Способ определения центробежной разделяемости суспензий микроорганизмов Советский патент 1990 года по МПК C12N1/02 

сд

М

Изобретение относится к способам определения центробежной разделяемости суспензий микроорганизмов, включает предварительное оценочное центрифугирование проб этих суспензий и позволяет выбрать оптимальное время их центрифугирования в технологическом процессе и за счет этого снизить потери биомассы. Для этого суспензию центрифугируют на лабораторной центрифуге в течение 5,10,15,20 и 30 мин, в каждом опыте определяют концентрацию биомассы в осветленном слое, рассчитывают среднюю концентрацию и определяют критерий центробежной разделяемости по формуле K_ц.р=C_исх/C_ср, где K_ц.р - критерий центробежной разделяемости

C_исх - концентрация биомассы в исходной суспензии

C_ср - средняя концентрация биомассы за время центрифугирования в осветленном слое. Сопоставление полученного значения критерия с известными данными позволяет выбрать оптимальное время центрифугирования или выбрать оптимальный по технологичности штамм микроорганизмов. 3 табл.

Изобретение относится к биотехнологии, в частности к процессам разделения суспензий микроорганизмов.

Целью изобретения является определение центробежной разделяемости суспензий микроорганизмов для снижения потерь биомассы на стадии сепарирования путем оценочного лабораторного центрифугирования проб этих суспензий.

Способ осуществляют следующим образом.

Суспензию микроорганизмов, например дрожжей рода Candida или бактерий рода Methylococcus центрнфугируют в течение от 0,5 до 30 мин при числе оборотов центрифуги 1000- 3000 об/мин.

Число оборотов и время при центрифугировании суспензий выбирают так, чтобы зависимость концентрации биомассы в осветленной жидкости от времени центрифугирования наиболее

близко подходила к кривой вида Y

ir - , где K const, a Y - концентрация

л

биомассы в осветленной жидкости при различном времени центрифугирования, X - время центрифугирования, и количество измерений X и Y было не менее

о

5 г Экспериментально установлено, что изменение концентраций биомассы в осветленной жидкости в зависимости от времени центрифугирования имеет зависимость, наиболее близкую к виду

К

Y - именно в представленном диапазо- X

не времени и числе оборотов центрифуги Меньше чем 0,5 мин время цент- рифугирования невозможно технически, так как за это время происходит лишь разгон центрифуги до требуемого числа оборотов. Время центрифугирования больше чем 30 мин, использо- вать нецелесообразно ввиду отсутствия или очень незначительного изменения концентрации биомассы в осветленном слое.

Число оборотов центрифуги меньше чем 1000 об/мин использовать технически невозможно5 так как в стандартных центрифугах центрифугирование ведется как минимум на 1000 об/мин. Кроме того, при меньшем числе оборо- тов клетки микроорганизмов практически не осаждаются. Большее число оборотов чем 3000 об/мин использоват нецелесообразно вследствие того, что осаждение клеток происходит слишком быстро, что не позволяет улавливать различие между суспензиями. При этом также зависимость концентрации биомассы в осветленном слое от времени

центрифзггирования не отвечает виду

Y х

В табл. 1 представлены результаты изменения концентрации биомассы в осветленной жидкости при числе обо- ротов 3000 об/мин и при различном времени центрифугирования бактериальной суспензии, а также расчетное значение коэффициента К для кйждой точки центрифугирования. Как следует из представленных данных, выбранные экспериментальные точки достаточно полно отражают характер изменения концентрации биомассы в осветленной жидкости в процессе центрифугирования. Зависимость концентрации биомассы в ОКЖ от времени центрифугирования наиболее близко подходят к кривой при времени центрифугирования 5, 10, 15 мин. Для получения более точных

результатов предлагается добавить точки при времени 20 и 30 мин. Результаты сравнения суспензий бактерий с различным электрокинетическим по

5

0 5 Q

5

Q 5

0

5

тенциалом (ЭКП) поверхности клеток по значению критерия центробежной разделяемости и эффективности их сепарирования приведены в табл. 2 и 3. Для каждой суспензии определялась концентрация биомассы в осветленном продукте при времени центрифугирования 5, 10, 15, 20 и 30 мин. при и- 3000 об/мин. Эти показатели складывают и делят на 5 - определяют среднюю концентрацию биомассы в осветленном слое - ССр. Затем определяют критерий центробежной разделяемости для каждой суспензии, как частное от деления исходной концентрации биомассы на С ср. Далее каждую суспензию подвергают сепарированию на сепараторе Вестфалия при производительности 160 л/ч в течение 5 мин. Определяют среднюю концентрацию сгущенного и осветленного продукта при сепарации. Для каждой суспензии также определяют ЭКП поверхности клеток. .

Как следует из данных, представленных в табл. 3, наблюдается тесная корреляция между значением ЭКП поверхности клеток, значением критерия центробежной разделяемости и эффективностью сепарации бактериальных суспензий. Поэтому на основании измерения критерия центробежной разделяемости в лабораторных условиях на стандартной центрифуге можно определять эффективность сепарации суспензии. На основании определения предлагаемого показателя можно также исследовать взаимосвязь между условиями ферментации и эффективностью сепарирования.

Аналогичные результаты получены при определении критерия центробежной (разделяемости дрожжевых суспензий по указанному способу при центрифугировании при g 1000 об/мин.

