроксиметилфурфурол и требует очистки полученного гидролизата, и перерасход гидролизующего агента, приводящий к высокому остаточному количеству солей фосфорной кислоты в конечном продукте.

Известен способ получения гидролизата для приготовления питательной среды для выращивания микроорганизмов, включающий гидролиз измельченного растительного сырья фосфорной кислотой, отделение твердой фазы, в котором гидролизу подвергают солому, при концентрации фосфорной кислоты в гидролизуемой массе 1 мас.%, и гидролиз проводят при температуре 180-190°С в течение 20 минут (патент RU 2569155, C12N 1/22, C12N 1/16, 2015 г.).

Недостатком данного способа является сложность процесса измельчения сырья, требующего предварительной резки, повышенный расход энергии, необходимый для нагрева гидролизуемой массы до 180-190°С.

В качестве сырья для получения гидролизата для приготовления питательной среды для выращивания микроорганизмов известно применение свекловичного жома. Это доступное сырье, имеющееся в больших количествах и содержащее до 75% полисахаридов.

Известен способ получения гидролизата для приготовления питательной среды для выращивания микроорганизмов, включающий гидролиз измельченного свекловичного жома фосфорной кислотой при температуре 170°С в течение 5-20 минут при концентрации фосфорной кислоты в гидролизуемой массе 0,5-4 мас.%, отделение твердой фазы (Валеева, Р.Т. Предварительная обработка отходов агропромышленного комплекса с целью получения гидролизатов - компонентов питательных сред для культивирования кормовых дрожжей / Р.Т. Валеева, М.Ю. Шурбина, С.Г. Мухачев, Д.В. Тунцев // Бутлеровские сообщения. - 2023. - Т.6. - №4. - С.159-168.).

Данный способ взят в качестве прототипа.

Недостатком способа является высокий расход фосфорной кислоты до 4 мас.%.

Технической проблемой является снижение расхода фосфорной кислоты при сохранении или повышении концентрации редуцирующих веществ (РВ) в гидролизате и обогащение гидролизата питательными веществами.

Техническая проблема решается тем, что в способе получения гидролизата свекловичного жома для приготовления питательной среды для выращивания микроорганизмов, включающем гидролиз измельченного свекловичного жома смесью азотной и фосфорной кислот при температуре 170°С в течение 10 минут, отделение твердой фазы, согласно изобретению, гидролиз ведут в присутствии азотной кислоты при ее концентрации в гидролизуемой массе 0,5 мас.%, при этом суммарная концентрация кислот в гидролизуемой массе составляет 0,8-1,0 мас.%.

Техническим результатом изобретения является снижение расхода фосфорной кислоты в 2-3 раза по сравнению с прототипом, при этом концентрация редуцирующих веществ (РВ) в гидролизате повышается на 2,8-5,6%, а полученный гидролизат содержит источник нитратного азота, также необходимый для питания микроорганизмов. При этом содержание источников питания азота и фосфора: нитрата и фосфата в полученном гидролизате соответствует потребности микроорганизмов, культивируемых на гидролизных средах.

Как следует из экспериментальных данных, представленных в таблице 1, оптимальная суммарная концентрация азотной и фосфорной кислот составляет 0,8-1,0 мас.%. Снижение суммарной концентрации кислот ниже 0,8 мас.% приводит к уменьшению содержания РВ в гидролизате, а увеличение суммарной концентрации кислот выше 1 мас.% нецелесообразно, т.к. приведет к перерасходу фосфорной кислоты без увеличения содержания РВ в гидролизате. Отклонение концентрации азотной кислоты от заявленной также приводит к уменьшению содержания РВ.

Изобретение поясняется фигурами 1-3, где

на фиг. 1 показан график зависимости выхода РВ от концентрации фосфорной кислоты при концентрации азотной кислоты 0,4 мас.%,

на фиг. 2 - график зависимости выхода РВ от концентрации фосфорной кислоты при концентрации азотной кислоты 0,5 мас.%,

на фиг. 3 - график зависимости выхода РВ от концентрации фосфорной кислоты при концентрации азотной кислоты 0,75 мас.%.

Конкретные примеры осуществления способа.

Во всех примерах использовали гранулированный свекловичный жом 17% влажности. Предварительно измельченное сырье высушивали до постоянной массы.

Пример 1.

Навески сырья массой по 3,3 г помещали в просушенные капсулы, добавляли по 16,10 г воды и 1,94 г концентрированной азотной кислоты (ХЧ, ГОСТ 4461-77) и 1,16 г концентрированной фосфорной кислоты (чда, ГОСТ 6552-80) Общая масса загрузки каждой капсулы составила 22,5 г. Капсулы закрывали, помещали в прогретую до температуры 170°С ванну термостата. Проводили процесс гидролиза при данной температуре в течение 10 мин. Затем капсулы быстро охлаждали и отделяли негидролизованный осадок центрифугированием. В полученном гидролизате определяли содержание редуцирующих веществ по методу Бертрана (Емельянова, И.З. Химико-технологический контроль гидролизных производств / И.З. Емельянова - М.: Лесная промышленность, 1976. - 405 с.).

Примеры 2-11 аналогичны примеру 1, пример 12 - соответствует прототипу. Условия экспериментов приведены в таблице. Продолжительность гидролиза во всех процессах составляет 10 минут.

Как следует из табличных данных и графиков на фиг. 1-3, заявляемый способ позволяет снизить расход фосфорной кислоты в 2-3 раза при увеличении концентрации РВ в гидролизате на 2,8-5,6% (примеры 3, 6, фиг. 2) относительно прототипа. При этом гидролизат содержит источник азотного питания за счет использования азотной кислоты.

Снижение концентрации азотной кислоты менее 0,5 мас. % приводит к уменьшению содержания РВ в гидролизате (примеры 1, 2, 8-10, фиг. 1). Повышение концентрации азотной кислоты более 0,5 мас.% также приводит к уменьшению содержания РВ вследствие ее окислительных свойств, обуславливающих реакцию окисления РВ (примеры 4, 11, фиг. 3).

Получаемый по заявляемому способу гидролизат может быть использован для приготовления на его основе питательной среды для выращивания посевных культур сахаромицетов, кормовых дрожжей и других аэробных микроорганизмов и их ассоциаций.

Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемый способ сокращает расход фосфорной кислоты, повышает выход РВ и обогащает гидролизат источником азотного питания.

Изобретение относится к области биотехнологии, микробиологической, комбикормовой и перерабатывающей промышленности. Способ получения гидролизата свекловичного жома для приготовления питательной среды для выращивания микроорганизмов включает гидролиз измельченного свекловичного жома смесью фосфорной и азотной кислот при температуре 170°С в течение 10 минут и отделение твердой фазы. Концентрация азотной кислоты в гидролизуемой массе составляет 0,5 мас.% при суммарной концентрации кислот в гидролизуемой массе 0,8-1,0 мас.%. Способ позволяет снизить расход фосфорной кислоты в 2-3 раза при увеличении концентрации редуцирующих веществ в гидролизате на 2,8-5,6%, при этом полученный гидролизат содержит источник нитратного азота. 3 ил., 1 табл., 11 пр.

Способ получения гидролизата свекловичного жома для приготовления питательной среды для выращивания микроорганизмов, включающий гидролиз измельченного свекловичного жома фосфорной кислотой при температуре 170°С в течение 10 минут, отделение твердой фазы, отличающийся тем, что гидролиз ведут в присутствии азотной кислоты при её концентрации в гидролизуемой массе 0,5 мас.%, при этом суммарная концентрация кислот в гидролизуемой массе составляет 0,8-1,0 мас.%.