Способ обработки сточных вод,образующихся при получении аминокислот ферментацией Советский патент 1981 года по МПК C02F3/02 C02F3/34 C02F3/02 C02F101/30 C02F103/36 

вследствие высоких значений ХПК (химическая потребность в кислороде) и, ВПК (биологическая потребность в кислороде) сточных вод, превышающих десятки тысяч, мг . Известен способ утилизации сточных вод, образующихся при получении квашенирй капусты. Согласно этому способу сточные воды подвергают непрерывной аэробной ферментации при помощи дрожжей. Получаемая дрожжевая биомасса используется в качестве белково-витаминной добавки при кормлении животных. Способ утилизации сточных вод путем выращивания на их основе определенных микроорганизмов, в тех случаях когда это возможно, предста ляется наиболее целесообразным, поскольку такой способ не только улучшает состав стоков после отделения продуктов вторичного биосинтеза, но и позволяет получить дополнительную продукцию, что повышает экономически показатели производства в целом. Ука занный способ переработки сточных вод позволяет также решить одну из важнейших проблем микробиологической промышленности - нахождение дополнительных источников сырья для микробиологического синтеза кормового и пищевого белка, аминокислот, кормовых антибиотиков и других продуктов Г Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является спо соб, касающийся, обработки сточных во производства аминокислот и белковых гидролизатов путем их ферментации с помощью дрожжей родов Frichosporon, Cand i d Foru 1 ops I s , P i ch i a , Saccar omyсe s. Способ предусматривает периодическое или непрерывное культивирование дрожжей при интенсивной аэрации и перемешивании. Условия фер ментации таковы, что в конце процесс при оптимальных условиях культивирования дрожжей рода FrI chosporon дос тигается снижение ХПК и ВПК на 75 И 90%, соответственно. Предварительно нейтрализованные стоки ферментируют при рН-3,6, температуре 2б-40 с. Рос биомассы дрожжей осуществляют за счет остаточных углеводов, аминокислот, источников азОта и других компо нентов стоков ГзД,. Однако способ направлен, на дости жение высокой степени очистки сточных вод, что возможно лишь при npakтичеЬки полной деградации компоненто , а том числе аминокислот, бета на (в случае процесса получения аминокислот на мелассе) , продуктов автолиза биомассы - продуцента основного продук та и других полезных веществ, содержащихся в сточных водах. Удовлетворяющие поставленной цели результаты получены при использовании дрожже.й рода Fr I chosporon . Дрожжи других родов плохо или совсем не растут на сточных водах в том числе в условиях непрерывного культирования. Это снижает эффективность способа при использовании смешанных культур, что необходимо для утилизации гетерогенных по составу сточных вод, разные фракции которых обеспечивают преимущественный рост одного из видов дрожжей. Кроме того, для увеличения эффекта очистки исходные стоки разбавляют водой в 3-10 раз. Такой прием связан со Значительным расходом чистой воды и не пригоден для промышленного использования. Способ используется лишь для очистки стоков со сравнительно низкими значениями ХПК (порядка десятков тысяч) , в то время как стоки после ионообменных колонн при получении лизина характеризуются величинами ХПК более ста тысяч мг . Цель изобретения - повышение выхода биомассы и экономичности процесса за счет сокращения расхода чистой воды.. Поставленная цель достигается тем, что сточные воды, образующиеся при получении аминокислот ферментацией, подвергают.обработке дрожжами или Candida, или Kudriawzewi или Forulapsts или их смесью. Культуральную жидкость концентрируют упариванием и высушивают на распылительной сушилке. Тйкже возможно отделение биомассы сепарацией и фильтрацией, в конце описанного Процесса получают сухой продукт, аналогичный по своим свойствам белкововитаминным концентратам, применяемым. в кормопроизводстве. Предлагаемый способ обладает существенным отличием от известного, заключающимся в применении новых видов дрожжей, а также в том, что при peaJ изaции способа в ходе ферментации потребляются главным образом углеводы и источники Минерального питания . Значительное количество органических веществ, содержащихся в исходном Стоке, в том числе и остаточные аминокислоты, сохраняются в сухом продукте. Способ осуществляют следукнцим образом. .Сточные воды с различных стадий П1 оизводственного цикла, например стоки после ионообменного выделения лизина, культуральная жидкость после некондиционных ферментации, жидкие v выбросы из ферментеров и другие жидкие отходы производства, не содержащие токсических веществ, собирают в один или несколько сборников, снабженных перемешивающими устройствами. Для подготовки собранных усредненных стоков к процессу ферментации рН доводят до 2,5-4,5 с помощью минеральной кислоты, например фосфорной или серной. Уровень рН может быть также установлен растворглш щелочи.. При необходимости в эти же емкос ти вносят дополнительные источники углерода, например мелассу, микроэл ментов азота и фосфора в виде фосфо ной кислоты или ее солей. Затем подготовленные для фермент ции стоки непрерывным потоком подаю в один или несколько последовательно соединенных ферментеров. 