Способ получения биомассы дрожжей Советский патент 1984 года по МПК C12N1/22 

Изобретение относится к микробиологической промышленности, в частности к способам получения биомассы дрожжей.

Известен способ получения биомасciji микроорганизмов, предусматриваюлулй вьфащивание их на жидкой питательной среде при постоянной подаче в нее газов и регулировании его расхода, рециркуляции полученной газожидкостной смеси и дегазации лшдасости в циркулиционном контуре ПЗНедостатками указанного способа являются низкая интенсификация процесса вьфащивания микроорганизмов и высокие энергетическим затраты.

Наиболее близким к предлагаемом является способ получения биомассы дрожжей, предусматривающий выращивание их в ферментере на питательной среде, содержащей гидролизат растительного .сьфья в качестве источника углерода источника азота и г гаиеральные соли5 аэрацию воздухом в процессе выращивания с последующим отделением биомассы от питательной жидкости 2..

Микроорганизмы культивируют под давлением при аэрации среды кислородом и внешней циркуляции части культуральной жидкости с последующим отделением выращенных мгшроорганизмов одним из известных способов и частичным выделением и возвратом неиспользованного кислорода на аэрацию. Время вьфащивания 4-6 ч, выход биомассы 2,5-4% (по сухому веществу) .

Недостатками известного способа являются низкая интенсификация процесса вьфащивания микроорганизмов, и высокие энергетические затраты.

Низкая интенсификация процесса выращивания микроорганизмов вызвана небольшой поверхностью контакта микроорганизмов с кислородом, азотом и другими питательными веществами, невысокой турбулизацией фаз. Небольшая поверхность контакта обусловлена тем, что микроорганизмы контактируют с кислородом только через поверхность пузырьков кислорода газа, назсодящегося в культуральной жидкости., а эта поверхность невелика. .Невысокая турбулизация фаз вызвана самим процессом их взаимодействия, при котором коэффициент массопередачи имеет небольшую вешичину.

Высокие энергетические затраты вызваны большим расходом энергии на ггеремешивание культуральной жидкости Кроме Toroj значительная часть энергии затрачивается на создание давления в линии подачи воздуха с целью обеспечения барбот-ажа воздуха через слои жидкости в промьшшенных аппаратах, которые имеют большую высоту 6-10 м, что обуславливает давление в линии подачи воздуха 0,06-0,1 МПа,

Цель изобретения - увеличение выхода биомассы, а также ускорение к упрощение способа.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения биомассь дрожжей, предусматривающему вьфащивание их в ферментере на питательной среде, содержащей гидролизат растителыУого сьфья в качестве источника углерода, источник азота, минеральные соли, аэрацию среды воздухом в процессе вьфащивания с последующим отделением биомассы от питательной жидкости, аэрацию воздухом осуществляют путем непрерывного пропускания восходящего или нисходящего воздушного потока со скоростью 6-40 м/с через цилиндрическую трубку, установленную в ферментере, с образованием жидкостной пленки, перемещаемой по поверхности трубки, при поддержании температуры воздушного потока и поверхности трубки, равной 38-39с.

При этом на поверхность трубки наносят слой катализатора титана с целью обезвреживания питательной среды, жидкостную пленку создают путем пропускания воздушного потока через питательную среду с последующим введением микроорганизмов, а по мере потребления микроорганизмами из жидкостной пленки и воздушного потока питательных вещестэ последние вводят путем распыления в закрученньш поток .

На чертеже изображена установка, позволяющая реализовать способ.

Установка состоит из верхней и нижней емкости для сбора жидкости 1, цилиндрической трубки 2 и переливного устройства 3, соединяющего емкости для сбора жидкости 1,

Ц1-миндрическая трубка 2 своим нижним концом входит в газовый патрубок 4s которьш закреплен в днище нижней

