Способ выделения выращенных клеток микроорганизмов из питательного бульона Советский патент 1993 года по МПК C12N1/02 

Изобретение относится к способу выделения выращенных клеток микроорганизмов из питательного бульона, предусматривающий подкисление питательного бульона с последующим его предварительным концентрированием в тарельчатом сепараторе.

Биомасса возникает в результате ферментации различных микроорганизмов на различных питательных средах, например, использующие метан или метанол бактерии или использующие сахар дрожжи. Ферментация протекает обычно в питательном бульоне, в котором микроорганизмы содержатся в незначительных концентрация (0,5- 3,0 мас.% сухой субстанции).

Размеры этих микроорганизмов от 0,1 до 10 мкм. Питательный бульон содержит

кроме того питательные соли, которые еще не используются микроорганизмами. Выделение клеточной массы из питательного бульона является одним мз этапов переработки.

Целью этого этапа является повышение концентрации клеток и при этом лишь незначительное повреждение, чтобы избежать перехода протеина из содержимого клетки в суспензию и таким образом потери протеина.

С целью использования массы, например, при производстве одноклеточного протеина, необходимо обеспечить, чтобы она оставалась пригодной для использования в питании людей илм животных, т.е., чтобы она могла биологически превращаться в этих организмах. Кроме того, целью может

«Ч

быть самое значительное сохранение биологической активности микроорганизмов, чтобы тем самым можно было обеспечить использование в качестве биологически активных начальных бульонов, при использовании которых получаются биологически активные.белковые компоненты, например, энзимы.,

С технологической точки зрения переработка питательных бульонов а большинстве случаев оказывается сложной, так как размеры клеток очень невелики и концентрация твердого вещества в ферментном бульоне низка. Так как а большинстве случаев а качестве ферментного бульона служат водные растворы солей, различие в плотности микроорганизмов в большинстве случаев очень невелико.

Известный уровень техники предусматривает предварительное концентрирование бульона. Например, с помощью тарельчатых сепараторов. При этом предварительная концентрация достигается в 2-20 раз больше, т.е. содержание сухой субстанции выходящей из сепаратора, предварительно концентрированной суспензии находится в пределах от 5 до 20% сухой субстанции. В этой связи под сухой субстанцией понимается доля биологической сухой массы в граммах на 100 мл осадка.

Осветленный глютеновый сход (супер- натант) такого сепаратора содержит обычно менее 0,1% биологической сухой субстанции, причем речь прежде всего идет о неотделяемых растворенных веществах. В настоящее время, например, при получении одноклеточного протеина, содержащая твердое вещество фаза обезвоживается дальше с помощью второго каскада распылительного сепаратора или, если допускает микроорганизм, в камерном фильтр-прессе, прежде чем полученная таким образом суспензия при получении одноклеточного протеина или при получении начальных культур будет подана в сушилку.

Задачей настоящего изобретения является создание такого способа упомянутого вначале типа, чтобы при центробежном повышении концентрации достигалось значительное увеличение достигнутых до сих пор значений сухой субстанции.

Эта задача решается с помощью признаков пункт 1 формулы изобретения,

Предпочтительные усовершенствования изобретения указаны в дополнительных пунктах изобретения.

Оказалось, что с помощью способа в соответствии с изобретением достигается не только улучшенное осаждение, но и значительно более высокое повышение концентрации биомассы, а также что помимо этого клетки биомассы не освобождают содержащиеся в них вещества. При этом способ неожиданно может применяться как на

бактериях, так и на дрожжах.

В способе в соответствии с изобретением водородный показатель используется в качестве переменного, определяющего производительность коэффициента. Лишь ком0 бинация влияющих величин, как, например, водородный показатель, температура и время обработки, допускает оптимальное приспособление к проблеме отделения. При этом параметры могут выбираться таким об5 разом, что обработка осуществляется при значительном сохранении биологической активности биомассы (например, активностей ферментов).

Теперь способ в соответствии с изобре0 тением приводит к улучшенной сепарируе- мости, не оказывая отрицательного воздействия на преимущества улучшенного обезвоживания, и впервые позволяет осуществлять отделение с помощью шнековых

5 центрифуг со сплошной оболочкой.

Способ в соответствии с изобретением логично приводит к агломерации или флоку- ляции сжатых клеток. Благодаря этому происходит ускоренное осаждение, которое

0 приводит к быстрому компактированию в зоне обезвоживания шнековой центрифуги. Степень обезвоживания прессованием, В противоположность прочим способам агломерации или флокуляции предотвращается

5 воздействие воды, Это среди прочего определяется выбором надлежащей кислоты, например, соляной или серной.

Предложенное двухступенчатое повышение концентрации, т.е. обработка вырз0 щенных клеток в высокопроизводительной центрифуге и последующее повышение концентрации после соответствующей предварительной обработки в шнековой центрифуге, дает, в частности, большие пре5 имущества тогда, когда концентрация клеток в ферментаторе сравнительно низка (10% и менее), как это, например, имеет место при многих бактериальных фермента- циях. Таким образом, производительность

0 отделения и степень повышения концентрации могут оптимизировать независимо друг от друга при использовании машинно-технических особенностей. Помимо этого экономичнее производить предварительную

5 обработку с уменьшенными объемами.

Способ в соответствии с изобретением может осуществляться непрерывно. С помощью нескольких примеров, результаты которых воспроизведены ниже, однозначно подтверждается предпочтительность предлатаемого способа по сравнению со способами без температурно-кислотной обработки. При повышении концентрации были достигнуты такие значения которые отчасти более чем на 50% были выше значения, полученного традиционным способом.

