Способ получения белково-витаминного концентрата Советский патент 1989 года по МПК C12N1/16 C12N1/16 C12R1/645 

1

(21)4318983/28-13

(22)31.07.87

(46) 15.07.89. Бюл. № 26

(71)Всесоюзный научно-исследовательский институт винограда и продуктов его переработки Магарач и Институт микробиологии и вирусологии

им.Д.К.Заболотного

(72)Е.И.Квасников, В.Г.Сумневич, А.В.Кирюшин, В.Н.Ежов, С.С.Нагорная, А.Н.Котляр, В.А.Горина, А.К.Полонская, О.Ф.Петренко, Ф.М.Буртова и Л.Ф.Зырянова

(53)663.14 (088.8)

(56)Забродский А.Г. Технология и контроль производства кормовых дрожжей на мелассной барде. М.: Пищевая промьшшенность, 1980, ее.26-27, 28-30.

(54)СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛКОВО-ВИТА- МИННОГО КОНЦЕНТРАТА

(57)Изобретение относится к микробиологической промьшшенности, в частности к производству белково-витамин- ных кормов. Цель изобретения - увеличение выхода биомассы и снижение затрат на осуществление процесса. Способ заключается в том, что при выращивании дрожжей в две стадии при использовании бисубстратной среды устанавливают лимит по углероду во втором ферментере и лимит по кислороду в первом, при этом в качестве продуцента белка в первом ферментере избирают штамм, селективно использующий один из углерод- содержащих компонентов питательной среды только в аэробных условиях. Скорость разбавления непрерывного двухстадийного процесса определяется величиной, составляющей не более половины максимальной удельной скорости роста штамма во втором аппарате. При использовании моносубстратной среды применяется один штамм аэробных микроорганизмов, наиболее эффективно ассимилирующий данный источник углеродного питания в условиях переключения с лимита по кислороду на лимит по углероду во втором аппарате. 4 табл.

сл

4

со

со

05 05

ел

Изобретение относится к микробиологической промышленности ,в частности, к производству белково-витаминных кормов. Цель изобретения - увеличение выхода биомассы и снижение затрат на осуществление процесса. Способ заключается в том, что при выращивании дрожжей в две стадии при использовании бисубстратной среды устанавливают лимит по углероду во втором ферментере и лимит по кислороду в первом, при этом в качестве продуцента белка в первом ферментере избирают штамм, селективно использующий один из углеродсодержащих компонентов питательной среды только в аэробных условиях. Скорость разбавления непрерывного двухстадийного процесса определяется величиной, составляющей не более половины максимальной удельной скорости роста штамма во втором аппарате. При использовании моносубстратной среды применяется один штамм аэробных микроорганизмов, наиболее эффективно ассимилирующий данный источник углеродного питания в условиях переключения с лимита по кислороду на лимит по углероду во втором аппарате. 4 табл.

Изобретение относится к микробиологической промьшшенности, в частности к производству белково-витамин- ных кормов.

Цель изобретения - увеличение выхода биомассы и снижение затрат на осуществление процесса.

Способ заключается в том, что при двухстадийном выращивании дрожжей последовательно в двух ферментерах.

подаче в аппараты питательной среды, смешивании ее с культуральной жидкостью, непрерывной аэрации, отборе культуральной среды и выделении из нее биомассы, процесс ведут в потоке на штаммах дрожжей, каждый из которых селективно использует только один из углеродсодержащих компонентов бисубстратной питательной среды (причем один только в аэробных условиях),

а cK(ipocTb рачбпрления принимают из расчета прохождения процесса на второй стадии в условиях лимита по углероду .

Скорость разбг.яления определяют по штамму, культивируемому на второй стадии. При этом скорость разбавлени не должна превышать половины от максимальной удельной скорости роста этого штамма.

При использогании моносубстратной cpexvii г:pи мяют один штамм микроор- гани;,мов, наиболее эффективно ассимилирующий данный источник углерод- чого питания в условиях переключения с лимита по кислороду, на лимит по углероду во втором аппарате.

Культуральную среду, отбираемую из первого ферментера, направляют непосредственно в последовательно соединенный с первым второй аппарат, не выделяя из нее биомассу.

