Способ выделения биомассы Советский патент 1982 года по МПК C12N1/02 

(54) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ БИОМАССЫ

I

Изобретение относится к микробиологической промьшшенности, в частности к выделению биомассы микроорганизмов из культуральной жидкости.

Известен способ выделения биомассы микроорганизмов из культуральной жидкости путем добавки электролитов СП .

Однако этот способ является довольно «трудоемким, так как вводимые добавки являются нежелательными на последую1цих стад1{ях обработки и поэтому должны удаляться из последукицей обработки с большими затратами.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ выделения биомассы микроорганизмов из культуральной жидкости путем обработки ее электрическим током, в котором разбавленную суспензию осветляют, пропуская твердае частицы через электрическое поле постоянного напряжения величиной 100-500 В и вызывая перемещение отдельных частиц в этом поле 2.

К недостаткам этого способа относится неполное вьщеЛение биомассы 5 из культуральной жидкости, а также то, что способ, эффективен только дня водных растворов с очень малым содержанием твердых веществ.

Цель изобретения - более полное 10 выделение биомассы и упрощение способа.

Поставленная цель достигается тем, что в способе выделения биомассы микроорганизмов из культурапь15 ной жидкости, путем обработки ее электрическим током обработку культуральной жидкости электрическим то-. ком ведут при плотности тока от 0,093 до 9,3 мА/см и частоте 020 2000 Гц при 20-85С.

При этом выделение микроорганиз мов из культуральной жидкости осуществляют непрерывно или периодически, предтммтительно при ее перемешивании. Сущность предлагаемого способа эак 1ючается в том, что частота тока 0-2000 Гц подразумевает использование как постоянного, так и переменного тока. Коагулируемые частицы реагируют друг с другом при приложении тока независимо от электролитического вьзделения газа на электродах и особенно в области токнапряжение, где еще не появилось выделение газа. Суспензию помещают в соответствующий реакционный аппарат, устанавливают необходимую температуру и затем пропускают необходимый ток. Количе во электричества, необходимое для коагуляции, зависит от типа и концентрации культуральной жидкости. Вьщеление предлагаемой биомассы мож но осуществлять как периодически, так и непрерывно. Реакционный аппарат, пригодный для периодического осуществления способа, представляет собой, например, бачок. На фиг. 1-3 схематически изображ аппарат для осуществления способа. В бачке (фиг. 1) камера 1 снабжена плотно закрывающейся крьпикой 2, через которую осуществляют подачу электроэнергии для электродов 3и 4 и,в которой находятся отверст 5 для впуска суспензии и 6 - для отвода газов. Отверстие для отвода газов может быть снабжено обратным холодильником (не изображен), в котором могут конденсироваться испаряющиеся компоненты культуральной жидкости. Бачок снабжен рубашкой и через впускной 7 и выпускной 8 патрубки может быть подсоединен к цир куляционному контуру с горячей или холодной жидкостью. Температуру кул туральной жидкости контролируют с помощью термометра 9 или термопары. Два электрода - анод 3 и катод 4расположены друг от друга на расстоянии 0,5-50 мм, предпочтительно 1-15 мм. В качестве материала электродов применяют, например, сетки или мета

лические сита из палладия или платины, а также покрытые слоем благородного металла металлические электроды, предпочтительно титановые электроды, покрытые слоем окислов металли- ческие электроды (в качестве анодов), предпочтительно титановые аноды или также снабженные прорезями или без 9

которые имеют расстояние друг от друга от 1 до 60 мм. Соответственно темперированную культуральную жидкость подают через вход 19 и отбирают на выходе 20. При этом, наряду с однократным пропусканием культуральной жидкости, возможно также многократное пропускание ее. 4 прорезей пластины из графита. Вертикальное расположенне электродов можно также заменить горизонтальным расположением. Можно также устанавливать несколько пар электродов, которые оправдали себя прежде всего в блочной комбинации изогнутых под углом или неизогнутых капиллярных щелевых электродов с вибрацией электродов или без вибрации последних. Во время пропускания тока культуральную жидкость можно перемешивать, предпочтительно с помощью мешалки, например, магнитной мешалки 10, или перекачкой, прежде всего, в блочных комбинациях. Если способ осуществляют непрерьшно, то в крьш1ке 2 электролитической камеры I предусматривают дополнительное отверстие для непрерывной перекачки культуральной жидкости. Из перекачиваемой в контуре культуральной жидкости часть ее при необходийости отбирают для дальнейшей обработки и добавляют соответствующее количество свежей культуральной жидкости. Другой реакционный аппарат, пригодный, в частности, для непрерывного осуществления способа, представляет собой проточную камеру. Особенно пригодными являются кауеры с галетными элементами (фиг. 2). В корпусе камеры из пластмассы или стали с прямоугольным сечением I1 находятся два пластинчатых электрода простейшей конструкции - анод 12 и катод 13 на расстоянии друг от друга от 1 до 60 мм. Культуральную жидкость, соответственно темперированную, подают через впускное отверстие 14 и отбирают у выпускного отверстия 15. При этом I наряду с разовьм пропусканием ее, возможно также многократное пропускание. Другая удобная проточная камера содержит трубчатые элементы (фиг. 3). В корпусе камеры из пластмассы или стали 16 находятся два концентрических электрода - анод 17 и катод 18, Как правило, способ осуществляют при нормальном давлении. Однако можно работать также и при повьшенном давлении. Под биомассой следует понимать массу микроорганизмов, которая при процессах ферментации содержится в ферментационной жидкости в виде тве дого вещества, состоящего из отдель ных частичек. Обычно в качестве микроорганизмов применяют бактерии, дрожжи и грибы. Примерами таких мик роорганизмов являются использующие метанол бактерии семейства Methylотопа5, например Methylomonas с)era АТСС 31.266, дрожжи Candida lipolytica АТСС 20.383, которые можно получать культивированием на н-па рафин.ях в присутствии водной питател ной среды, или грибы, которые широко применяют при известном получении антибиотиков, например, PeniciИium chrysogenum. Пример I. Methylonwnas clara АТСС 31.266 культивируют в питательном растворе, содержащем метанол в качестве источника углерода, .аммиак в качестве источника азота, фосфат, а также соли железа, магния и другие обычные микроэле1 нты. Кул тиви1)ование осуществляют в азробных условиях. 500 мл полученной таким способом культуральной жидкости с содержанием твердого вещества. 1,1 вес.% запивают в бачок (фиг. 1) выделения биомассы в Степень культуральной ж В нее погружают два концентричио расположенных платиновых сеточных цилиндра с 225 отв./см диаметром 24 и 36 мм и высотой 95 мм. Наружный электрод служит в качестве анода. Во время электролиза температуру поддерживают при 35С. После включения постоянного тока его сила в первом опыте составляет 0,1 А. Этот ток обеспечивает среднюю плотность тока относительно поверхности анода, она составляет 0,93 мА/см. Через 15 мин ток отключают. Среднее расчетное напряжение на ячейке составляет 1,8 В. Затем содержимое камеры выливают в седиментационный сосуд. Прозрачную надосадочную жидкость сливают, а осадок подают на дальнейшую обработку. Опыты 2-5 проводят таким же образом, как и опыт 1. Однако в опытах 3-5 вместо постоянного тока применяют переменный ток частотами 20 Гц (опыт З), 200 Гц (опыт 4) и 2000 Гц (опыт 5). Соответствующие величины тока и напряжения представляют собой величины эффективного значения. В табл. I результаты опытов сопоставлены с соответствующим контрольным опытом. В опытах 3-5 приведены эффективные значения тока и напряжения. Таблица t имости от параметров обработки и

