Способ приготовления питательного субстрата для выращивания кормовых дрожжей Советский патент 1983 года по МПК C12N1/16 

сл to oi

со

О) Изобретение относится к микроби логической и целлюлозно-бумажной промышленности, в частности к спос бу подготовки субстратов, получаем при гидролизе растительного сырья минеральными кислотами,при водном предгидролиэ е и сульфитной варке д последующей биохимической перерабо на спирт и дрожжи. Известен способ подготовки гидролизных сред для выращивания корм вых дрожжей путем использования в качестве неятрализующего агента сульфатного щелока 1J.Однако нейтрализующим агентом в растворах черного щелока является натрий, а органическая часть сульфатного щелока представляет собой лигнин и органические кислоты, при этом только органические кислоты являются компонентом, повышающим питательную ценность гидролизатов, а мелкодисперсный лигнин из сульфа ных щелоков удаляется полностью только в сильно кислой среде ,0-2,0), при рН 3,2-3,8 лигни в значительном количестве будет на ходиться во взвешенном состоянии. выращивании дрожжей он сорбируется на поверхности клетки и, увеличива выход биомассы, снижает содержание сырого протеина и истинного белка в готовом продукте. Кроме того, проведение процесса выращивания микроорганизмов при рИ 5,2-5,4 до 7,0 способствует ути лизации органических кислот, к, с другой стороны, приводит к инфициро ванию питательной среды бактериальн Микрофлорой. Наиболее близким к предлагаемому является способ приготовления питательного субстрата для выращивания кормовых дрожжей, предусматривающий облагораживание исходного субстрата растительного происхождения, его нейтрализацию, отделение взвешенных веществ, охлаждение и введение в полученный нейтрализат питательных солей с пocлieдyющим выращиванием дрожжей C2J, Согласно известному способу пров дя.т нейтрализацию гидролизато э растительного сырья и сульфитных ще локов путем обработки их агентом (активным илом), .предварительно под вергнутым пиролизу .. К недостаткам способа относится то, что пиролизу подвергают активны ил, процесс проводят при высоких температурах, равных 800-950 С, nep пиролизом активный ил необходимо обезвоживать и сушить,что требует больших технологических затрат. Пиролизованный активный ил-зола Содержит в значительном количестве макро- и микроэлементы. Это может привести при его использовании к пе редозировке микроэлементов и вместо .стимулирования роста микроорганизмов проявляется торможение синтеза биомассы. Добиться оптимального содержания микро - и макроэлементов среды практически не представляется воз- можным, так как расход пиролизованно го ила составляет 5-6 г на литр гидролизата, Ингибирующее действие мик роэлементов на дрожжи проявляется особенно сильно при значениях рН| имеющих место при получении биомассы кормовых дрожжей (рН 3,8-4,2), так как микроэлементы в этом случае находятся в виде свободных ионов. Особенно это относится к действию на микроорганизмы таких элементов как медь, цинк, кобальт, никель и свинец. Применение пиролизованного активного ила исключает использование в процессе выращивайия дрожжей биологически активных веществ, содержащихся в исходном активном иле, . таких как витаны, аминокислоты, белки и другие компоненты. Эти биогенные вещества разрушаются в процессе пиролиза активного ила. Цель изобретения - повышение выхода дрожжей и содержание в них белка за счет улучшения питательной ценности и доброкачественности субстрата. Поставленная цель достига,ется тем, что согласно способу приготовления питательного субстрата для выращцвания кормовых дрожжей, предусматривающему облагораживание исходного субстрата растительного происхождения его нейтрализацию, отделение взвешенных веществ, охлаждение и введение в полученньай нейтрализат питательных солей с последующим выращиванием дрожжей, полученным при гидролизе .активного .ила концентрацией . 10-60 г/л О,5-10%-ным раствором щелочного агента при 20-150°С и при перемешивании в течение 15-60 мин. При этом активный ил перед гидролизом щелочным агентом дезинтегрируют со скоростью lOjOOO-15000 об/мин в течение 30-60 с. В качестве щелочного агента используют гидраты оксидов щелочных металлов. Сущность способа заключается в следующем. Избыточный активный ил после концентрирования в илоуплотнителях насосом перекачивают в емкости, где на определенный объем задают расчетное количество щелочного агента и после Проведения процесса щелочного гидролиза при заданной температуре отбирают щелочной гидролизат, используя его для нейтрализации кислых субстратов. Субстраты растительного происхождения обогащают питательными солями и нейтрализуют щелочным гидролизато активного ила до величины рН 3,85,6. После осветления (отстоя) и охлаждения полученное сусло направляют на выращивание дрожжей. Активный ил-продукт биологическо очистки сточных вод содержит биоген ные вещества {белки, аминокислоты, витамины, макро- и микроэлементы) и являются неутилизируемым отходом на предприятиях целлюлозно-бумажной и гидролизной промышленности. Биоге ные вещества активного ила при щело ной обработке переходят в раствор ч и при этом не содержат живых микррррганизмов, что исключает инфицирование субстрата при его нейтрализации щелочным гидролизатом. Щелочной гидролизат активного ила обогащает субстраты аминокислотами, белками, витаминами, особенно группы В, макро- и микроэлементами, что способствует увеличению выхода дрожжей и содержанию в них сырого протеина. Влияние температуры щелочного гидролиза на доброкачественность субстратов представлено в табл. 1/ а в табл. 2 - данные влияния продо жительности щелочного гидролиза на доброкачественность субстрата. Увеличение температуры в процесс щелочного гидролизадо приводит к Частичному разрушению ами-нокислот (до10%), одновременно умень шается и содержание биологически ак тивных веществ, о чем свидетельству ет снижение выхода дрожжей и содержание в них сырого Протеина. Увели,чение времени щелочного гидролиза.