Способ получения биомассы дрожжей Советский патент 1992 года по МПК C12N1/16 C12N1/16 C12R1/72 

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

Цель изобретения - повышение выхода биомассы и предотвращение загрязнения атмосферного воздуха.

На чертеже изображена установка для реализации предлагаемого способа. ;

Установка для реализации способа содержит пленочный, трубчатый аппарат 1, предназначенный для насыщения воды кислородом из воздуха, емкость 2 для дегазации, кислорода, ферментер 3 для культивирования дрожжей, абсорбер 4 для очистки отработанного газа от продуктов метаболизма и дрожжей, фильтр 5, нагнетательное устройство - компрессор 6 для осуществления подвода кислорода из стадии дегазации в стадию культивирования, дополнительную емкость 7 для получения концентрированной азотной смеси, насосы для перекачивания воды 8 и культуральной жидкости 9, Для измерения расходов жидкости и газа в линиях установлены расходомеры 10, а для регулирования этих расходов смонтированы вентили 11.

Пленочный аппарат состоит из камеры 12, в которой установлен штуцер 13 для подачи воды и штуцер 14 для подачи воздуха. Кроме того, аппарат 1 снабжен цилиндрическими контактными трубами 15, в верхней части которых коаксиально установлены газовые патрубки 16, образующие с трубами зазор 17. В нижней части аппарата 1 размеVJ

О Ю 00

щена приемная камера 18, имеющая штуцер 19 для вывода воздуха и штуцер 20 для выхода насыщенной воды.

Емкость 2 состоит из горизонтальной перегородки 21, которая делит полость ем- кости на секцию 22 для ввода насыщенной воздухом воды и секцию 23 для проведения дегазации, в которой установлены пластины 24, верхние концы которых входят с зазором в прорези 25, выполненные в перего- родке 21. Кроме того, на корпусе емкости 2 установлены штуцер 26 для ввода воды, штуцер 27 для вывода продегазированной воды, штуцер 28 для вывода кислорода и штуцер 29 для ввода очищенного отрабо- тайного газа.

Ферментер 3, предназначенный для проведения стадии культивирования, состоит из камеры 30 для ввода культуральной жидкости, камеры 31 для ввода кислородно- азотной смеси, камеры 32 для ввода теплоносителя и камеры 33 для осуществления непосредственного выращивания. Внутри ферментера 3 установлены контактные трубы 34, в верхней части которых размещены газовио патрубки 35. Кроме того, ферментер 3 снабжен штуцерами для ввода пита- тельного сусла 36, вывода готового продукта 37, а также штуцерами для ввода кислородно-азотной смеси 38 и вывода от- работанного газа 39.

Установка для получения биомассы дрожжей работает следующим образом.

Вода из емкости 7 насо.сом,8 подается в камеру 12 пленочного трубчатого аппарата 1. куда также подается атмосферный воздух через штуцер 14, Затем вода поступает в зазор 17, формируется там в виде жидкостного кольца, после чего стекает по внутренней поверхности труб 15 в виде перемешиваемой жидкостной пленки, интенсивно при этом насыщаясь кислородом из воздуха, поступающего внутрь цилиндрических труб 15 через газовые патрубки 16.

Насыщенная кислородом вода из труб 15 поступает в приемную камеру 18, а затем через штуцер 20 и 26 сливается в секцию емкости 2, при этом атмосферный воздух через штуцер 19 выводится в ат- мосферу.

Из секции 22 насыщенная кислородом вода через прорези 25, выполненные в перегородке 21 поступает на поверхность пластин 24 и в виде тонкого жидкостного слоя стекает по ним, при этом из воды выделяется кислород, который через штуцер 28 посредством компрессора 6 совместно с очищенным отработанным газом (азотом) попадает в ферментер 3 через камеру 31.

Обескислороженная вода через штуцер 27 поступает в дополнительную емкость 27, где происходит дегазация из нее азота.

Азотно-кислородная смесь из камеры 31 поступает в полость газовых патрубков 35, а оттуда - в контактные трубы 34, где контактирует с культуральной жидкостью, которая насосом 9 из камеры 33 подается в верхнюю часть ферментера 3, в камеру 30, а затем, пройдя кольцевой зазор, образованный внутренней поверхностью контактной трубы 34 и наружной поверхностью газового патрубка 35, формируется в виде жидкостной пленки и стекает затем по поверхности контактных труб, интенсивно насыщаясь кислородом.

