Способ концентрирования бактериальной биомассы Советский патент 1985 года по МПК B01D21/01 

изобретение относится к технологии микробиологических производств, преимущественно к технологиии вьвдел ния кормовой бактериальной биомассы Высокая седиментационная устойчи вость водной суспензии бактериальной биомассы сильно затрудняет процесс получения кормовой биомассы и приводит к усложненш) технологическ схем стадии концентрирования водной суспензии, содержащей бактериальные клетки. Известен способ концентрировани бактериальной биомассы добавлением к водной суспензии полиэлектролита ВА-2 до концентрации 0,1-0,15% и порошкообразного перлита до концентрации 1% ij . Однако при этом способе Целевым продуктом является нативный раствор а отделенная биомасса не используется в качестве кормовой добавки,, так как наличие в ней синтетического . фпокулянта ВА-2 .(поли-4-винил-й-бензилтриметиламмонийхлорид) и порошкообразного перлита ухудшает кормовые достоинства бактериальной биомассы и требуе дополнительных медико-биологических исследований. Известен также, способ вьщеления бактериальной биомассы, полученной на метаноле, с помощью добавления полиакрилата Na, снижения рН ниже 3,5 с последующим нагреванием суспензии выше 2 . В получен ной с помощью этого способа биомассе содержится синтетический полимер (полиакрилат Na), а снижение рН ниже 3,5 с последующим нагревом суспенЪии выше 50 С может привести к частичной девитаминизации и снижению качества готовой кормово биомассы. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ вьщ ления бактериальных клеток из суспе зии, когда в качестве флокулянта ис пользуют казеин соевых бобов или ка зеин молока животных, или щелочнорастворимый белок соевых бобов. Флокуляцию бактериальной биомассы проводят при i 60°С и непрерьшном перемешивании суспензии, содержащей 0,3 - 3,5 г/л флокулянта, в течение 1 ч. При флокуляции казеином соевых бобов оптимальная величина рН 2,5 для казеина животного молока рН 4,7 33 . Однако при известном способе вьщеления бактериальной..биомассы расходуют значительные количества дефицитного растительного и животногосырья. Проведение процесса флокуляции при Л 60 С в течение 1 ч предопределяет наличие дополнительного подогревателя для всего значительного потока суспензии микроорганизмов, а длительность температурного воздей-. ствия может привести к частичной девитаминизации и снижению качества получаемого продукта. Зависимость .оптимальной величины кислотности среды от используемого флокулянта создает определенные технологические трудности. Целью изобретений является упрощение технологического процесса и . . уменьшение его длительности. Поставленная цель достигается тем, что при способе концентрирования бактериальной биомассы белковым флокулянтом, в качестве последнего используют предварительно этерифицированную низшими одноатомными спиртами водорастворимую белковута фракцию биомассы микроорганизмов и процесс проводят при 15-4О С и рН 3-7. При этом концентрация флокулянта в суспензии составляет 0,01-0,5 мае.2. Водорастворимую белковую фракцию получают из части того же кормового продукта, которьй подвергают концентрированию. На фиг. 1 показана зависимость параметров эффективности процесса флокуляции от величины рН суспензии (Сфд т 0,04%; t 30°С); на фиг. 2 зависимость параметров эффективности процесса флокуляции от температуры .флокулируемой суспензии (Сфд 0,035%; рН 4,7). Водорастворимую белковз фракцию олучают из 10-15 мас.%-ной суспензии биомассы микроорганизмов в 0,3 М водном растворе NaC2 или КС В .при рН 4,5-4,6 и t 40-45 С. Процесс про.текает при непрерьюном перемешивании в течение 30 мин при t 405°С. Последунщее отделение клеточных оболочек проводят на центрифуге при п 6000 об/мин, Полученнзда водорастворимую б&лковук фракцию подвергают этерификации низшими спирта ми (от С до Cf) в присутствии сер31ной кислоты (рН А-4,6) при t 4045°С и непрерывном перемешивании в течение 25-30 мин. Полученный таким образом флокулян добавляют к водной суспензии перед стадией вьщелення бактериальных клеток в концентрации 0,01-0,5%. Время установления динамического равновесия между осветленным раствором и осадком 15-30 мин. Проведение процесса флокулядии при температурах нижеМ5ивыше 40 С лриводит к значительному снижению скорости образования и соосаждения флокул, что характеризуется резким возрастанием оптической плотности осветленного слоя и снижением степени полноты, осаждения биомассы. Проведение процесса при значении рН выше 7 приводит к снижению эффективности флокуляции и соосаждения, а снижение рН ниже 3 может при вести к частичной денатурации белка и снижению качества готового продук та. Проведение процесса флокуляции при концентрации более 0,5% приводи к стабилизации суспензии бактериаль ных клеток, а при концентрациях 0,01% флокуляция не происходит. Для обоснования выбранных гранич ных условий приведены графики завис мости оптической плотности осветлен ного слоя надосадочной жидкости (D) отношения высоты осветленного слоя оптической плотности этого слоя (Пд / D ) от температуры и рН процесс флокуляции. Как видно на фиг. 1 и 2, эффекти ная флокуляция (ПОР/Э 300,,4) достигается только в интервале темп ратур 15-40 С и рН 3-7. Пример. Для получения флоку лянта берут 10 г кормовой бактериальной биомассы, полученной на мета не, смеппшают с 100 мл 0,3 М раствора NaCl, рН суспензии доводят до величины 4,5-4,6 серной кислотой, проводят перемешивание суспензии с h 60 об/мин при в течение 30 мин. Отделение клеточных обо лочек проводят центрифугированием при об/мин в течение 15 мин К фугату добавляют 5 мл этилового спирта и проводят этерификацию при перемешивании с h 60 об/мин и в течение 25 мин. Флокуляции подвергают водную суспензию бактерий Methylococcus capsulafusс концентрацией 11 г/л, полученную при глубинном культивировании на метане. В качестве флокулянта добавляют водорастворимую белковую фракцию, полученную описанным образом в концентрации 0,03%. Эффективность флокуляции оценивают по величинам оптической плотг ности (J) осветленного слоя надрсадочной жидкости, относительной высоты осветленного слоя (h св % рт общей высоты столба осветленной жцдкости и полученного осадкаJ и высог:; ты осадка (h рс ) Через 15 мин после добавления флокулянта величина D 0,2, высота осветленного слоя 1i(,j.a 95%, /D 95/0,2 475. Через 30 мин после добавления флокулянта значения параметров составляют D 0,197, 95%, осб/D 483. В таблице приведены данные при разных концентрациях флокулянта, температурах рН. Как видно из примеров 1-5, во (Всем исследованном диапазоне наблюдается эффективная флокуляция и соосаддение бактериа льной биомассы. Значение величины оптической плот- -ности осветленного слоя близко к значениям величины оптической плотности фугата (D 0,195), полученного центрифугированием бактериальной суспензии при п 15000 об/мин в течение ЗОмшЕ, что обеспечивает 99,5%-ную очистку фугата от бактериальных клеток. Изменение температуры выше или ниже предлагаемых пределов резко ухудшает процесс соосаждения, и осветленный слой не образуется, повышение рН также ухудшает флокуляцию, высокая концентрация водорастворимой белковой фракции приводит к стабилизации суспензии, а низкая концентрация не вызывает флокуляции. Использование предлагаемого способа концентрирования суспензии бактериальной биомассы флокулянтом, получаемым этерификацией водорастворимой белковой фракции,.позволяет отказаться от расхода дефицитного природного сьфья, понизить температу-: ру и уменьшить продолжительность процесса вьщеления кормовой биомассы, а также обеспечить производство фло-.