Таким образом, измеряя критерий центробежной разделяемости суспензий, полученных при разных условиях, выбираются условия, при которых степень выделения биомассы при сепарации является максимальной, и таким образом снижаются потери биомассы на стадии сепарирования.

Предлагаемый способ определения критерия центробежной разделяемости легко реализуется, так как .основным аппаратом для этого является стандартная лабораторная центрифуга, что

значительно упрощает осуществление способа.

Пример. Процесс получения суспензии метанокисляющих бактерий проводят в двух режимах: в первом концентрация биомассы Сис, ,8,2 г/л, во втором Сис,,5 г/л. Определяют критерий центробежной разделяемости путем центрифугирования суспензий при g 3000 об/мин в течение 30 мин. Отбирают осветленную жидкость через 5, 10, 15, 20 и 30 мин центрифугирования и определяют в ней концентрацию биомассы. Далее определяют среднюю концентрацию биомассы в осветленной жидкости и вычисляют К,, и К2 по формуле

К

Ц.Р.

Гср

Получают, что для суспензии 1 126,15, а для суспензии 2

К,

для суспензии 2 К 40,85. Определение потерь биомассы на сепарации показало, что для суспензии 1 они составляют 4,9 кг на 1 т выращенной биомассы, а для суспензии 2 18,1 кг ,на 1 т выращенной биомассы. Таким образом, определение критерия центробежной разделяемости позволяет выбрать.режим получения суспензии, при котором потери на сепарации буду минимальны, а количество получаемого продукта - максимальным. В данном случае рекомендуется вести процесс в первом режиме.

П р и м е р 2. Процесс получения суспензии парафинокисляющих дрожжей проводят в двух режимах: в первом концентрация биомассы 11,26 г/л, а во втором 13,26 г/л. Определяют критерий центробежной разделяемости путем центрифугирования суспензий при g 1000 об/мин в течение 15 мин. Отбирают осветленную жидкость через О, 5, 1, 2, 3, 5, 7, 10 и 15 мин центрифугирования и определяют в ней концентрацию биомассы. Далее определяют среднюю концентрацию биомассы в осветленной жидкости и вычисляют К

f-t

и К2 по формуле Кцр --Т ср

Получают, что для суспензии 1 К,2,553, а для суспензии 2 ,180. Определени потерь биомассы на сепарации показало, что для суспензии 1 они составили 19,4 кг на 1 т выращенной биомас571060

сы, а для суспензии 2-8,1 кг на I т выращенной биомассы. Таким образом, рекомендуется вести процесс во втором режиме.

ПримерЗ. Процесс получения суспензии парафинокисляющих дрожжей проводят в двух режимах: в первом концентрация биомассы 21,94 г/л, во втором 21,98 г/л. Определяют критерий центробежной разделяемости, как в примере 2. Получают, что для суспен- зии 1 ,514, а для суспензии 2

10

5

0

5

0

5

0

5

0

5

,Ы6. Определение потерь биомассы на сепарации показало, что для суспензии 1 они составили 10,5 кг на 1 т выращенной биомассы, а для суспензии 2 20,5 на 1 т. Таким образом, процесс с минимальными потерями биомассы идет в режиме 1.

Следовательно, предлагаемый способ позволяет выбрать из всех возможных режимов выращивания дрожжевой и бактериальной биомассы режим, при котором потери биомассы на стадии сепарации минимальны. Например, сравнивая режимы 1 и 2 в примере 3, можно считать, что производительность на стадии выращивания в режиме 1 составляет 21,94 кг/м3, а в режиме 2 - 21,98 кг/м при потерях 0,45 кг/м . Однако с учетом потерь биомассы на стадии сепарации производительность в первом режиме 21,71 кг/м , а в режиме 2 - 21,53 кг/м . Поэтому определение критерия центробежной разделяемости позволяет не только снизить потери биомассы, но и увеличить производство биомассы, например, на 0,83%.

Анализ полученных данных (примеры 1-4) показывает, что потери на сепарации обратно пропорциональны значению критерия центробежной разделяемости суспензий, поэтому для сравнения однотипных суспензий по се- парируемости достаточно лишь определения предлагаемого нами параметра в лабораторных условиях. Формула изобретения

Способ определения центребежнои разделяемости суспензий микроорганизмов, заключающийся в центрифугировании исследуемой суспензии в течение 30 мин при § 1000-3000 об/мин, измерении концентрации биомассы в осветленной жид- кости через каждые 0,5-5,0 мин центрифугирования, вычислении среднего значения концентрации биомассы в осветленной жидкости и измерении исходной концентрации биомассы в суспензии, при этом определение критерия центро- бежной разделяемости осуществляют по формуле:

., С ис«

сТГ

1

2

4

5

6

8

10

15

20

25

30

Примечание: Концентрация биомассы в исходной суспензии 8,089 г/л,

Кц - - критерий центробежной раэ- деляемости;

Сисх- концентрация биомассы в исходной суспензии;

Сср - средняя концентрация биомассы в осветленном слое за время центрифугирования суспензии.

Таблица 1

7,1

12,9

19,4

22,5

23,4

25,12

22,97

19,8

12,6

9,0

8,85

Таблица 2

№ Суспензии

ЭКП,мВ

-78,1 -49,8 -46,5 -33,6

Таблица 3

10

Концентрация биомассы в осветленном продукте после сепарации, г/л

0,755 0,158 0,058 0,037