0,93 0,093 1,67« 0,18 2,79 Контроль О Примечание: О)- частота 20 Гц . с) - частота 200 Гц, d)- частота 2000 Гц Ко Неизмер. 50 Неизмер. 45 45 45 Неизмер. 40 5050 45.50 Не измер. Не измер-. . )- эффективное значение, Из табл. i видно хорошую, до очень хорошей, седиментацию обработанных электрическим током проб по сравнению с необработанной пробо Пример 2. Штамм дрожжей Candida lipolytica АТСС 20.383, использующий углеводороды, культивируют на Н-парафинах в водной питательной среде и кислородосодержащего газа. 500 мл этой культуральной жидкости (содержание твердого вещества 2 вес.%) выливают в бачок Влияние параметров обра

0,093

0,01

0,01 0,093

тр. 0,465

0,05 0,93

0,1

0,93

0,1

О

О Из табл. 2 видно, что количество полученной биомассы проб, обработан- ных электрическим током, значительно больше по сравнению с необработанной пробой. Пример 3. PeniciIlium chrysogenum АТСС 10.238 обычным способом культивируют в аэробных условиях в питательной среде, соде жащей лактопу, жидкий Cornsteep, фосфат, карбонат и сульфат магния, С применением описанных в примере 1(опыт )электродов на определенно время подводят постоянный ток и Влияние обработки элек биом

0,0465

0,005 0,01 0,093

9,0

10,0

10 15 15 15 30 9,4 0,0 9,6 10,0 9,8 10,0 9,8 10,0 5,0 10,0

15 15

5 30 1,5 (фиг. 1) и обрабатывают, как описано в примере 1. Надоеадочную жидкость сливают, осадок просушивают и взвешивают. Вес сухого вещества полученной биомассы, отнесенный к клеточной массе, содержащейся в суспензии, является мерой хорошей флокуляции. В табл. 2 представлеиы количества полученной биомассы для пяти опытов в зависимости от силы тока, напряжения, плотности тока и времени. Таблица 2 на выход биомассы измеряют фильтруемость суспензии замерами объема фильтрата относительно времени. Опыт I. 500 мл мицелиальной суспензии с содержанием 10 вес.% твердого вещества в течение 15 мин подвергают электролизу током 0,005 А при 20с. Затем суспензию фильтруют на нутч-фильтре (диаметр 11 см, бумага, вакуум 15 Тор.) и через 1 мин замеряют объем фильтрата. Результаты опытов 1-5 примера 3 сведены в табл. 3 и сопоставлены с соответствующим контрольным опытом ТаблицаЗ им током на выход Из табл. 3 четко виден больший объем фильтрата проб, обработаннцх электрическим током, по сравнению с иеобработаииой пробой. Таким образом, предлагаемый способ является более простым по сравнению с известным, а также позволяет на 50-70% эффективнее выделять биомассу из культурааьной жидкости Степень вь цсления может достигать 88% от исходного количества. Формула изобретения I. Способ выделения биомассы мик роорганизмов из культуральной жидкости путем обработки ее электрическим током, отличающий с я тем, что, с целью более полного выделения биомассы и упрощения способа, обработку культуральной жидкости электрическим током ведут при плотности тока от 0,093 до 9,3 мА/см и частоте 0-2000 Гц при 20-85 С. 2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щи и с я тем, что вцделение микроорганизмов из культуральной жидкости осуществляют непрерывно ихш периодически, предпочтительно при ее перемешивании. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. I. Elektrokinetische GrengflSchen vorgange, Verlag Chemie, ein helm, 1977, S. 88. 2 Авторское свидетельство СССР 523713, кл. В 03 С 5/00, 1972.