Способ получения белково-витаминного концентрата

 

Изобретение относится к микробиологической промышленности ,в частности, к производству белково-витаминных кормов. Цель изобретения - увеличение выхода биомассы и снижение затрат на осуществление процесса. Способ заключается в том, что при выращивании дрожжей в две стадии при использовании бисубстратной среды устанавливают лимит по углероду во втором ферментере и лимит по кислороду в первом, при этом в качестве продуцента белка в первом ферментере избирают штамм, селективно использующий один из углеродсодержащих компонентов питательной среды только в аэробных условиях. Скорость разбавления непрерывного двухстадийного процесса определяется величиной, составляющей не более половины максимальной удельной скорости роста штамма во втором аппарате. При использовании моносубстратной среды применяется один штамм аэробных микроорганизмов, наиболее эффективно ассимилирующий данный источник углеродного питания в условиях переключения с лимита по кислороду на лимит по углероду во втором аппарате. 4 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕККЫЙ КОМИТЕТ

R0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4318983/28-13 (22) 31.07.87 (46) 15.07.89. Бюл. У 26 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт винограда и продуктов его переработки "Магарач" и Институт микробиологии и вирусологии им.Д.К.Заболотного (72) E.È.Êâàñíèêoí, В.Г.Сумневич, А.В.Кирюшин, В.Н.Ежов, С.С.Нагорная, А.Н.Котляр, В.А.Горина, А.К.Полонская, О.Ф.Петренко, Ф.М.Буртова и Л.Ф.Зырянова (53) 663.14 (088.8) (56) Забродский А.Г. Технология и контроль производства кормовых дрожжей на мелассной барде. М.: Пищевая промышленность, 1980, сс.26-27, 28-30. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛКОВО-ВИТАМИННОГО КОНЦЕНТРАТА . (57) Изобретение относится к микробиологической промышленности, в частности к производству белково-витаминных кормов. Цель изобретения — увеИзобретение относится к микробиологической промышленности, в частности к производству белково-витаминных кормов.

Цель изобретения — увеличение выхода биомассы и снижение затрат на осуществление процесса °

Способ заключается в том, что при двухстадийном выращивании дрожжей последовательно в двух ферментерах, (50 4 С 12 М 1/16//(С 12 N 1/16;

С 12. R 1:645) 2 личение выхода биомассы и снижение затрат на осуществление процесса.

Способ заключается в том, что при выращивании дрожжей в две стадии при использовании бисубстратной среды устанавливают лимит по углероду во втором ферментере и лимит по кислороду в первом, при этом в качестве продуцента белка в первом ферментере избирают штамм, селективно использующий один иэ углеродсодержащих компонентов питательной среды только в аэробных условиях.

Скорость разбавления непрерывного двухстадийного процесса определяется величиной, составляющей не более половины максимальной удельной скорости роста штамма во втором аппарате. При испольэовапии моносубстратной среды применяется один штамм аэробнык микроорганизмов, наиболее эффективно ассимилирующий данный источник углеродного питания в условиях переключения с лимита по кислороду на лимит по углероду во втором аппарате. 4 табл. подаче в аппараты питательной среды смешивании ее с культуральной жидкостью, непрерывной аэрации, отборе культуральной среды и выделении из нее биомассы, процесс ведут в потоке. на штаммах дрожжей, каждый иэ которых селективно использует только один из углеродсодержащих компонентов бисубстратной питательной среды (причем один только в аэробных условиях), 14>93665

20 а скоро-ть ра.>Г>вяления принимают из расч та прохождения процесса на второй стадии в услов,>ях лимита по углероду.

5 ..корость разб".»nåíèÿ определяют по штамму, культ»ви»уеиоиу на второй стадии. И>и этом скорость разбавления не должна превышать половины от максимальной удельной скорости роста этого штамма.

При использовании моносубстратной сред :> ..риь:: няют один штамм микрооргани..иов, наиболее эффективно ассимилирующий данный источник углерод- 15 чогс питания в условиях переключения с .:имита по кислороду, на лимит по углероду во втором аппарате.

Культуральную среду, отбираемую из первого ферментера, направляют непосредственно в последовательно соединенный с первым второй аппарат, не выделяя из нее биомассу.

