Способ получения биомассы дрожжей

 

Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано для получения биомассы дрожжей. Целью изобретения является повышение выхода биомассы и предотвращение загрязнения атмосферного воздуха. Способ заключается в том, что после насыщения воды воздухом из нее осуществляют дегазацию кислорода в среде азота, выделенный кислород совместно с азотом направляют на стадию культивирования, при этом парциальное давление азота при дегазации кислорода поддерживают равным парциальному давлению при насыщении воды воздухом, а отработанный газ после культивирования возвращают на стадию дегазации , предварительно очищая его от продуктов метаболизма и дрожжей. При этом в воду при насыщении ее воздухом вводят бензин в качестве переносчика кислорода, а после дегазации воду отделяют и проводят повторную дегазацию. 1 ил. т С.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ЕКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4772413/13 (22) 25,12.89 (46) 07.03.92. Бюл. N- 9 (71) Сибирский технологический институт .(72) H A. Войнов, В.А. Марков и H A. Николаев (53) 663. 14(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1446919, кл. С 12 N 1/16, 1986.

Патент США N 3723255, кл. 195-109, опублик. 1973. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОМАССЫ

ДРОЖЖЕЙ (57) Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано для полученйя биомассы дрожжей. Целью изобретения является поИзобретение относится к микробиологической промышленности, к способам получения биомассы дрожжей..

Цель изобретения — повышение выхода биомассы и предотвращение загрязнения атмосферного воздуха.

На чертеже изображена установка для реализации предлагаемого способа.

Установка для реализации способа содержит пленочный, трубчатый аппарат 1, предназначенный для насыщения воды кислородом из воздуха, емкость 2 для дегаэации. кислорода, ферменте р 3 для культивирования дрожжей, абсорбер 4 для очистки отработанного газа от продуктов метаболизма и дрожжей, фильтр 5, нагнетательное устройство — компрессор 6 для осу Ы«1717628 А1

ai)s С 12 N 1/16//(С 12 N 1/16, С 12

R 1:72) вышение выхода биомассы и предотвращение загрязнения атмосферного воздуха.

Способ заключается в том, что после насыщения воды воздухом из нее осуществляют дегазацию кислорода в среде азота, выделенный кислород совместно с азотом направляют на стадию культивирования, при этом парциальное давление азота при дегаэации кислорода поддерживают равным парциальному давлению при насыщении воды воздухом, а отработанный газ после культивирования возвращают на стадиюдегазации, предварительно очищая его от продуктов метаболизма и дрожжей. При этом в воду при насыщении ее воздухом вводят бензин в качестве переносчика кислорода, а после дегазации воду отделяют и проводят повторную дегазацию. 1 ил. ществления подвода кислорода из стадии дегазации в стадию культивирования, дополнительную емкость 7 для получения концентрированной азотной смеси. насосы для перекачивания воды 8 и культуральной жидкости 9. Для измерения расходов жидкости и газа в линиях установлены расходомеры

10, а для регулирования этих расходов смонтированы вентили 11, Пленочный аппарат состоит иэ камеры

12, в которой установлен штуцер 13 дл" подачи воды и штуцер 14 для подачи воздуха, Кроме того, аппарат 1 снабжен цилиндрическими контактными трубами 15, в верхней части которых коаксиально установлены газовые патрубки 16, образующие с трубами зазор 17. В нижней части аппарата I разме1717628 щена приемная камера 18, имеющая штуцер 19 для вывода воздуха и штуцер 20 для выхода насыщенной води..

Емкость 2 состоит иэ горизонтальной перегородки 21, которая делит полость емкости на секцию 22 для ввода насыщенной воздухом воды и секцию 23 для проведения дегаэации, в которой установлены пластины

24, верхние концы которых входят с зазором в прорези 25; выполненные в перегородке 21, Кроме того, на корпусе емкости 2 установлены штуцер 26 для ввода воды, штуцер 27 для вывода продегазированной воды, штуцер 28 для вывода кислорода и штуцер 29 для ввода очищенного отработанного газа.

Ферментер 3, предназначенный для проведения стадии культивирования, состоит из камеры 30 для ввода культуральной жидкости, камеры 31 для ввода кислородноазотной смеси, камеры 32 для ввода теплоносителя и камеры 33 для осуществления непосредственного вь|ращивания. Внутри ферментера 3 установлены контактные трубы 34, в верхней части которых размещены газов патрубки 35. Кроме того, ферментер 3 набжен штуцерами для ввода питательного сусла 36, вывода готового продукта 37, а также штуцерами для ввода кислородно-азотной смеси 38 и вывода отработанного газа 39.