Выделившийся углекислый газ, а также отработанная азотно-кислородная смесь, компрессором 6 через штуцер 39 подается в абсорбер 4 и фильтр 5, где осуществляется удаление углекислого газа и микроорганизмов. Очищенный отработанный газ через штуцер 29 вновь поступает в емкость 2, при этом заданное парциальное давление азота в емкости 2 и в аппарате 1 поддерживается компрессором 6 и вентилем 11, установленным за штуцером 28.

Рабочая температура в ферментере 3 поддерживается теплоносителем, поступающим в камеру 32. Подвод питательного сусла осуществляется через штуцер 36, а отвод продукта - через штуцер 37.

Предотвращение загрязнения атмосферного воздуха продуктами метаболизма и микроорганизмами обусловлено тем., что полностью устраняется контакт атмосферного воздуха с культуральной жидкостью.

Повышение производительности обусловлено увеличением интенсивности подвода кислорода к микроорганизмам, быстрым отводом продуктов метаболизма и тепла, отсутствием дикой культуры, заносимой атмосферным воздухом.

Дегазация кислорода из насыщенной воздухом воды в среде азота предотвращает контакт воды с культуральной жидкостью, позволяет получать кислород и направлять его с азотом на стадию культивирования, что предотвращает загрязнение воды продуктами метаболизма и микроорганизмами, обеспечивает ведение процесса экологически чистым способом, при этом не требуется разделять воду и культуральную жидкость после стадии культивирования.

Поддержание одинакового парциального давления азота на стадии дегазации кислорода из воды и на стадии ее насыщения позволяет устранить накопление азота на стадии культивирования, обеспечивает выделение из воды только кислорода, азот в

этом случае не дегазируется, согласно закону Генри. Устранение накопления азота позволяет получить высококонцентриро- ванный кислородом газ. предотвращает контакт газа, находящийся на стадии культивирования, с атмосферным воздухом.

В случае, когда парциальное давление азота на стадии дегазации поддерживается меньше, чем на стадии насыщения воды, осуществляется накопление азота на стадии культивирования, что снижает концентрацию кислорода в газе и снижает производительность, загрязняет атмосферный воздух.

Обеспечение парциального давления азота на стадии дегазации, большего по величине; чем на стадии насыщения, так же не эффективно, так как повышаются энергозатраты на обеспечение давления, при этом увеличение концентрации кислорода на стадии культивирования не осуществляется.

Возвращение отработанного газа из стадии культивирования на стадию дегазации и очистка его от продуктов метаболизма и дрожжей позволяет подводить к микроорганизмам кислород, что обеспечивает высокую производительность, а главное делает процесс экологически чистым, так как в этом случае устраняется контакт микроорганизмов с атмосферным воздухом. Очистка отработанного газа (азота) от продуктов метаболизма позволяет снизить их отрицательное воздействие на рост микроорганизмов в зоне культивирования, что приводит к увеличению производительности.

Введение в воду бензина позволяетуве- личить количество кислорода в воде, а затем после стадии дегазации увеличить количество кислорода в зоне культивирования, что позволяет перерабатывать высококонцентрированное сусло и, тем самым, увеличить производительность. Изоляция воды после стадии дегазации, а затем повторная ее дегазация позволяет выделить из воды концентрированную азотную смесь, что ведет к получению дополнительного продукта и снижению себестоимости получения биомассы дрожжей.

Параметры экспериментальной установки, на которой был реализован способ следующие: рабочая емкость ферментера 50 л; число контактных труб 50 шт.; длина и диаметр контактных труб 4 и 51 мм; производительность насосов 80 м3/ч; абсорбер представляет собой барботажную колонну диаметром и высотой 0,6 и 2 м; мощность компрессора 6 кВт; число контактных труб 15 в аппарате 1 6 шт.; длина и диаметр контактных труб 154м и 51 мм; количество

пластин 24 в аппарате 2 15 шт.; высота пластин 1м.

Кормовые дрожжи Candida scottli, штамм Тул-6, выращивают на гидролизате 5 древесины с концентрацией 1-0,9% РВ. Питательные соли добавляют в состав среды в следующих количествах на 1 кг РВ: раствор сульфата аммония из расчета 0,0785 кг азота; водная вытяжка суперфосфата 0,0435 кг 10 хлористый калий 0,021 кг. Микроэлементы в состав среды поступают с водой. Температуру питательной среды с микроорганизмами поддерживают равной 38-39°С, рН поддерживают в пределах 4,2-4,6 добав5 ляя аммиачный раствор. Скорость протока устанавливают равной 0.. Производительность дрожжерастительной установки изменяют путем варьирования содержания редуцирующих веществ в питательной сре0 де.

