СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОМАССЫ Советский патент 1995 года по МПК C12N1/20 C12N1/20 C12R1/01 

Изобретение относится к микробиологической промышленности, в частности, к способам получения биомассы, и может быть использовано в пищевой промышленности на спиртовых заводах, перерабатывающих мелассу, предприятиях по производству пищевых кислот и хлебопекарных дрожжей.

Известен способ получения биомассы, например, кормовых дрожжей путем их выращивания на аэрируемой послеспиртовой мелассной барде с добавлением источников азота и фосфора. По известному способу реакцию среды регулируют путем подкисления минеральными кислотами.

К недостаткам известного способа относятся: неполная утилизация органического субстрата; коррозионная агрессивность культуральной среды.

Ближайшим к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения биомассы путем выращивания смеси микроорганизмов в условиях аэрации на послеспиртовой мелассной барде с добавлением дополнительных источников азота и фосфора в виде минеральных солей.

Известный способ предусматривает выращивание дрожжевой при подкислении среды кислым концентратом отходом производства глутаминовой кислоты и бетаина.

Способ имеет следующие недостатки:
в результате подкисления среды большим количеством кислых концентратов в производственном стоке последрожжевой мелассной барде значительно увеличивается количество минеральных веществ, затрудняющих дальнейшую его утилизацию;
высокая коррозионная агрессивность технологических растворов вызывает необходимость изготовления оборудования для производства кормовых дрожжей и дальнейшей утилизации барды из дорогостоящей нержавеющей стали;
органические вещества барды используются на 50%
Цель изобретения уменьшение коррозионной агрессивности среды, повышение выхода биомассы и уменьшение загрязненности сточных вод за счет исключения подкисления среды и более полного использования имеющихся в ней органических веществ.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения биомассы, предусматривающем выращивание смеси микроорганизмов в условиях аэрации на послеспиртовой мелассной барде с добавлением дополнительных источников азота и фосфора в виде минеральных солей, предусмотрено в качестве смеси микроорганизмов использование видов Pseudomonas desmolyticum, Pseudomonas fermentans, Chromobacterium flavum, Pseudomonas putida, Bacillus megatherium, взятых в соотношениях 1:1, при концентрации смеси в питательной среде 14-17 г/л.

Сущность способа заключается в следующем: в послеспиртовую барду, следующего состава, Вода 91-92 Сухие вещества 8-9 В том числе органические соединения 6-7
Из них усвояемые дрожжами 2,7-3,5 Зола 2,0-2,5 Редуцирующие вещества 0,3-0,4 Летучие кислоты 0,25-0,30 Глицерин 0,4-0,5
Азот: общий 0,25-0,40 аминный 0,03-0,04 Фосфор 0,03-0,24 рН 5,0-5,5 дополнительно вводят азот и фосфор в виде минеральных солей в таком количестве, чтобы суммарная концентрация добавленных и имеющихся в среде азота и фосфора составляла соответственно 2,0 и 0,8% от количества органических веществ барды.

Посевную культуру микроорганизмов получают обычным путем, последовательно размножая из пробирок по стадиям: в колбах на качалках, в инокуляторах, в посевных аппаратах. Плотность засева питательной среды посевной культурой, содержащей 10 г/л абсолютно сухой биомассы, составляет 10% от объема среды.

Процесс выращивания микроорганизмов осуществляют в течение 12-18 ч в интервале температур 30-37^оС при расходе воздуха на аэрацию среды 47-55 м³/м^3.ч. Концентрация биомассы в культуральной среде поддерживается 14-17 г/л (по абсолютно сухой биомассе). При этом происходит саморегулирование активной реакции среды от рН 5,0-5,5 (исходная послеспиртовая барда) до рН 7,8-8,3 (культуральная жидкость в ферментере). Из ферментера культуральную жидкость отбирают непрерывно, биомассу отделяют от культуральной жидкости одним из известных способов (отстаивание, сепарация, центрифугирование) и направляют на сгущение, плазмолиз и высушивание.

Для более полного использования органических веществ послеспиртовой барды и повышения выхода биомассы часть жидкости (20-30%) после отделения биомассы возвращают в ферментер.

Выход биомассы 18-22 г/л (по абсолютно сухой биомассе) с содержанием белка 53-58% при зольности 14-18%
Органические вещества послеспиртовой мелассной барды используются микроорганизмами на 60-70%
П р и м е р 1. К послеспиртовой мелассной барде, содержащей 8% сухих веществ, в том числе 6% органических, были добавлены источники азота и фосфора в виде карбамида и ортофосфорной кислоты в количествах соответственно 2,6 и 1,7 г/л. Приготовленную таким образом питательную среды подавали в аппарат с пневматической аэрацией и засевали посевной культурой симбиотической ассоциации микроорганизмов, состоящей преимущественно из видов Pseudomonas desmolyticum, Pseudomonas fermentans, Chromobacterium flavum, Pseudomonas putida, Bacillus megaterium, взятых в равных соотношениях (1:1) в концентрации 14 г/л.

Посевную культуру получали в количестве 10% от объема среды с содержанием биомассы 10 г/л (по абсолютно сухой биомассе) последовательно выращивая ее из пробирок с агаром в колбах на качалках, в инокуляторах и посевных аппаратах. В качестве среды для посевной культуры использовали послеспиртовую барду с добавлением минеральных солей в качестве источников азота и фосфора в количестве 0,9 и 0,5% от имеющихся в среде органических веществам.