При культивировании на двухсубстратной среде в первом ферментере дрожжи используют один из источников углерода питательной среды, характерный для этого штамма только в аэробных условиях при лимите по кислороду, вызванном либо высоким содер- 30 жанием субстрата, либо низкиии иассообиенными характеристиками оборудования. Затем культуральная среда поступает непосредственно в другой аппарат и другой штамм микроорганизЗэ мов, растущий в этом ферментере, использует другой источник углерода питательной среды, характерный для этого штамма. В это же время первый штамм во втором аппарате продолжает 40 в условиях лимита по углероду использовать остаточные концентрации своего источника углерода (недоиспользованность в первом аппарате), и оба штамма растут одновременно, не 45 вытесняя друг друга, Таким образом, обеспечиваются оптимальные условия роста для обоих штаммов микроорганизмов, за счет чего достигается увеличение удель50 ного выхода Г>иоиассы.

Процесс начинают с периодического выращивания аэробных микроорганизмов раздельно в двух аппаратх на питательной сред», содержащей один или два источника углерода. Перед выходом на непрерывный режим фериентеры соединяют погпед<>вате»ьно, и.исходную питательнун> <:»елу подают только н первый аппарат. Скорость разбавления устанавливают по значению максимальной удельной скорости роста штамма, растущего во втором аппарате (на уровне не более 507. от нее).

При непрерывной подаче бисубстратной (по углероду) среды в первом из двух последовательно соединенных ферментеров культивируют штамм, избирательно ассимилирующий один из двух источников углерода только в аэробных условиях и имеющий более высокую удельную скорость роста .. Поступая иэ первого аппарата во второй, этот штамм ассимилирует остаточные количества своего источника углерода и не вступает в конкуренцию за субстрат со вторым штаммом.

При использовании моносубстратной по углероду среды, в качестве продуцента применяют штамм, наиболее эффективно усваивающий данный субстрат.

Процесс начинается с одновременного периодического выращивания такого штамма в двух ферментерах. При выходе на непрерывный режим аппараты соединяют последовательно, и непрерывное культивирование ведут аналогично выращиванию на бисубстратной среде. В первом аппарате при лимите по кислороду, вызванному высокой концентрацией субстрата или низкими массообменными характеристиками, штамм усваивает часть источника углерода и, переходя во второй аппарат, работающий в лимите по углероду, ассимилирует остаток субстрата.

Пример 1. Культивирование осуществляли на бисубстратной по углероду питательной среде, содержащей

10 г/л этанола, 10 г/л сахарозы и набор солей, приведенный в табл.1.

Для осуществления процесса в первом ферментере использовали культуру Candida krusei У У-342, во втором

Saccharomyces cerevisiae 616 (ВКИМ 4-452). Емкость ферментера3 л каждый.

Применяли следующие режимы культивирования: рН 4,4, температура

35 С (первый аппарат); рН 5,5, температура 27 С (второй аппарат). Подача воздуха в ферментеры (аэрация) составляла 1 об/об среды. мин при

300 об/мин мешалки, скорость разбавления принимали равной 0,15 ч, или

1493665 е

40% от макс м симальной скорости роста единицы биомассы потребовалось почдрожжеи Saccharomyces cerevisiae 616. ти в 2 раза больше питательной среды.

В устанониншемся режиме концент- Пример 3. Культивирование рацИя дрожжей С.Krusei Y-342 на выI осуществляли по предлагаемому споходе первого аппарата составила собу на бисубстратной среде, приве,1 г л абсолютно сухих веществ (АСВ); денной в примере 1. после перемещения биомассы во второй Скорость разбавления приняли ранаппарат продолжалось их накопление НоН 0,225 ч, что соответствовало на остатке этанола и паРаллельное на 1Р 0; о („а коплен S 616

60Х от максимальной удельной скороскопление .cerevisiae 616 на сахароОб ти роста культуры во втором аппарате. эе ° щий выход биомассы в опыте сос14 8 / АСВ

При этой скорости разбавления оттавил, г/л АСВ при общем экономимечено прогрессирующее вытеснение углеродного питания (табл.3). При 15 аппарата и через одни сутки непрескорости разбавления, равной 0,19 ч (501 рывного культивирования ассимиляция от максимальной удельной скорос- сахарозы в ней прекратилась ° Общий ти роста штамма во втором аппарате)

1 выход биомассы составил 9,8 г/л АСВ общий выход биомассы составил 14,2 г/л при экономическом коэффициенте

АСВ при экономическом коэффициенте 2р г ь В

0,71 г АСВ/r углерода. 0,49 — — ——

r углерода.