При культивировании на двухсубст- ратной среде в первом ферментере дрожжи используют один из источников углерода питательной среды, характерный для этого штамма только в аэробных условиях при лимите по кислороду, вызванном либо высоким содер жанием субстрата, либо низкими массв обменными характеристиками оборудования. Затем культуральная среда поступает непосредственно в другой аппарат и другой штамм микроорганиз- мов, растущий в этом ферментере, использует другой источник углерода питательной среды, характерный для этого штамма, В это же время первый штамм во втором аппарате продолжает в условиях лимита по углероду использовать остаточные концентрации своего источника углерода (недоис- пользованность в первом аппарате), и оба штамма растут одновременно, не вытесняя друг друга.

Таким образом, обеспечиваются оптимальные условия роста для обоих штаммов микроорганизмов, за счет чего достигается увеличение удельного выхода биомассы.

Процесс начинают с периодического выращивания аэробных микроорганизмов раздельно в двух аппаратх на питательной среде, содержащей один или два источника углерода. Перед выходом на непрерывный режим ферментеры соединяют погле;и ватепьно, и .исходную питательную среду подают только в прр

0

5 0 5 О

е

0

вый аппарат. Скорость разбавления устанавливают по значению максимальной удельной скорости роста штамма, растущего во втором аппарате (на уровне не более 50% от нее).

При непрерывной подаче бисубстрат- ной (по углероду) среды в первом из двух последовательно соединенных ферментеров культивируют штамм, избирательно ассимилирующий один из двух источников углерода только в аэробных условиях и имеющий более высокую удельную скорость роста..Поступая из первого аппарата во второй, этот штамм ассимилирует остаточные количества своего источника углерода и не вступает в конкуренцию за субстрат со вторым штаммом.

При использовании моносубстратной по углероду среды, в качестве продуцента применяют штамм, наиболее эффективно усваивающий данный субстрат. Процесс начинается с одновременного периодического выращивания такого штамма в двух ферментерах. При выходе на непрерывный режим аппараты соединяют последовательно, и непрерывное культивирование ведут аналогично выращиванию на бисубстратной среде. В первом аппарате при лимите по кислороду, вызванному высокой концентрацией субстрата или низкими масбооб- менными характеристиками, штамм усваивает часть источника углерода и, переходя во второй аппарат, работающий в лимите по углероду, ассимилирует остаток субстрата.

Пример 1 о Культивирование осуществляли на бисубстратной по углероду питательной среде, содержащей 10 г/л этанола, 10 г/л сахарозы и

набор солей, приведенный в табл.1.

I

Для осуществления процесса в первом ферментере использовали культуру Candida krusei № У-342, во втором - Saccharomyces cerevisiae 616 (BKIIM 4-452) . Емкость ферментера - 3 л каждый.

Применяли следующие режимы культивирования: рН 4,4, температура З5 с (первый аппарат); рН 5,5, температура 27°С (второй аппарат). Подача воздуха в ферментеры (аэрация) составляла 1 об/об среды, мин при 300 об/мин мешалки, скорость разбавления принимали равной 0,15 ч, или

40% от максимальной скорости роста дрожжей Saccharomyces cerevisiae 616.

В установившемся режиме концент- дрожжей C.Krusei Y-342 на выходе первого аппарата составила 5,1 г/л абсолютно сухих веществ (АСВ после перемещения биомассы во второй аппарат продолжалось их накопление на остатке этанола и параллельное на копление S.cerevisiae 616 на сахарозе. Общий выход биомассы в опыте составил 14,8 г/л АСВ при общем экономическом коэффициенте 0,74 г АСВ/г углеродного питания (табл.3). При скорости разбавления, равной 0,19ч (50% от максимальной удельной скорости роста штамма во втором аппарате), общий выход биомассы составил 14,2 г/л АСВ при экономическом коэффициенте 0,71 г АСВ/г углерода.

П р и м е р 2. Культивирование осуществляли на моносубстратной по углероду среде, содержащей 20 г/я этанола, а также стандартный для культивирования набор микроэлементов

приведенный в табл.2. I

Для осуществления процесса в обои ферментерах использовали культуру C.lcrusei Y-342. Применяли следующие режимы культивирования: рН 4,4, температура 35°С, подача воздуха 1 об/об среды мин при 300 об/мин мешалки, скорость разбавления 0,20 ч или около 40% от максимальной удельной скорости роста штамма на первой стадии.