Выращивание указанной смеси микроорганизмов в аппаратах с пневматической аэрацией осуществляли при температуре 35^оС и расходе воздуха на аэрацию среды 53 м³/м^3.ч до достижения концентрации биомассы в культуральной среде 14 г/л (по абсолютно сухой биомассе). Затем выращивание проводили непрерывно-проточным методом при скорости разбавления среды 0,084 ч^-1, что соответствует продолжительности процесса 12 ч. В процессе выращивания биомассы в результате жизнедеятельности микроорганизмов происходило саморегулирование активной реакции среды от рН 5,0 исходной послеспиртовой барды до рН 8,0 культуральной жидкости.

Отбор культуральной жидкости с биомассой осуществляли непрерывно. Биомассу из культуральной жидкости выделяли центрифугированием и направляли на плазмолиз и высушивание.

Для более полного использования микроорганизмами органических веществ среды часть оттоков в количестве 22% от объема после отделения биомассы возвращали в ферментер. В среде после выращивания микроорганизмов содержалось сухих веществ 4,2% в том числе органических 2,28%
Выход биомассы составил 18 г/л (по абсолютно сухой биомассе). Органические вещества среды были использованы на 62%
Технологические параметры процесса:
Концентрация послеспир- товой барды, СВ 8,0
В том числе органических соединений 6,0 Температура, ^оС 35,0
Продолжительность процесса, ч 12,0
Скорость разбавления среды, ч^-1 0,084
Концентрация биомассы
в культуральной жидкости (АСБ), г/л 14,0
Расход воздуха на аэрацию среды, м³/м^3.ч 53,0
рН среды: исходной 5,0 после выращивания 8,0
П р и м е р 2. К послеспиртовой мелассной барде, содержащей 9% сухих веществ, в том числе 7% органических, для более полного использования органических веществ добавляли 27% оттоков после отделения биомассы. К полученной питательной среде были добавлены 3,0 г/л карбамида и 2,2 г/л ортофосфорной кислоты в качестве источников азотного и фосфорного питания.

Приготовленную таким образом питательную среду направляли в аппараты с пневматической аэрацией и засевали посевной культурой симбиотической ассоциации микроорганизмов, состав которой приведен в примере 1. Посевную культуру получали так, как описано в примере 1.

Выращивание смеси микроорганизмов в аппарате с пневматической аэрацией осуществляли при температуре 32^оС и расходе воздуха на аэрацию среды 47 м³/м^3.ч до достижения концентрации биомассы в среде 16 г/л (по абсолютно сухой биомассе). Затем процесс выращивания осуществляли непрерывно-проточным методом при скорости разбавления 0,056 ч^-1, что соответствует продолжительности выращивания 18 ч. В процессе культивирования в результате жизнедеятельности микроорганизмов происходило саморегулирование активной реакции среды от рН 5,5 до рН 8,3.

Отбор культуральной жидкости проводили непрерывно. Сгущение, плазмолиз и высушивание биомассы осуществляли, как описано в примере 1.

В среде после выращивания микроорганизмов содержалось 4,21% сухих веществ, в том числе 2,31% органических.

Выход биомассы составил 22 г/л (по абсолютно сухой биомассе). Органические вещества среды использовались на 67% (
( ).

Технологические параметры процесса:
Концентрация послеспиртовой барды, СВ 9,0
В том числе органических соединений 7,0 Температура, ^оС 32,0
Продолжительность процесса, ч 18,0
Скорость разбавления среды, ч^-1 0,056
Концентрация биомассы
в культуральной жидкости (АСБ), г/л 16,0
Расход воздуха на аэрацию среды, м³/м^3.ч 47,0
рН среды: исходной 5,5 после выращивания 8,3
Использование предлагаемого способа получения биомассы обеспечивает следующие преимущества:
полностью исключается необходимость подкисления среды в процессе выращивания биомассы, т. е. исключается применение дефицитных минеральных кислот или кислых концентратов;
значительно снижается коррозионная агрессивность технологических растворов, в результате чего отпадает необходимость в изготовлении технологического оборудования и трубопроводов из дорогостоящей нержавеющей стали;
достигается более глубокое использование органических веществ среды на синтез биомассы и повышается выход биомассы на 13-30% (18-22 г/л вместо 15,9-16,9 г/л);
уменьшается количество загрязняющих веществ в сточных водах: минеральных веществ в результате исключения процесса подкисления, органических веществ за счет более полной утилизации их в процессе биосинтеза.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОМАССЫ путем выращивания смеси микроорганизмов в условиях аэрации на послеспиртовой мелассной барде с добавлением дополнительных источников азота и фосфора в виде минеральных солей, отличающийся тем, что, с целью уменьшения коррозионной агрессивности среды, повышения выхода биомассы и уменьшения загрязненности сточных вод за счет исключения подкисления среды и более полного использования имеющихся в ней органических веществ, в качестве смеси микроорганизмов используют виды Pseudomonas desmolyticum, Pseudomonas fermentans, Chromobacterium flavum, Pseudomonas putida, Bacillus megatherium, взятые в соотношениях 1 1, при концентрации смеси в питательной среде 14 17 г/л.