Способ получения биомассы Советский патент 1979 года по МПК C12D13/06 C12B1/08 

Изобретение относится к техничес кой микро.биологии, к способам получения биомассы путем превращения га зообразных углеводородов в белковое вещество. Известны способы получения биома сы путем культивирования смешанной культуры микроорганизмов на водной питательной среде, содержащей источ ники азота, фосфора, калия, магния и микроэлементов, в присутствии газ содержащего метан, и газа, содержащего свободный кислород. В качестве газа, содержащего метан, используйт природный газ, а в качестве газа, содержащего свободный кислород, применяют атмосферный воздух или воздух, обогащенный чистым кислородом. Состав газовой смеси, подаваемой на стадию культивирования, выби рают так, чтобы обеспечить ее взрывобезопасность, а отработанную газо вую смесь рециркулируют в ферментационную емкость стадии культивирования микроорганизмов или используют для получения энергии, необходимой для возмещения по крайней мере части энергии, используемой на стадии культивирования мй1 роо рганизмов В качестве продуцентов белковых веществ используют либо чистые, либо смешанные культуры микроорганизмов, способных ассимилировать метан. Полученную на стадии культивирования, суспензию микроорганизмов предварительно сгущают, например, на центро бежных сепараторах, а затем окончательно обезвоживают на распылительных сушилках в потоке горячего газа Известен способ получения белковых веществ, включающий культивирование микроорганизмов вида Methylococcus capsulatusHa водной среде в присутствии питания, в присутствии метана как источника углерода и газа, содержащего свободный кислород и элементарный азот, l .В таком способе в качестве источника метана используют природный газ, а в качестве газа, содержащего свободный кислород и элементарный азот, испол зуют атмосферный воздух, который при необходимости может быть обогащен чистым кислородом. Процесс осуществляют при давлении выше а;тмосферного например-при давлении 0,3-0,4 мПа, причем количество связанного азота, подаваемого на стадию культивирования, меньше количества азота, извле каемого в виде сырого протеина, или азот в связанном виде не подается вообще. Далее суспензию микроорганизмов обрабатывают любым известным способом. К недостаткам указанного способа относится низкая степень .использования метана, которая в соответствии с данными по расходу газовой смеси, продуктивности процесса и коэффициентами выхода по мефану и воздуху,представленными далее, составляет 37% от подаваемого количества метана. Кроме того, повьпиенный расход газ о- , вой смеси, обусловленный необходимостью возмещать часть или всю потребность микроорганизмов в азоте, который не подается в связанном виде, приводит к повьшенному расходу энергий на стадий культивирования микроорганизмов. Цель изобретения - интенсификация роста микроорганизмов при увеличении степени использования газообразных углеводородов по крайней мере до 90% и уменьшении загрязнения окружактей среды. Это достигается тем, что выращивание смеси культур микроорганизмов 2 осуществляют при давлении 9-40 кг/см, а сгущение микробной суспензии проводят при давлении 1-30 кг/см путем флотации газами, десорбирующимися из суспензии со стадии выращивания. При этом для выращивания в водной питательной среде, используют микроорганизмы роДов Wethylococcus, Methylosinus и Flovobacterium. . Возвращаемый после выделения микроорганизмов поток культуральной среды составляет 80% потока жидкой фазы, поступающей на стадию выращивания. На фиг. 1 изображена функциональная схема получения белковых веществ из газообразных углеводородов предлагаемым cnoco6oMf на фиг..2 - диаграмма взрываемости метан-кислородных смесей, забалластированных инертным газом. Сущность предпагаемого способа залючается в следующем. Смешанную культуру микроорганизмов/ содержащую факультативные метилотрофы, способные ассимилировать гомологи метана, выращивают на стадии 1 культивирования на водной питательной среде, содержащей источник аэота, фосфора, калия, магния и микроэлементов, в присутствии газообразных углеводородов и ки слородсодер ащего газа. Процесс культивирования осуществляют при ЗЗ-ЗО с, при этом рН культуральной среды поддерживают в пределах от 4,0 до 6,0 при концентрации минерального азота 50-150 мг/л и концентрации минерад,ьного фосфора 50-100 мг/л. Процесс культивирования проводят при давлении выше атмосферного в пределах от 1,1 до 40 кг/см. При этом объемные концентрации кислорода и метана в газовой фазе процесса культивирования выбирают так, чтобы в соответствии с диаграммой взрываемости метан-кислородных смесей, забалластированных инертным газом (см. фиг. 2), для соответствующего давления была обеспечена взрывобезопасность газовой фазы процес са культивирования, т.