В установившемся режиме коН1;ентра- ция дрожжей на выходе первого ферментера составила 7,7 г/л АСВ; после перемещения во второй аппарат прирост ее составил 7,0 г/л АСВ, или всего получено 14,7 г/л АСВ при экономическом коэффициенте 0,73 г АСВ/г этанола (табл.З).

Для сравнения при непрерывном выращивании C.krusei Y-342 на той же среде и скорости разбавления 0, в одном аппарате концентрация биомассы на выходе из ферментера составила 7,6 г/л АСБ при экономическом коэффициенте О,, 38 г АСВ/г этанола (табл.З). Таким образом, при одновременном проведении процесса в двух параллельных аппаратах, общий выход биомассы составил 15,2 г/л, но экономический коэффициент остался на прежнем уровне, т.е. на производство

.

); 1493665

единицы биомассы потребовалось почти в 2 раза больше питательной среды

П р и м е р 3. Культивирование осуществляли по предлагаемому способу на бисубстратной среде, приведенной в примере 1.

Скорость разбавления приняли равной 0,225 ч , что соответствовало 60% от максимальной удельной скорости роста культуры во втором аппарате. При этой скорости разбавления отмечено прогрессирующее вытеснение культуры S.cerevisiae 616 из второго аппарата и через одни сутки непрерывного культивирования ассимиляция сахарозы в ней прекратилась. Общий выход биомассы составил 9,8 г/л АСВ при экономическом коэффициенте

„ .Аев

г углерода.

0,49

П р и м е р 4. Культивирование проводили на бисубстратной среде,

содержащей 10 г/л н-алканов, 10 г/л сахарозы и набор солей, приведенный в табл.2.

В первом ферментере использовали штамм C.baidinii sp., а во втором

C.tropicalis К-41. В первом ферментере поддерживали рН 5,5, t - 30 С, во втором - рН 5,0 и t - 37 С, Подачу воздуха в ферментере (аэрация) составляла 1,5 об/об среды мин при

500 об/мин мешалки, скорость разбавления принимали равной 0,1 или 50% от /к C.tropicalis К-41.

В установившемся режиме выход дрожжей в первом аппарате составил 4,8 г/л АСД, во втором аппарате продолжалась ассимиляция источника углерода C.boidinii и накопление биомассы дрожжами C.tropicalis К-41 на н-алканах. Общий выход биомассы составил 15,2 г/л АСВ при 0,76 АСВ/г углеродного питания.

Пример5. Культивирование проводили на бисубстратной среде на основе крепленых плодово-ягодных виноматериалов, содержащей 20 г/л этанола и 5 г/л сахара, карбамида (46%) - 1,95 г/л, диаммоний фосфата 0,65 г/л. Условия культивирования: рН 3,5-4,5, температура 35-38 С, подача воздуха 1 л/л. мин. Культивирования вели в двух последовательно соединенных ферментерах, в первом из которых испольчопали штамм Candida utilis В№1У-1668, во втором - Kluyveromuces marxianus 3с.

Скорость разбавления 0,25 г составляла 50% от . штамма Kluyve- romyces marxianus 3с.

В установившемся режиме биомасса на выходе из первого ферментера была 7,2 г/л А(-В, на выходе из второго - 15,5 г/л АСВ. При этом в первом ап- парате культура С.utilis ВКМУ-1668 использует основную часть эталона и, переходя во второй ферментер, добирает его до остаточных количеств. Одновременно культура Kluyverorayces marxianus 3с во втором ферментере утилизирует сахар. Средний экономический коэффициент процесса 0,62 г АСВ/г углеродного питания.

11 р и м 8 р 6. Способ осуществлял по примеру 2, но для осуществления процесса в обоих ферментерах использовали культуру Candida tropicalis К-А1.

Режим культивирования: рН 5,0, температура 37° С, подача воздуха 1 об/об среды МИН, скорость разбавления 0,20 г или 40% от максимальной удельной скорости 1.оста штамма. При выходе процесса на стационарный режим биомасса дрожжей на выходе из первого аппарата составила 7,6 г/л АСВ, после перемещения ее во второй аппарат прирост ее составил 7,1 г/л АСВ, или всего получено 14,7 г/л АСВ при экономическом коэффициенте 0,73 (14,7:20) к общей продолжительности процесса 10 ч.