Пример 2. Культивирование осуществляли на моносубстратной по

Пример 4 ° Культивирование углероду среде, содержащей 20 г/л проводили на бисубстратной среде, этанола, а также стандартный для

25 содержащей 10 г/л н-алканов, 1О г/л культивирования набор микроэлементов, сахарозы и набор солей, приведенный приведенный в табл.2. в табл.2. (В первом ферментере использовали

Для осуществления процесса в обоих штамм С.baidinii sp., а во втором ферментерах использовали культуру 3р С.tropicalis К-4 1. В первом ферменС.кхизе 7-342. Применяли следующие тере поддерживали рН 5 5 с — 30 С е мы р жимы культивирования: рН 4,4, тем- но втором — pH 5,0 и t — 37 С. Подапе ат а 35ОС п р ур, подача воздуха чу воздуха в ферментере (аэрация)

1 об/об среды мин при 300 об/мин ме- составляла 1,5 об/об среды мин при шалки, скорость разбавления 0,20 ч, 35 500 об/мин мешалки, скорость разбавили около 407. от максимальной удель- ления принимали равной 0 1 ч - или

Э нои скорости роста штамма на первой 507. от (((„,„, C.tropicalis К-41 ° стадии. В установившемся режиме выход

В установившемся режиме концентра- дрожжей в первом аппарате составил ция дрожжей на выходе первого фер- 4р 4,8 г/л АСД, во втором аппарате проментера составила 7,7 г/л АСВ; после должалась ассимиляция источника угперемещения но второй аппарат при- лерода С.boidinii и накопление биорост ее составил 7,0 г/л АСВ, или массы дрожжами С.tropicalis К-41 на всего получено 14,7 г/л АСВ при эко- н-алканах. Общий выход биомассы сосномическом коэффициенте 0,73 г АСВ/r 45 танил 15,2 г/л АСВ при Y — 0,76 ACB/г этанола (табл.3) ла (табл.3). углеродного питания.

Для сравнения при непрерывном выращивании С.krusei Y-342 на той же Пример 5. Культивирование среде и скорости разбавления 0,20 ч проводили на бисубстратной среде на н одном аппарате концентрация био- 5ð основе крепленых плодово-ягодных массы на выходе из ферментера сос- виноматериалов, содержащей 20 г/л танила 7,6 г/л ACB при экономическом этанола и 5 г/л сахара, карбамила коэффициенте 0,,38 r АСВ/r этанола (. ). аким образом, при одно(табл.3) Так м 0,65 г/л. Условия культивирования: временном проведении процесса в двух 55 рН 3,5-4,5, температура 35-38 С, параллельных аппаратах, общий выход подача воздуха 1 л/л. мин. Культибиомассы составил 15,2 г/л, но эко- вированп" "вели в двух последовательномический коэффи иен ффициент остался на но соединенных ферментерах, н первом прежнем овне ур е, т.е, на производство из которых использовали штамм Candi1493665

В обоих ферментерах для выращивания использовали культуру Rhodo»

torula plIIti.vis ?1 . Культивирование вели при рН,5, температура 30 С, о аэриронание 1 об/об среды, 300 oG/èèí мешалки и скоро ти разбавления

0,07 « (407. От /IJм„кс R.glIItinis

214)

В установившемся режиме биомасса дpожжp.й Hя в1!xОJ(е «1 3 пе p ног о фР p M . н

50 йа ис111н ВКИУ-1668, во втором

Kluyvегоmuce marxianus Зс.

Скорость разбавления 0,25 г составляла 50/ от р „ « штамма Kluyvегоmyces marxianus Зс, В установившемся режиме биомасса на выходе из первого ферментера была

7,2 г/л АСВ, на выходе из второго

15 5 г/л АСВ. При этом в первом ап- 10 парате культура С.utilis ВК11У-1668 использует основную часть эталона и, переходя во второй ферментер, добирает его до остаточных количеств.

Одновременно культура Kluyvегоmyces 15

marxianus Зс во втором ферментере утилизирует сахар ° Средний экономический коэффициент процесса 0,62 r

АСВ/г углеродного питания.

II р и м е р 6. Способ осуществляли 20 по примеру 2, но для осуществления процесса н обоих ферментерах использовали культуру Сandida tropicalis

К-41.

Режим культивирования: рН 5,0, температура 37 С, подача воздуха

1 об/об среды мин, скорость разбавления 0,20 г - или 40Х от максимальной удельной скорости 1.оста штамма.