образуя совместно с ним

емкости 3 коаксиальный кольцевой зазор 5. А в верхней части цилиндрической труб ки 2 закреплен дырчатый сепаратор 6, предназначенный для отделения жидкости от воздуха. Внутри цилиндрической трубки 2 закреплены завихр тели газожидкостного потока 7, а пе ред завихрителем установлены патруб ки для подвода питательных веществ 8. На наружной поверхности цилиндри ческой трубки 2 выполнена теплообменная рубашка 9. Воздух на аэрацию подается через газовьш патрубок 4. Питание поступает через штуцер 10, нечистая культура подается в штуцер 11, готовые микроорганизмы отво дятся через штуцер 12, закрепленный в верхней емкости 1. Установка работает следующим образом. Воздух, предназначенный для аэра ции, проходя через газовый патрубок 4 с большой скоростью, поступает во внутрь контактного устройства 2, где захватывает с собой жидкость и микроорганизмы, поступающие туда через коаксиальный кольцевой зазор, и транспортирует их в виде тонкой жидкостной пленки по внутренней поверхности цилиндрической трубки 2. При этом происходит интенсивный мас сообмен между микроорганизмами в жидкостной пленке и воздухом, интен сивный рост микроорганизмов и интен сивная теплопередача от жидкостной пленки к теплоносителю. По мере исчерпывания питательных веществ из жидкостной пленки и воздуха в закру ченный завихрителем 7 воздушный поток вводятся указанные компоненты питательных веществ, которые под действием вращательного движения воздушного потока интенсивно переме шиваются и поступают в жидкостную пленку, обуславливая тем самым своевременный подвод питательных ве ществ к микроорганизмам и их интенсивный рост. На выходе из цилиндрической трубки жидкостная пленка попадает на внутреннюю поверхность ды чатого сепаратора 6 и оттуда вьщавливается через отверстия в верхнюю полость емкости 1, а воздух, очищен ный от жидкости и микроорганизмов, удаляется с верхнего торца дьфчатого сепаратора в атмосферу При этом питательное сусло постоянно подается в штуцер 10, а Чистая культура 7в штуцер 11. Температуру поверхности цилиндрической трубки 2, по которой транспортируются микроорганизмы совместно с культуральной жидкостью, поддерживают, равной 38 С, за счет подачи теплоносителя (воды) в теплообменную рубашку 9. Постоянство температуры воздуха, равной 38 С, обеспечивается с помощью электрокалорифера. Готовый продукт отводится через штуцер 12. Параметры установки: Высота цилиндрической трубки 8 м Диаметр цилиндрической трубки 0,05 м Материал трубки х 18Н10Т. Восходящее прямоточное движение фаз возможно только при скорости газа более 6 м/с, В случае нисходящего двинсения воздушного потока и жидко.стной пленки при скорости газа не менее- 6 м/с не наблюдается равномерности распределения жидкост ной пленки по, смачиваемой поверхности у жидкость стекает в виде струй ( низких касательных напряжений на границе газ - пленка жидкости) 5 что обуславливает недостаточное насыщение дсидкости кислородом и гибель микроорганизмов. При скорости воздушного потока более 40 м/с, как в случае -восходящего, так и нисходящего движения потоков, происходит разрушение пленки жидкости, срыв ее с твердой поверхности (в виде капель) в воздушный поток, что ведет к резкому снижению подвода кислорода к шкpoopгaнизмaм (скорость массоотдачи в каплях на порядок ниже, чем в пленке жидкости). и уменьшению выхода микроорганизмов, При поддержании температуры воздушного потока и поверхности трубки, равной соответственно 36 - 40 С и скорости воздушного потока 15 м/с время роста микроорганизмов составит соответственно 5, 3 , 8, 3, 3, 3, б ч. Таким образом, наименьшее время роста имеет место при температуре воздушного потока и поверхности, равной 37-39 С. С уменьшением или увеличением температуры выше указанного предела происходит замедление роста микроорганизмов. При дополнительном вводе питательных веществ в закрученный (совершающий вращательно-поступательное

движение, после прохождения через завихритель) воздушный поток путем центробежных сил они отбрасываются на поверхность жидкостной пленки и не уносятся воздушным потоком из цилиндрической трубки. При вводе пи тательных веществ в закрученный поток выход биомассы увеличивается примерно на 20% в сравнении с осевым воздушным потоком. Большая поверхность контакта создается за счет торо, что контакт микроорганизмов с воздухом происходит не через поверхность пузырьков воздуха (как в прототипе) 5 а ftpes тонкую жидкостнуга апенку, поверхность которой на порядок превосходит поверхность контакта при способед взятом за прототип. Вследствие этого многократно увеличивается насыщение сусла кислородом из воздуха и подвод его к г-дакроорганизмам; улучшается приток питательных веществ к микроорганизмам, что ускоряет их poCTf микроорганизмы лучше усваивают РВ, что увеличивает выход биомассы.