е. точка, соответствующая составу газовой фазы, должна находиться sue указанной на диаграмме области взрывоопасных смесей. Рециркулируемую газовую фазу очищают от углекислого газа, обраэовашиегоСя в процессе биосинтеза на стадии очистки для поддержания. постоянной объемной концентрации углекислого газа в газовой фазе процесса культивирования. -Непрерывное.культивирование смешанной культуры ведут при коэффициенте разбавления, равном от 0,15 до 0,25 ч , причем концентрация сухих веществ в культуральной среде и продуктивность процесса практически линейно зависят от давлений, при котором осуществляют процесс кулзбтйвирования.. Суспензия микроорганизмов со стадии 1 культивирования поступает на стадию 3. предварительного сгущеНия, где происходит частичное уйёНьшёТтйе давления потока, вследствие чего раствореннце в культуральной среде газы десорбируют из жидкой фазы и частично из самих микроорганиэшв переходят в газовую фазу в виде мелко диспергированных в культуральной среде частиц, за счет всплывания которых происходит флотация микроорганизмов и связанное с этим обогащение микроорганизмами верхних жидкой фазы. В связи с неоднократным снижением давления у части:клеток из-за слишком большой скорости снижения давления происходит оболочек. При этом содержащиеся внут ри клеток биологически активные вещества переходят в активном.состоянии в культуральную среду, часть Которой после отделения микраорганизмов возвращается на стадию 1 культивирова ния и используется для стимулйцйй роста микроорганизмов. I Абсорбированный на стадии 2 очист ки углекислый газ процесса биосинтеза и сопутствующие ему компоНенты газовой фазы .стадии 1 культивирования смешивают с десорбировавшимися газами на стадии 3 предварительного сгущения с отработанной газовой фазой стадии 1 культивирования с дбпол нительным количеством газа, содержащего газообразные углеводороды с атмосферным воздухом для получения горючей смеси, которая сжигается на стадии 4 получения высокотемпературного теплоносителя. Полученный на стадии 4 высокотемпературный теплоноситель с температурой 1200-1300 С смешивают с а.тмосферным воздухом на .стадии 5 для получения сушильного J агента с температурой 290-350с, который на стадии б используют для окончательного обезвоживания сгущенной суспензии микроорганизмов и получения сухих белковых веществ с влажностью 5-10%. П р и м е р . Смешанную культуру, содержащую факультативные метилотрофы, выращивают на стадии 1 культивирования в ферментере, имеющем объемный коэффициент массопередачи не менее 800-900 . Процесс культивирования осуществляют На водной питательной среде, содержащей источники азота, фосфора, калия,магния и микроэлементов, при давлении в ферментере 9 кг/см, при этом температуру поддерживают в пределах от 38 до 40°С подачей охлаждающего агента в теплообменные уст-ройства ферментера, а концентрацию водородных «онбв в 1 гу1: ь туральйой среде поддерживайт постййнной за счет автоматической подачи 8-10%-го раствора аммиачной воды на уровне, соответствующем рЫ, находящемуся в диапазоне 5,5-5,7. Компоненты минерального питания на стадию 1 культивирования подают в вйдё водйого раствора , содержащего в .1 л следующие количества минеральных источников питания: 2,5 tvin 1,0 г MgSO ; 1,25 г KCg; 0,015 г ZnSQ f 0,05 rMnSO j 0,10 CUSO.1 ; 0,03 г НзВО.; 9,15 Fe5O4 0,0022 г На МоОц2Hi O ; 0,0024 г СоСО 7Н20. При этомподдерживают остаточную концентрацию неорганического азота в культуральной среде, в пределах от 80 до 120 мг/л, а неорганического фосфора - в пределах от 70 до, 9О мг/л, В качестве газа, содержащего газообразные углеводороды, используют природный газ состава, об.% ; 95 ме- тана, 2,5 этана, 1,0 пропана, 0,5 бутана, 0,5 углекислого газа, 0,5 аЗОТа. В качестве газа, содержащего свободный кислород, используют технологический кислород состава, об.%: 95 кислорода, 5 азота. Объемная концентрация кислорода и метана в газовом потоке на входе ферментера составляет 10 и 18 об.% соответственно, что позволяет довести степень рециркуляции газовой фазы, т.е. отношение рециркулируемого потокапо BceMi газовому потоку, выходящему из ферментера до 0,995, и обеспечить в соответствии с диаграммой взрываемости метан-кислородных смесей, забалластированных инертным газом (см. фиг. 2) взрыиоопасность газовой фазы на стадии 1 культивирования. Смешанная культура микроорганизмов, используемая в качестве продукт.