4 ерментацию проводят с помощью дрожжей Candida Pichla Kudriawzewl и Forulopsis sp.Fl-5, которые депо:нированы в Центральном музее прок«ш ленных ФIKpoopгaнизмoв Всесоюзного научно-исследовательского института генетики и селекции промышленных ми роорганизмов, имеют регистрационные номера соответственно ЦМПМ У-261, ЦМПМ У-260 и ЦМПМ-259. ВыраЬ|ивание Осуществляют в аэробных условияхпри подаче в ферментер воздуха и перемешивании. В связи с тем, что для получения сухого .не липкого продукта .необходим утилизировать содержащиеся в сточны водах сахара, процесс ферментации ведут таким образом, чтобы рост биомассы лимитировать концентрацией сахара в среде или чтобы концентрация углеводов в конце ферментации не превышала 0,5%. Периодический процесс ферментации проводят в течение времени, необходи мого для потребления углеводов (550 ч) . Непрерывный процесс проводят при рН-2,5-4,5 и при скоростях разбавления 0,05-0,35 ч . Скорость разбавления подбирают в зависимости от химического состава стоков, главным обра зом содержания Сахаров. В случае, если концентрация Сахаров в культуральной жидкости начинает превышать 0,5%, то снижают скорость разбавления.. . Скорость разбавления, характеризующую соотношение абсолютной скоррсти протока к рабочему объему ферментера, в данном процессе регулируют путем изменения рабочего объема ферментера: при необходимости снизит скорость разбавления увеличивают объем культуральной жидкости в аппарате, если нужно увеличить скорость разбавления, уменьшают объем культуральной жидкости в аппарате. Такой способ регулирования скорости разбав ления позволяет вести процесс с и.ёоб . ходимой абсолютной скоростью протока, что обеспечивает переработку всего объема сточных вод. В процессе ферментации происходит потребление углеводов, источников азота, фосфора, микроэлементов и других компонентов, сточных вод, необходимых для роста биомассы мйкроорганиамов. В результате перехода указанных растворенных веществ в микробную биомассу происходит улучшение состава сточных вод и снижение ХПК и ВПК на 35-60%. Полученную после ферментации культуральную жидкость подвергают упариванию на 30-55% сухих веществ, затем высуншвают на распылительной сушилке или другими известными способами. Полученный продукт содержит до 2040% белка, аминокислоты, витамин) и другие применяемые в кормопроизводстве компоненты. конечный продукт также может быть получен в виде жидкой барды путем упаривания культуральной жидкости до концентрации сухих веществ не менее 20%. Упаривание предпочтительной сепарации, поскольку в этом случае в конечном сухом продукте сохраняются все полезные вещества, указанные вы- ; ше. Основным отходом Такого процесса является конденсат с выпарных установок, который может быть использован для разбавления стока или, частично, для приготовления питательной среды для основной ферментации лизина и других технологических целей. Пример. Ферментации подвергают сток, полученный после сорбции лизина в ионообменной колднне со смолой КУ-2-8. В стоке содержится 50 г/л сухих веществ/ из которых 8,5 г/л составляют углеводы, главным образом сахароза, рН стока 3,5. Посевную культуру дрожжей Candida Sp.EO-D с титром до 1х10®кл/мл в количестве 5-10% по объему переносят в ферментер для непрерывного культивирования, содержащий исходный сток или сток, в который дополнительно добавлены некоторые компоненты питательной среды (источники фосфора, КС I, микроэлементы в случае нехватки в исходном стоке. Ферментацию проводят в периодическом режиме в течение 4 ч при интенсивной аэрации, рН-3,5, температуре 37-40С. Указанное значение рН поддерживают при помощи 12%-ного раствора аммиака. Затем осуществляют процесс выращивания дрожжей путем непрерывной подачи в ферментер стока с ионообменной колонны. Со скоростью, равной . скорости притока, из ферментера отбирают культуральную жидкость, содержащую продукты утилизации компонентов стока, главным образом в виде биомассы дрожжей. Непрерывный процесс проводят в диапазоне скоростей разбавления 0,07-0,3 ч . Скорость протока после-ч довательно увеличивают до повышения концентрации сахара в культуральной жидкости до 0,01-0,15%. В таблице приведены параметры процесса ферментации при разных скоростях разбавления. Из приведенных данных видно, что исходный сахар потребляется на 7590%. Выход биомассы в расчете на пот ребленный сахар достигает 0,8 и значительно превышает терретическое. Значение этого показателя для дрожжей, вырсициваемых в аэробных условиях (выход характеризует количест во синтезируемой биомассы в граммах в расчете на 1 г использованного вещества, в данном случае сахара) . Типичный выход