Интенсивная турбулизацр1я жидкостной пленки и воздуха обусловлена высокими касательными напряжениями ,на границе раздела фаз, большой скорости движения фаз наличием волнообразования на поверхности жидкостной пленки.

Интенсивная турбулизация жидкостной гшенки позволяет полностью перемешивать микроорганизмы в культуральной лидкости, своевременно подводить и отводить тепло от микроорганизмов, а также ускоряет подвод кислорода к микроорганизмам.

Снижение энергетических затрат обусловлено тем, что для осуществления указанного способа требуется давление в линии подачи воздуу а ОJ001-0,03 Шa, что значительно 8ы ше, чем при проведении процесса способом,: взятым за прототип. Кроме того, в указанном способе не тратится энергия на перемешивание среды специальными перемешивающими устройствами.

Улучшение теплопередачи вызвано увеличением коэффициента теплопередачи от жидкостной пленки к теплоносителю по сравнению с прототипом,, где теплопередача осуществляется от значительного объема лшдкости к теплоносителю.

Пример 1. Кормовые дрожжи выраш.ивают на гидролизате с концентрацией 2.5,7 РВ. В качестве посевного материала используют дрожжи расы Тулунская-6, Состав среды - азот 1.,7 г/л; РйОс - 0,18 г/л; КС LО,72,г/л.

Выращивание проводят при непрерывной подаче питательной среды в воздушньм поток через штуцер до контакта с микроорганизмами. Скорость подачи г гад роли9ата регулируют скоростью их потребления,; Рп поддерживают в пределах 4 2-4„б, добавляя водный раствор аммиака с концентрацией 24-25%. Температуру питательной средь с ммкрооргаккзмами поддерживаюТу равной 38-39 С.

Питательную жидкость непрерывно пропускают Б виде тонкой яшдкостной пленки по внутренней поверхности цилиндрической трубки при восходящем потоке. Среду насыщают очи1ценньп.1 подогретым воздухом. Процесс ведут непрерывно.. Скорость воздуп.ногс потока поддерживают, равной 45 6,, 40, 45м/с. .,

Время роста шкpoopгaнизмoE при этом составит соответственно 0; 3,5; 3; 4 ч,

Зыхсд биомассь равен О, 38 г/Л;. 45j 36 г/л (прессованных дролокей) ,

При скорости воздушного потока менее б м/с выхода биомассы практически кет. а при скорости более 40 м/с происходит снгшение выхода биомассы и увеличение времени роста микроорганизмов. Ухудшение этих параметров вызвано слабым касьпцением питательной среды кислородом и большим уносом капель жидкости при разруцгении к срыве пленки.

ГГр и м е р 2, Кормовые дрожжи, враЕгивают аналогично примеру 1., но при нисходящем воздушном потоке и гшенки жидкости.

Скорость воздуха поддерживаютj равной 4; 6;, 40, 45 м/с. Время роста .микроорганизмоз равно соответственно б,, Зд 7, 3,, 3, 8ч. Выход биомассы - 30j 35з 45J 36 г/л (прессовакньк дрожжей).

При восходящем и нисходящем потоках воздуха к пленки жидкости происходит интенсивньй рост микроорганизмов , Применение восходящего или нт4;сходящего потоков определяв ется те1гнологией ведения процесса

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОМАССЫ ДРОЖЖЕЙ, предусматривающий выращивание их в ферментере на питатель.ной среде, содержащей гидролизат растительного сьфья в качестве источника углерода, источника азота,, минеральные соли, аэрацию среды воздухом в процессе вьфащивания с последующим отделением биомассы от питательной жидкости, о т л и ч а ющ и и с тем, что, с целью увеличения выхода биомассы, а.также ускорения и упрощения способа, аэрацию воздухом осуществляют путем непрерывного пропускания восходящего или нисходящего воздушного потока со скоростью 6-40 м/с через цилиндрическую трубкуз установленную в ферментере, с образованием жидкостной пленки, перемещаемой по поверхности трубки, при поддержании температуры воздушного потока.и поверхности трубки 38-39 С. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что на поверхность трубки наносят слой катализатора титана. 3.Способ по п. 1 о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью обезвреживания питательной среды, жидкостную пленку создают путем пропускания воздущного потока через питательную среду с последующим введением микроорганизмов. 4.Способ по п. 1, отличающийся тем, что по мере потребления микроорганизмами из жидкостной пленки и воздушного потока питательных веществ последние вводят путем 00 распыления в закрученный поток воздуха.