Способ выращивания микроорганизмов Советский патент 1987 года по МПК C12N1/00 

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к способу выращивания микроорганизмов .

Цель изобретения - повышение выхода биомассы.

Способ осуществляют следующим образом.

Инокулят дро жжей или грибов и питательную среду загружают в ферментер до значения коэффициента его заполнения 0,9-0,95, ферментер герметизируют, а в аэраторе устанавливают внешнее давление воздуха, равное 0,05-0,1 МПа. Вращением мешалки устанавливают скорость движения куль- туральной жидкости в ферментере, равную 10-50 об/мин. При этом разброс давления аэрирующего г аза и скорость циркуляции культуральной жидкости необходимы для создания эффективного газообмена культуральной жидкости, удовлетворяющего потребность микроорганизмов в.кислороде и с учетом их прочностных свойств, т.е. 1 азообмен интенсифицируют как за счет увеличения давления аэрирующего газа, так и за счет скорости циркуляции культуральной жидкости. Указанные интервалы режимов являются оптимальными и дают наибольший выход биомассы.

Затем культуральную жидкость перемешивают с аэрирующим газом до стадии, когда весь газ, находящийся в наджидкостной полости ферментера, не будет диспергирован в культуральной жидкости, при этом образованная газожидкостная смесь должна заполнить весь объем ферментера. После выдержки 1-3 мин такой процесс можно считать установившимся, т.е. наступает состояние динамического равновесия образования и рч1зрушения пузырьков газа. Образовання культуральная среда является изотропной, так как в ней равномерно распределены клетки микроорганизмов, нерастворимые компоненты питательной среды, пузырьки газа и растворимые компоненты среды и продукты жизнедеятельности культуры. В процессе выращивания микроорганизмов, соотношение газа и культуральной жидкости остается постоянным

Направленную циркуляцию т азожид- костной смеси- осуществляют благодаря модификации конструкции ферментера циркуляционного типа.

На чертеже показан ферментер для осуществления предлаг яемого способа. В ферментере, содержащем цангу 1, отбойники 2, аэратор 3, теплообменник 4, .циркуляционную трубу 5 и привод 6, цанг а 1 укорочена до уровня отбойников 2, а аэратор 3 установлен под, теплообменником 4, вследствие чего в плоскости кольцевого теплообмекника во-зникаёт градиент скорости циркулирующет о потока культуральной жидкости, при этом образуется фиксированная . зона фазового перехода (кавитации) этой жидкости, которая

обеспечивает вьщеление из культуральной жидкости и диспергирование в нее-газа на протяжении всего процесса выращивания микроорг анизмов. Газообмен культуральной жидкости

осуществляют путем периодической смены Г аза в кавитационной зоне. Для этого из кавитационной зоны через аэратор сбрасывают избыточное давление отработанног о газа в атмосферу

и вновь наддувают ее новой порцией Г аза до исходного давления, при этом частоту набора и сброса давления газа выбирают в пределах 10-60 имп/мин. Указанный диапазон выбирают с учетом

реологических свойств .питательной среды и плотности растущей популяции (т.е. в зависимости от объекта культивирования и питательной среды). Правильный выбор частоты смены газа

в зоне кавитации обеспечивает защиту от случайного выброса через аэратор в атмосферу культуральной жидкости с отработанным газом.

Пример. Инокулят дрожжей

Candida utilis ВКМ-У-2330 выращивают в колбах на качалке в течение 24 ч на среде, Г/л: глюкоза 20;КК РО, 3,65; 12; Н.,0 6,92;NH4NOj 1,5; MgS04- 7HjO 0,25; KCl 0,1;

Ре.,.(804)з 0,00307; MnS04 0,0004;

CaCl 0,0004j ZnSO 0,0004; (NH 4) MoO 2H20 - 0,0002 при температуре 284 ГС.