При выходе процесса на стационарный 30 режим биомасса дрожжей на выходе из первого аппарата составила 7,6 г/л

АСВ, после перемещения ее во второй ап арат прирост ее составил 7,1 г/л

АСБ, или всего получено 14,7 г/л АСВ при экономическом коэффициенте 0,73 (14,7:20) к общей продолжительности процесса 10 ч.

Пример 7. Культивирование вели на моносубстратной по углероду 40 среде, содержащей 20 г/л н-алканон

С н -С, и набор солей, приведенных

В табл)гце 4 тера 11,8 г/л АСВ при экономическом коэффициенте 0,60 r АСВ/г н-алканов.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известным обеспечивает повышение выхода биомассы из единицы сырья на 40-95Х; снижение затрат энергии за счет исключения сепарирования культуральной массы между двумя стадиями выращивания; значительное уменьшение количества подаваемой среды и соответственно сброса сточных вод.

Формула и э обретения

Способ получения белково-витаминного концентрата, предусматривающий выращивание дрожжей в непрерывных условиях при аэрации на питательной среде, содержащей источник углерода, источники азота, фосфора, минеральные соли, в две стадии в двух последовательно соединенных ферментерах, с последующей передачей культуральной жидкости из первого ферментера во второй и выделением биомассы, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения выхода биомассы, а также снижения затрат на осуществление процесса, процесс культивирования дрожжей на первой стадии осуществляют в условиях лимита по кислороду, а на второй стадии выращивание ведут в условиях лимита по источнику углерода, культуральную жидкость из первого ферментера передают во второй ферментер вместе с полученной в первом ферментере биомассой, при этом при использовании в процессе выращивания питательной среды, содержащей два источника углерода, выращивают два штамма дрожжей, селективно ассимилирующих характерный для каждого источник углерода, причем штамм, способный усваивать один иэ источников углерода только в аэробных условиях, выращивают на первой стадии, а при использовании питательной среды, содержащей один источник углерода, выращивают штамм дрожжей, способный ассимилировать источник углерода и условиях переключения с лимита по кислороду на лимит по углероду.

1493665 блица!

Т а

Состав питательной среды

Микроэлементы

3,0

0,75

0,4

1,0

0,0008

0,022

0,15

0,0016

0,005

0,00002 блица 2

Г а

Состав питательной среды

Содержание микроэлементов в среде, г/л

2,0

0,7

0,2

0,2

1 0

0,3

0,008

0,02

0,02

0,05

0,0004

0,00002

Аммоний серно-кислый

Магний серно-кислый

Калий хлористый

Калий фосфорно-кислый

1-замещенный

Натрий хлористый

Калий иодистый

Цинк серно-кислый

Железо серно-кислое семиводное

Натрий молибденово-кислый

Марганец серно-кислый пятиводный

Биотин

Микроэлементы в среде

Аммоний серно-кислый

Магний серно-кислый

Калий хлористый

Калий фосфорно-кислый

2-эамещенный

Аммоний фосфорно-кислый

2-замещенный

Натрий хлористый

Цинк серно-кислый

Железо серно-кислое семиводное

Марганец серно-кислый пятиводный

Борная кислота

Медь серно-кислая пятиводная

Биотин

Содеркание микроэлементов в среде, г/л

1493665

Таблица3

Основные показатели различных вариантов непрерывного культивирования

Выход биомассы, г/л АСВ в установившемся режиме

Способ культивирования

Питательная среда

Экономический коэффициент, r

АСВ/r источ1-ый ап- 2-ой ап- Итого парат парат ника углерода

0,74

14,6

5,1

14,8

Бисубстратная

Моносубстратная

Предлагаемый

14,7

14,7

7,7

0,73

Предлагаемый

Непрерывное в одном ферментере

7,6

7,6

0,38

Т а б л и ц а 4

Состав питательной среды

Содержание микроэлементов в среде, г/л

Микроэлементы

2,5

0,7

0,4

Натрия нитрат

Магний серно-кислый

Калий хлористый

Калий фосфорно-кислый

1-замещенный

Калий фосфорно-кислый

2-замещенный

Калий иодистый

Цинк серно-кислый семиводный

Железо серно-кислое семиводное

Натрий молибденово-кислый

Марганец серно-кислый

1,0

0,1

0,0008

0,022

0,1

0 0016

0,005

Составитель В.Голимбет

Техред A.Кравчук Корректор- М.Демчик

Редактор М.Товтин

Заказ 4066/28 Тираж 500 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина,101