П р и м е р 1. Осуществляют насыщение воды, циркулирующей с расходом 50 м3/ч, кислородом из атмосферного воздуха в аппарате 1, после чего проводят дегазацию

5 кислорода в емкости 2 в среде азота, при этом парциальное давление азота в емкости 2 и емкости 1 поддерживают одинаковым.

Полученную азото-кислородную смесь направляют на стадию культивирования в

0 ферментер 3, отработанную газовую смесь очищают в абсорбере и фильтре, а затем компрессором 6 вновь возвращают в емкость 2. Скорость протоки поддерживают равной 0,27 при этом рабочая концентра5 ция биомассы дрожжей равна 19 кг/м3 (прессованных дрожжей); экономический коэффициент 65%, концентрация кислорода в культуральной жидкости 2 мг/л.

Таким образом указана возможность

0 реализации экологически чистого способа получения биомассы дрожжей, при этом предотвращено загрязнение атмосферного воздуха, получена высокая производительность выращивания из-за достижения боль5 шой рабочей концентрации биомассы дрожжей и высокого экономического коэффициента.

П р и м е р 2. Выращивание биомассы дрожжей осуществляют по примеру 1, но

0 парциальное давление азота на стадии дегазации поддерживают на 20% ниже, чем на стадии насыщения воды. При этом происходит накопление азота в установке, повышение давления на стадии культивирования,

5 что увеличивает количество углекислого газа в культуральной жидкости. В этом случае концентрация биомассы дрожжей равна 15 кг/м , а экономический коэффициент равен 48%.

П р и м е р 3. Выращивание биомассы дрожжей осуществляют по примеру 1, но отработанный газ после стадии культивирования не подвергают очистка от продуктов метаболизма.

При этом снижение рабочей концентрации дрожжей до 14 кг/м3, а экономический коэффициент равен 45%.

П р и м е р 4. Выращивание биомассы дрожжей осуществляют по примеру 1, но в воду вводят переносчик.кислорода-бен- зин. При этом получают увеличение концентрации кислорода в культуральной жидкости, равное 3,2 мг/л, рабочая концентрация дрожжей 22 кг/м (прессован- ных дрожжей), а экономический коэффициент 70%, что показывает перспективность использования бензина в качестве переносчика кислорода.

Примерб. Выращивание биомассы дрожжей осуществляют по примеру 1. но нейтральную жидкость после стадии дегазации изолируют в емкости, после чего осуществляют повторную дегазацию. При этом получают концентрированную азотную смесь Концентрация биомассы дрожжей равна 15 кг/м3, экономический коэффициент 0,5.

Таким образом, способ получения биомассы дрожжей позволяет увеличить производительность, предотвратить загрязнение

атмосферного воздуха, тем самым получая возможность снизить себестоимость продукта.

Формула изобретения

1. Способ получения биомассы дрожжей, предусматривающий насыщение воды воздухом, дегазацию из нее кислорода, подачу его в процесс выращивания дрожжей

на питательной среде, содержащей источники углерода, азота, фосфора, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода биомассы и предотвращения загрязнения атмосферного воздуха, дегазацию

кислорода осуществляют в среде азота, подачу кислорода в процесс культивирования проводят совместно с азотом, парциальное давление азота при дегазации кислорода поддерживают равным парциальному давлению азота при насыщении воды воздухом, а отработанный газ после культивирования возвращают на стадию дегазации, предварительно очищая его от продуктов метаболизма и дрожжей.

2. Способ по п. 1, от л ича ющийся тем, что в воду при насыщении ее воздухом вводят бензин в качестве переносчика кислорода.

3. Способ па п. 1, отличаю щи и с я

тем, что после дегазации воду отделяют и проводят повторную дегазацию.

1

Q)

§V

P fS

Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть ис- пользовано для получения биомассы дрожжей. Целью изобретения является повышение выхода биомассы и предотвращение загрязнения атмосферного воздуха. Способ заключается в том, что после насыщения воды воздухом из нее осуществляют дегазацию кислорода в среде азота, выделенный кислород совместно с азотом направляют на стадию культивирования, при этом парциальное давление азота при дегазации кислорода поддерживают равным парциальному давлению при насыщении воды воздухом, а отработанный газ после культивирования возвращают на стадию дегазации, предварительно очищая его от продуктов метаболизма и дрожжей. При этом в воду при насыщении ее воздухом вводят бензин в качестве переносчика кислорода, а после дегазации воду отделяют и проводят повторную дегазацию. 1 ил. т С.