S11354816

кулянта из части получаемого нало 50 тыс. руб.в год (выпуск

этом же предприятии продукта.10 тыс.т/год).

Ожидаемый экоиомический эффект отИспользование предлагаемого спо внедреиия предлагаемого способа кон-соба концентрирования позволит упросцентрирования бактериальиой биомас- s тить технологическую схему вьвделесы с учетом имеющейся годовой пронз-водительности составляет око- ;

ння, уменьшить потери биомассы и повысить качество готового продукта.

1. СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ БАКТЕРИАЛЬНОЙ БИОМАССЫ белковьм флокулянтом при определенных рН и температуре, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологического процесса и уменьшения его длительности, в качестве флокулянта используют предварительно зтерифицированную низшими одноатомньми спиртами водорастворимую белковую фракцию биомассы микроорганизмов и процесс проводят при 15-40 С и рН 3-7. 2.Способ по п.I, о т л и ч а юat и и с я тем, что концентрация флокулянта в суспензии составляет 0,01-0,5% мае. 3.Способ по ПП.1 и 2, о т л ичающийЬ я тем, что водорастворимую- белковую фракцию получаю из (Л части того же кормового продукта, который подвергают концент1 ированию. СО СП 4 00

Пример

4,5

0,03

30 15 40 3,0 0,01 5,0 0,1

25 35

7,0

0.5 6,0 0,05

7-,5

45 10 60

0,005 7,5

0,6 4,7

0,12

т475

0,20

Этанол Oi31 308 Этанол 0,30 317 Изопропа

НОЛ

0,32

297

Пропанол 0,26 366 Метанол

9,3

Этанол 8,9 Этанол

328 0,29