Полученный ияокулят и питательную среду загружают в ферментер с коэффициентом его заполнения. О,95 (соотношение воздуха и культуральной среды 0,5 - 9,5), ферментер г ерметизируют, а в аэраторе устанавливают внешнее давление воздуха, равное 0,1 МПа .Вращением мешалки устанавливают скорость движения культуральной среды 50 об/мин и перемешивают

среду с воздухом до стадии, когда весь воздух, находящийся в наджид- костной полости ферментера не будет диспергирован в культуральную жидкость, при этом образованная газожидкостная среда должна заполнить весь объем ферментера, В плоскости кольцевого теплообменника возникает градиент скорости циркулирующего потока культуральной жидкости, в результате чего образуется фиксированная зона кавитации.

Дисперсность пузырьков воздуха в культуральной жидкости при прохождении ее через зону кавитации увеличивается,, а через 3 мин в культуральной жидкости наступает динамическое равновесие, при котором образование и разрушение пузьфьков воздуха остается величиной постоянной, т.е. куль туральная жидкость приобретает свойства изотропного состояния.

Газообмен в процессе выращивания дрожжей Candida utilis осуществляют путем периодической смены г аза в зоне кавитации культуральной жидкости, для чего из кавитационной зоны через аэратор сбрасывают избыточное давление отработанного газа в атмосферу и вновь наддувают ее новой порцией воздуха до исходного давления, при этом частота набора и сброса давления воздуха составляет 6С имп/мин.

Выращивание дрожжей Candida utilis проводят в течение 8 ч при 30°С. В начале и конце процесса отбирают пробы культуральной жидкости, определяют сухой вес биомассы. На протяжении всего процесса контролируют датчиком оптической плотности оптическую плотность в кюветах с рабочим объемом 1 мм.

Результаты исследования роста дрожжей.Candida utilis приведены в табл. 1.

Полученные данные свидетельствуют о том, что высокая скорость циркуляции изотропной культуральной среды препятствует образованию застойных зон, расслоению культуральной жидкости и налипанию клеток дрожжей на поверхности емкости.

Таким образ.ом, выход биомассы Candida utilis увеличивается в 1,24 раза. Кроме того, проведение процесса при коэффициенте заполнения 0,95 позволяет увеличить производительность аппарата с 0,38 г/ч до 1,38 г/ч т.е. в 3,66 раза.

П р и м е р 2. Инокулят базидио- мицета Panus tigrinus выращивают в

колбах на качалке при в течение 5 сут, на среде, г/л: г лицерин 20; пептон 5; соевая мука 5, KNO 2,0,- MgSO -JHgO 0,5; CaCl 2НзС 0,1 при.рН среды - 6,0. Полученный инокулят, имеющий вид шариков (агломератов гиф) с размером 3-7 мм в диаметре, вносят в питательную среду указанного состава из расчета 10% к объему питательной среды.

Выращивание гиба Panus tigrinus проводят в ферментере при соотношении культуральной жидкости к воз- длгха 9;1. Перемешивание культуральной л идкости с воздухом осуществляют насосом в замкнутом объеме емкости при скорости циркуляции 10 об/мин культуральной жидкости.При перемешивании.культуральной жидкости с воздухом в указанных условиях

агломераты мицелия при движении через кромку теплообменника попадают в кавитационную зону,где происходит их разрыхление (разъединение на отдельные нити гиф), и через 5 мин

циркуляции культуральной жидкости весь внесенньш в питательную среду инокулят превращается в гомогенную массу мицелия,равномерно распределившуюся по всему объему питательной среды.

При перемешивании культуральной жидкости воздз х, составляющий в емкости 10% объема, диспергируется в культуральную жидкость и одновремен

но с разрушением аг ломератов мице45

лия, в виде мелких пузырьков, распределяется в объеме культуральной жидкости, постоянно увеличивая свою рисперность.