.

.-

..J

7657916 цента белковых , с6дё1 жит : облнгатные метилотрофы видов ; Methylbc;occus . caipiBUlatus , Methylpsinus trichosporiumf Methylosinus sporium, Факультативные метилотрофы, вход щие в состав смешанной культуры мк кроЪрганизмов, способные ассимилиро вать гойологи метана, относятся к , ВвдУ К1ау6Ъ act eri им gas о t gp Гсиш, Коэффициент разбавления культураль;шй среди в фер 4ёгйт ё|)ё сШрВс Б роста смевиайной микроорга ниэмрв составляет 0,15 ч Продуктивность ма стадии 1 культиви для ферментера, имеющего р йёмный коэффициент массопередачи 1300-1500 4V составляет 7,2 кг АСВ/м. ч (при концентрации сухих ве ществ в культуральной среде 48 кг/м абсолютно сухих веществ (АСВ). На стадии 2 очистки рециркулируемый csisd w avSf от образовавшегося в процессе биосинтезга углекислого га§а rtj/TSM водной абсорбции в колонне с li а сад кой. На стадии 5 прёд1Гё ЙТелЬ Йбте сгу -1ЩШйЙя микроорганиэмо8 Пб дают в нижнкяо часть аппарата, и 1ейlйёm-шш7 ёff:frбпдgrc b o- йгёе -й-щщ-;в;котором происходит уменьшение дав ейий;потока суспензии. Прй (зж 1|ШЙи1нГ 6рёз ЙЯЪй йёлШйг №еТЙ Йатериала растворенныев куЛбТУрале ной среде, гйзы переходят в газовую фазу в виде мелкодиспергированных 1§ Ж р айьноЙс котор а1ё прйсвоШ движении к пйверхнос mM ate ™6o r HeWH 1 Kpd6praHif3M6B, обд ими ве)рхйие слои жидкости; Сгущённую до концентрации 180200 кг/мЗ (АСВ) суспёГзйю 1Ш-: 15е)Тг1-низмов передают на стадию 4 для р,ко 7 ШШ1йШ |51ббёзвыживания высушивани ем в потоке газообразного сушильного .,-.«fe«..:,- J1 , агента. Дня псОТучения сушильного агента 200 нм/T АСВ природного газа и 4000 АСВ атмосферного воздуха смешивают с 200 АСВ газа, состоящего из углекислого гайа, со стадии 2 очистки газов, десорбцировайдихся на стадии 3 предварительногосгущения и отработанного газа стадии 1 культивирования и сжигают в топочном уст ройстве стадий 5 для получения высокотемпературного теплоносителя, который затем смешивают с 26500 нм/T СБ воздуха на стадии б. При этом получают 32700 HMVTCB сушильного агента с температурой 280310°, нёЬбходимого для получения 1 т сухой биомассы с 5-8%-ндЙ ёлйжностью на стадии 4. Предлагаемый способ получения белковых веществ из газообразных углеводородов позволяет увеличить Степень прёо разования последних в белковые вещества по крайней мере до 90% при обеспечении взрывобеэоЙасности газовой фазы процесса культ ШфЬВаиЙ ййкроорганизмов. При §1ГЪ°КГ йсхоДуется на 10% йёйёШёатмосферного 1воэДуха при приготовлении ШИлЕного агента, так как часть воздуха , необходимого для Доведения тем.пературы топочных газов до температуры Сушильного агента, заменяется углекислым газом, образов авшийея в пръцёссе биосинтеза, что умёнбгаает Загрязненность окружающей среды. Использование углекислого газа, образовавшегося в процессе биосинтеза, Дпй1ГблучеН8й сушильного- агента приводит к уменьшению объемной концентрации кислорода в газовЪй фазе прЬцесса с 13 до 11 об.%, что повышает взрывобезопасность сушки и способствУёт сохранению витаминов и биологически активных веществ в готовом Продукте.

;Щ& йЙё8;«.йЗйй:

(.

«sJs;S3S 2sifcaSsAs,4-Si4f --:-:J йй йй ЙШаЙЯЧЙ э ЭиЙ ШКййвгг.да ;-йШ|ш15Шр ;;

S St S -- E5 3f S-i--r

цдВО90

Фиг. 2