Пример 7. Культивирование вели на моносубстратной по углероду среде, со чержащей 20 г/л н-алканов C,,-C,j и набор солей, приведенных в таблице 4.

В обоих ферментерах для выращивания использовали культуру Rhodo- torula gluci.nis 2 1 Д . Культивирование вели при рН Ь,5, температура 30 С, aaptipoHaHiie 1 об/об среды, 300 об/ми мешалки и с-корости разбавления 0,07 ч- (40% от (ид,с,кс R.glutinis 214).

В установившемся, режиме биокасса дрожжей на выходе ич первог о фермен

0

5 0 с

0

5

0

тера 11,8 г/л АСВ при экономическом коэффициенте 0,60 г АСВ/г н-алканов. Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известным обеспечивает повышение выхода биомассы из единицы сырья на 40-95%; снижение затрат энергии за счет исключения сепарирования культуральной массы между двумя стадиями выращивания; значительное уменьшение количества подаваемой среды и соответственно сброса сточных вод,

Формула изобретения

Способ получения белково-витамин- ного концентрата, предусматривающий выращивание дрожжей в непрерывных условиях при аэрации на питательной среде, содержащей источник углерода, источники азота, фосфора, минеральные соли, в две стадии в двух последовательно соединенных ферментерах, с последующей передачей культуральной жидкости из первого ферментера во второй и выделением биомассы, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода биомассы, а также снижения затрат на осуществление процесса, процесс культивирования дрожжей на первой стадии осуществляют в условиях лимита по кислороду, а на второй стадии выращивание ведут в условиях лимита по источнику углерода, культуральную жидкость из первого ферментера передают во второй ферментер вместе с полученной в первом ферментере биомассой, при этом при использовании в процессе выращивания питательной среды, содержащей два источника углерода, выращивают два штамма дрожжей, селективно ассимилирующих характерный для каждого источник углерода, причем штамм, способный усваивать один из источников углерода только в аэробных условиях, выращивают на первой стадии, а при использовании питательной среды, содержащей один источник углерода, выращивают штамм дрожжей, способный ассимилировать источник углерода в условиях переключения с лимита по кислороду на лимит по углероду.

Таблица 1 Состав питательной среды

Микроэлементы

Аммоний серно-кислый

Магний серно-кислый

Калий хлористый

Калий фосфорно-кислый

1-замещенный

Натрий хлористый

Калий йодистый

Цинк серно-кислый

Железо серно-кислое семиводное

Натрий молибденово-кислый

Марганец серно-кислый пятиводный

Биотин

Габлица2 Состав питательной среды

Микроэлементы в среде

Аммоний серно-кислый

Магний серно-кислый

Калий хлористый

Калий фосфорно-кислый

2-эаме1ценный

Аммоний фосфорно-кислый

2-замещенный

Натрий хлористый

Цинк серно-кислый

Железо серно-кислое семиБодное

Марганец серно-кислый пятводный

Борная кислота

Медь серно-кислая пятивод

Биотин

Содержание микроэлементов в среде, г/л

Содержание микроэлементов в среде, г/л

2,0 0,7 0,2

0,2

1,0 0,3 0,008

0,02

0,02 0,05 0,0004 0,00002

Основные показатели различных вариантов непрерывного культивирования

Питательная Способ куль- Выход биомассы, г/л АСВ Экономичес- среда тивирования в установившемся режиме кий коэффи циент, г

1-ый ап- 2-ой ап- Итого АСВ/г источ- парат паратника углерода

Бисубстратная Предлагаемый 5,1 14,8 14,6 0,74 МоносубстратнаяПредлагаемый 7,7 14,7 14,7 0,73 Непрерывное в одном ферментере 7,6 - 7,6 0,38

Таблица4 Состав питательной среды

МикроэлементыСодержание

микроэлементов в среде, г/л

Натрия нитрат2,5

Магний серно-кислый0,7

Калий хлористый0,4

Калий фосфорно-кислый

1-замещенный1,0

Калий фосфорно-кислый

2-замещенный0,1

Калий йодистый0,0008

Цинк серно-кислый семиводный0,022

Железо серно-кислое семиводное0,1 ,

Натрий молибденово-кислый0,0016

Марганец серно-кислый0,005

ТаблицаЗ