Пример1 а. Предварительно концентрированная с помощью распылительного сепаратора бактериальная суспензия (мати- ломон М 15), которая содержит 20-25 мае. % осаждаемых веществ (7-8% сухой субстанции), была доведена до водородного показателя 4 и затем осторожно нагрета до температуры 84°С. После тепловой выдержки примерно в течение 10 минут удалось повысить концентрацию обработанной таким образом бактериальной суспензии с помощью шнековой центрифуги со сплошной оболочкой до значения 26% сухой субстанции. Глютеновый сход шнекового сепаратора содержит еще 3,4% осаждаемой биологической сухой массы. Кроме того, в глютеновом сходе было установлено лишь Ю мг/л- расворенного протеина. Это значение, которое имело место также при использовании известных способов, и таким образом это доказывает, что не произошло никакого характерного повреждения клеток.

П р и м е р 16. Обработанная как в опыте 1а биомасса центрифугировалась в очень быстро вращающейся охлаждаемой ковшовой центрифуге (10000 д, 30 мин). При этом было достигнуто повышение концентрации до 39% сухой субстанции. Без предварительной обработки в соответствии с изобретением при тех же условиях удалось добиться повышения концентрации только до 27% сухой субстанции. По этим результатам можно убедиться, что возможность концентрации биомассы значительно улучшилась благодаря температурно-кислотной обработке.

П р и м е р 2. Ресуспендированные водой пекарные дрожжи (22 объемных процента осаждаемых долей), с помощью которых должен был моделироваться ферментативный бульон, без обработки подавался в шнековую центрифугу. Максимально достижимое повышение концентрации составило 24% сухой субстанции.

После температурно-кислотной обработки этих ресуспендированных пекарных дрожжей с помощью шнековой центрифуги удалось добиться величин до 36%. Это означает увеличение содержания сухой субстанции на 50%. Центрифугированная проба обработанных ресуспендированных пекарных дрожжей показала, что первоначальное значение в 22 объемных процента

было понижено до 12 объемных процентов.

Пример 3. В лабораторном масштабе

удалось подтвердить, что концентрацию

кормовых дрожжей, концентрация которых в необработанном виде может быть повышена до 25% сухой субстанции, благодаря температурно-ккслотмой обработке можно повысить до 34% сухой субстанции.

0 Пример выполнения изобретения представлен на чертеже и ниже поясняется более подробно.

Позицией 1 на чертеже обозначен ферментатор, в котором находится содержащий

5 биомассу питательный бульон. С целью предварительной концентрации биомасса подается в распылительный сепаратор 2, Выходящий из распылительного сепаратора 2 концентрат с помощью серной кислоты

0 доводится до значения водородного показателя 3,5-4,0 и затем нагревается в теплообменнике 4 до температуры 80-90°С.

За теплообменником 4 следует участок 5 тепловой выдержки/в котором предвари5 тельно концентрированная биомасса выдерживается в течение 10-15 минут до вышеупомянутой температуры, прежде чем она будет подана а шнековую центрифугу со сплошной оболочкой б,

0 Глютеновый сход 7 шнековой центрифуги 6 возвращается к первой ступени теплообменника 4 и там направляется для первого повышения температуры проходящей через теплообменник биомассы.

5 Во второй ступени теплообменника 4 осуществляется дальнейшее повышение температуры с помощью горячей воды 8 или пара. Таким образом, осуществляется особенно осторожное нагревание биомассы,

0 которое исключает освобождение содержащихся в клетках веществ,

С целью центрифугирования еще имеющейся в глютеновом сходе 7 шнековой центрифуги отделяемой биомассы она может

5 подаваться к дополнительно подключенной очистительной центрифуге 9.

Теплообменник может быть выполнен в виде статического смесителя.

Формула изобретения

0 1. Способ выделения выращенных кпе- ток микроорганизмов из питательного бульона, включающий подкисленме питательного бульона с последующим его предварительным концентрированием в та5 рельчатом сепараторе, отличающийся тем, что, с целью предотвращений разрушения клеток, рН бульона, выходящего из тарельчатого сепаратора, снижают до 3,5-4,0 добавлением кислоты, затем бульон нагре- . вают до 80-90°С, выдерживают при указанной температуре в течение 10-15 мин и разделяют с помощью шнековой центрифуги,

2.Способ по п. 1,отличающийся тем, что для снижения рН питательного бульона используют серную или соляную кислоту.

3.Способ по п. 1 или отличающийся тем, что нагревание бульона осуществляют в теплообменнике, в который подают горячую воду или пар.

4.Способ по п. 3, отличающийся тем, что используют двуступенчатый теплообменник, на первую ступень которого подают питательный бульон, а на вторую ступень - горячую воду или пар.

5.Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве теплообменника используют статический смеситель.

6.Способ по одному из пп. 1-5, о т л и - ч а ю щ и и с я тем, что процесс осуществляют непрерывно.

Изобретение относится к биотехнологии и касается способа выделения выращенных клеток микроорганизмов из питательного бульона. Питательный бульон подкисляют, концентрируют в тарельчатом сепараторе, рН бульона, выходящего из тарельчатого сепаратора, снижают до 3,5-4,0 добавлением серной или соляной кислоты, затем бульон нагревают до 80-90°С в теплообменнике, в который на первую ступень подают питательный бульон, а на вторую ступень - горячую воду или пар, при указанной температуре выдерживают 10-15 мин. и разделяют бульон на жидкую и твердую фазы с помощью шнековой центрифуги. Процесс осуществляют непрерывно. 5 з. п. ф-лы, 1 ил.