при температуре 150°С способствует распаду биологически активных веществ . . Увеличение продолжительности щелочного гидролиза при с 15 до 60 мин способствует переходу в раствор аминокислот и биологическ активных веществ. Влияние концентрации щелочного агента на.доброкачественность субг страта представлено в табл. 3. Повышение концентрации щелочного реагента при прочих равных условиях приводит к увеличению в гидролизате количества аминокислот и биологичес ки активных веществ. Вид щелочного реагента в пределах предлагаемых концентраций .(5-100 г/л) не оказыва влияния на биологически активные компоненты щелочного гидролизата активного ила и поэтому могут быть использованы следующие реагенты: едкий натр, сода, аммиак, извёс,ть.: Щелочной гидролизат может быть получен и при щелочной обработке из быточного aKTHBHOfro ила, предварительно подвергнутого дезинтеграции. Дезинтеграция - механическое разрушение клеток.за счет высокоскоростных удг«ров, осуществляемьах рядами штырей, установленных на дисках вращающихся со скоростью до 15000 об/мин. Скорость ударов 80-250 м/с, время дезинтегрирования 30-60 с. Предварительная дезинтеграция избыточного активного ила позволяет в процессе щелочного гидрОлиэа перевести в раствор большее количество биогенных веществ и сам процесс гидролиза провести за более короткое время.. Избыточный активный ил концентрацией 10-60 г/л самотеком подают в дезинтегратор (конструкция. СКТБ Дезинтегратор), регулируют скорость вращения дисков до 10000-15000 об/мин время дезинтеграции 30-60 с, процесс можно вести при 20-80 С, В табл. 4 представлены результаты щелочного гидролиза предварительно подвергнутого дезинтеграции активного ила концентраций 30 г/л при 20°С при враыенйи дисков 12000 об/мин в течение 30 с, В процессе щелочной обработки при за 15 мин в растворе содержалось на 4,3% больше аминокислот и других биологически активных веществ, чем при гидролизе недезинтегрированной биомассы или при той же температуре, но за 30 мин. Пример 1. К 1 л -суспензии активного ила концентрацией 10 г/л добавляют едкий натр из расчета его концентрации суспензии 5 г/л и при перемешивании выдерж Вс1ЮТ при 20°С в течение 15 мин. Затем щелочной гидролизат ила декантируют и используют для нейтрализации кислого сульфитного щелока. Один литр сульфитного щелока нейтрализуют до остатрчной кислотности 3.0-35 мг- экв/л, т.е. До ,О щелочным гидролизатом активного ила. Нейтрализацию щелока проводят при 80°С при перемешивании, вводят питательные соли, раз-бавляют сусло, охлаждают и проводят выращивание кормовых дрожжей рода Candida При рН 4,0-4,8, температуре Зб-ЗВ С, подаче воздуха 100 мл/ч на 1 л среды.. Выход дрожжей составляет 45,6% а.с. от РВ, содержание протеина 51,0%. П р и м е р 2. Способ подготовки субстратов растительного происхождения к выращивайию кормовых дрожжей осуществляют по примеру 1,-но iaзяты оптимальные параметры процесса щелочного гидррлиза активного ила;, концентрация ила 30 г/л, концентрация едкого натра 50 г/л, температура продолжительность 30 мин. Выход дрожжей составляет 49,8%, содержание белка 53,8%, содержание аминокислот в гидролиэате 44,7%. - П р и м е р 3. Способ подготовки субстрата Осуществляют по примеру 1, но при максимальных значениях параметров процесса щелочной деструкции активного ила: концентрация ила 60 г/л, едкого натра 100 г/л, темпе ратура , продолжительность 60 мин. Выход дрожжей 46,1%, содержание сырого протеина 49,2%, содержание аминокислот в щелочном гидролизате 38,4%. Пример 4.К1 л-облагороженного гидролиэата растительного сырья добавляют щелочный гидролиэат активного ила для доведения рН субстграта до 4,0. Расход щелочного г дролиэата активного ила при доведен кислотности перерабатываемого субстр та до 35 мг-экв/л составляет 15 мл при концентрации исходного активного ила, 40 г/л и щелочности его 80 г/л. Нейтрализация гидролизата проводится при и непрерывном переме шивании Q течение 15 мин. Осветлеиный гидролизат разбавляют и вводят в него питательные соли из расчета обеспечения 50% выхода от используемых РВ гидролизата древесины В ка честве рабочей культуры используют дрожжи рода Candida. Параметры куль тивирования: температура 36-38 с, рН 4,6-4,8, обороты мешалки 1200 об/мину подача воздуха 100 мл/ч на 1л жидкости. Выход дрожжей составляет 48,5%, содержание сырого протеина 59,9%. Таким образом., предлагаекий способ позволяет повысить по сравнению с известным способом выход дрожжей на 5,8% с увеличением содержания белка в биомассе на 4,1-10,2%. Кроме того, предлагаемый способ позволит утилизировать избыточный активный ил очистных сооружений, являющийся крупнотоннажным отходом на предприятиях целлюлозно-бумажной и гидролизной пpo 4ьauлeннocти., использовать все биогенные вещества активного ила, упростить схему подготовки субстратов за счет совмещения операции получения биогенной добавки р одновременным ее обеззараживаниеь, на стадии получения щелочного гидролизата активного ила. ,т а б л и ц а 1

Температура, С Время, мин

Концентрация НаОН, г/л рН

Содержание аминокислот % от органических веществ щелочного гидроТемпература, С Время, мин Концентрация, NaOH, г/л

рН .

80 30 50 12,2

150

30

50 11,5

Та блица 2

80 60 50 12,4

80 30 50 12,2

80 15 50 12,7

1052536

Прололженив табл.2