Динамическое равновесие, при котором дисперсность пузырьков воздуха стабилизируется, наступает через 6 мин от начала перемешивания куль50 туральной жидкости, что свидетельствует о преобразовании культуральной жидкости из анизотропного в изотропное состояние. Газообмен в процессе выращивания гриба Panus tigrinus

55 осуществляют путем периодического ввода-аэрирующего воздуха в зону кавитации культуральной жидкости до давления 0,5 Ша с последующим сбросом в атмосферу избыточного давления отработанного газа с частотой 10 имп/мин.

Выращивание гриба проводят при в течение 3 сут. Ежесуточно отбирают пробы культуральной жидкости и проводят ее визуальный и микроскопический анализ. При сливе из емкости культуральная жидкость представляет собой гомогенную мелкодисперсную массу, время осаждения которой превьшает 30 мин что свидетельствует о гомогенном росте гриба.

Результаты выращивания представлены в табл. 2.

Таким образом, активный рост ба- зидиомицета Panus tigrinus в услови- 9х глубинной ферментации и отсутствие застойных зон позволяют увеличить выход биомассы в 1,47 раза. Кроме того, проведение процесса при высоком коэффициенте заполнения аппарата 0,9 без использования каких-либо пеногасителей увеличивает производительность аппарата с 0,036 г/ч до О, 14 г/ч, т.е. в 4,0 раза.

Таким образом, предлагаемый с.по- об выращивания микроорганизмов позоляет повысить вьрсод биомассы в 1,24-1,47 раза, производительность аппарата в 3,66 - 4,00 раза; выращивать мицелий грибов в гомогенном состоянии; осуществлять управляемый г азообмен растущей культуры в условиях изменения реологических свойств ультуральной жидкости; проводить роцесс выращивания микроорг анизмов с высоким коэффициентом заполнения аппарата без применения механических и химических пеногасителей.

Формула изобретения

Способ выращивания микроорганизмов, предусматривающий перемешивание суспензии микроорганизмов с аэрирующим газом , циркуляцию газожидкостной смеси с образованием зон кавитации ввод и отвод аэрирующего газа, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения выхода биомассы, перемешивание суспензии микроорганизмов с аэрирующим газом проводят при их объемном соотношении (1-0,5): :(9-9,5) до наступления состояния динамического равновесия, циркуляцию осуществляют со скоростью 10-50 об/ дан,аввод и отвод аэрирующего газа ведут через зону кавитации с частотой 10- ,

60 имп/мин, при этом ввод аэрирующего

13Q86246

газа осуществляют до достижения давления 0,05-0,1 Ша/

Т а б л и ц а

Объем ферментера, л3

Объем загрузки, л1

Исходная биомасса, г/л 0,95

Биомасса через

8 ч роста г/л 3,05

Прирост биомас-

сы, г/л - - 2,10

Выход биомассы,

г/л -ч0,38

2,85

0,90

3,75

2,85

0,47

Таблица2

Объем ферментера, л3 3

Объем загрузки, л1 2,7

Исходная биомасса, г/л 0,8 0,8

Биомасса через

3 сут, г/л 2,6 3,8

Прирост биомассы, г/л1,8 3,0

Выход биомассы, г/л ч 0,036 0,053

W//////////////// /

Составитель В.Черноусов Редактор Н.Швыдкая Техред Л.Сердюкова

Заказ 1774/21 Тираж 500Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Корректор А.Обручар

Изобретение относится к микробиологической промышленности и касается способа выращивания микроорганизмов. Цель изобретения - повышение выхода биомассы. Суспензию микроорганизмов перемешивают в ферментере с аэрирующим газом при их объемном соотношении (1-0,5):(9-9,5) до наступления состояния динамического равновесия, газожидкостная смесь циркулирует направленно со скоростью 10-50 об/мин, при этом азриру- ющий газ вводят и отводят с частотой 10-60 имп/мин через образующуюся в результате циркуляции зону кавитации. Ввод газа осуществляют до давления 0,05-0,1 МПа.Выход биомассы увеличивается по сравнению с известным способом в 1,24-1/t7 раза. 1 ил., 2 табл. с (Л ю и