для аэробной ферментации составляет 0,6. Расчет показывает, что до 30-35% углерода биомассы поступает из других углеродсодержащих компонентов стока, что улучшает химический состав стока. Для данного стока оптимальной яв ляется скорость разбавления 0,2 ч поскольку при этом режиме достаточно высокая продуктивность синтеза биомассы, 0,92 г/л ч и допустимая концентрация остаточного сахара S культуральной жидкости 0,12%. Культуральную жидкость после ферментации упаривают на роторном испарителе до 45% сухих веществ и высушивают на распылительной сушилке. Полученный продукт обладает характерным дрожжевым запахом имеет светло-коричневый цвет, не слипается на открытом воздухе. П р и м е р 2. Процесс осуществля ют в соответствии с примером 1, отличием является то, что для ферментации стока используют смесь видов дрожжей Candida sp EL-1, Forulopsis sp E1-5 и Pichla Kudriawzewi E1-4. Для интенсификации процесса к сто ку , состав которого приведен в примере 1, дополнительно добавляют фосфорную кислоту в количестве 1 мл/л, используемую в качестве источника фо фора. Культивирование смеси культур про водят при температуре , рН-Зу23,5, расходе воздуха 0,5-0,8 объема на объем культуральной жидкости при скорости вращения мешалки 600800 об/мин. Концентрация биомассы при скорости разбавления 0,2 ч- составляет 5,1 г/л, продуктивность процесса 1 г/лЧ. Культуральную жидкость упаривают до 40% сухих веществ и высуши вают на распылительной бушилке. Примерз. Ферментации подвёр гают промышленныесточные воды, полу ченАые после ионообменного выделения лизина в колонне объемом 25 м. Полу ченные сточные воды содержат 8,7% сухих веществ, 0,8% углеводов, 2,7 г/л лизина, имеют рН 1,5. Ферментацию проводят в ферментере объемом 5 м. Сточную воду вносят в ферментер, доводят рН до 3,5 концент рированным раствором NaOH, вносят фо форную кислоту в количестве 0,5 л/м и стеарилизуют при в течение 4 О мин. Охлажденную питательную среду засевают смесью указанных в примере 2 видов дрожжей в количестве 0,4%. Ферментацию осуществляют при рН-3,2-3,4, температуре 38-40°С, аэрации воздухом со скоростью до О,5 об/мин, в течение 20 ч. За указанное время полностью потребляются углеводы и концентрация биомассы дрожжей достигает 8,0 кг/м7 концентрация лизина 3,0 г/л. , Полученную кулвтуральную жидкость высушивают на промышленной распылительной сушилке. Сухой продукт темнокоричневого цвета имеет содержание ис1ТИННОГО белка 25%, сырого протеина 50%, лизина 3,35%, сухих веществ 96,4%. Пример4. Ферментации подвергают сточные воды, полученные после ионообменного выделения триптофана из культуральной жидкости. Сточные воды содержат 2,5% углеводов и имеют рН-2,5. После доведения рН до 3,3 концентрированным раствором NaOH и стериализации в автоклаве при в течение 40 мин охлажденный сток засевают смесью указанных в примере 2 видов дрожжей, или каждым из них в отдельности. Ферментацию проводят в колбах объемом 250 мл на качалке при 240 об/мин при температуре З8с в течение 30 ч. При потреблении углеводов на 70-90% концентрация биомассы в конце процесса составляет 1014 г/л.. Полученную Культуральную жидкость упаривают до 40% сухих веществ и высушивают на распылительной -сушилке. Полученный сухой продукт белого цвета с содержанием сухих веществ 97% не гигроскопичен, имеет специфический дрожжевой запах. Приме р 5. Ферментации подвергают сточные воды после некачественной ферментации лизина. Культуральная жидкость содержала биомассу продуцента лизина, имела высокое содержание Сахаров до 3,5% и характеризовалась КПК 160000 мг 0,,/л. Для проведения ферментации к стоку дополнительно добавляют сернокислый магний в концентрации 200 мг/л. Процесс ферментации осуществляют непрерывным способом на установке из двух последовательно соединенных ферментеров при интенсивной аэрации и перемешивании, рН-3,2, температуре 35-38 С. Средняя скорость протока составляет 0,15 . Для ферментации стока используют смесь дрожжей, указанных в примере 2. При описанных условиях проведения процесса углеводы потребляются на 80-85%, при этом концентрация биомассы дрожжей достигает 22-24 г/л, продуктивность 3,6 г/л ч.

Полученную после ферментации культуральную жидкость упаривают до 40% сухих веществ и высушивг ют на распылительной сушилке. Сухой продукт не гигроскопичен,имеет содержа.ние протеина 45%.

Представленные примеры показывают что использование предлагаемых штаммов дрожжей позволяет утилизировать до 90% сахара(И другие источники питания, содержаошеся в сточных водах производства аминокислот, не

уменьшая содержания в них таких цен- ных продуктов как лизин. Использование смешанных культур дрожжей обеспечивает высокую эффективность утилизации стока независимо от изменения состава стоков. Эффективная утилизация дрожжей сахара позволяет с помощью упаривания и последующей сушки культуральной жидкости получать сухой продукт, который можно использоват как кормовой белок в животноводстве.