Установка для получения биомассы дрожжей работает следующим образом.

Вода из емкости 7 насосом 8 подается в камеру 12 пленочного трубчатого аппарата

1, куда также подается атмосферный воздух через штуцер 14. Затем вода поступает в зазор 17, формируется там s виде жидкостного кольца, после чего стекает по внутренней поверхности труб 15 в виде перемешиваемой жидкостной пленки, инT8HcMsHo при этом насыщаясь кислородом из воздуха, поступающего внутрь цилиндрических труб 15 через газовые патрубки

16.

Насыщенная кислородом вода из труб

15 поступает в приемную камеру 18, а затем через штуцер 20 и 26 сливается в секцию емкости 2, при этом атмосферный воздух через штуцер 19 выводится в атмосферу.

Из секции 22 насыщенная кислородом вода через прорези 25, выполненные в перегородке 21 поступает на поверхность пластин 24 и в виде тонкого жидкостного слоя стекает по ним. при этом из воды выделяется кислород, который через штуцер 28 посредством компрессора 6 совместно с очищенным отработанным газом (азотом) попадает в ферментер 3 через камеру 31.

Обескислороженная вода через штуцер

27 поступает в дополнительную емкость 27, где происходит дегазация иэ нее азота.

Азотно-кислородная смесь из камеры

31 поступает в полость газовых патрубков

35, а оттуда — в контактные трубы 34, где контактирует с культуральной жидкостью, которая насосом 9 из камеры 33 подается в верхнюю часть ферментера 3, в камеру 30, а затем, пройдя кольцевой зазор, образованный внутренней поверхностью контактной трубы 34 и наружной поверхностью газового патрубка 35, формируется в виде жидкостной пленки и стекает затем по поверхности контактных труб, интенсивно насыщаясь кислородом.

Выделившийся углекислый газ, а также отработанная азотно-кислородная смесь, компрессором 6 через штуцер 39 подается в абсорбер 4 и фильтр 5, где осуществляется удаление углекислого газа и микроорганизмов. Очищенный отработанный газ через штуцер 29 вновь поступает в емкость 2, при этом заданное парциальное давление азота в емкости 2 и в аппарате 1 поддерживается компрессором 6 и вентилем 11, установленным эа штуцером 28.

Рабочая температура в ферментере 3 поддерживается теплоносителем, поступающим в камеру 32. Подвод питательного сусла осуществляется через штуцер 36, а отвод продукта — через штуцер 37.

Предотвращение загрязнения атмосферного воздуха продуктами метаболизма и микроорганизмами обусловлено тем, что полностью устраняется контакт атмосферного воздуха с культуральной жидкостью.

Повышение производительности обусловлено увеличением интенсивности подвода кислорода к микроорганизмам, быстрым отводом продуктов метаболизма и тепла, отсутствием "дикой" культуры, заносимой атмосферн ым воздухом.

Дегазация кислорода из насыщенной воздухом воды в среде азота предотвращает контакт воды с культуральной жидкостью, позволяет получать кислород и направлять его с азотом на стадию культивирования, что предотвращает загрязнение воды продуктами метаболизма и микроорганизмами, обеспечивает ведение процесса экологически чистым способом, при этом не требуется разделять воду и культуральную жидкость после стадии культивирования.

Поддержание одинакового парциального давления азота на стадии дегазации кислорода из воды и на стадии ее насыщения позволяет устранить накопление азота на стадии культивирования, обеспечивает .выделение из воды только кислорода, азот в

171 7С28 этом случае не дегазируется, согласно закону Генри. Устранение накопления азота позволяет получить высококонцейтрированный кислородом газ, предотвращает контакт газа, находящийся на стадии куль- 5 тивирования, с атмосферным воздухом.

В случае, когда парциальное давление азота на стадии дегазации поддерживается меньше, чем на стадии насыщения воды, рацию кислорода в газе и снижает производительность, загрязняет атмосферный воздух.

Обеспечение парциального давления

"5 азота на стадии дегазации, большего по величине; чем на стадии насыщения. так же не эффективно, так как повышаются. энергозатраты на обеспечение давления, при этом

20 увеличение концентрации кислорода на стадии культивирования не осуществляется.

Возвращение отработанного газа из стадии культивирования на стадию дегаэации и очистка его от продуктов метаболизма и дрожжей позволяет подводить к микроорганизмам кислород, что обеспечивает высокую прбизводительность, а главное делает процесс экологически чистым, так как в этом случае устраняется контакт микроорганиэмов с атмосферным воздухом. Очистка отра- 30 ботанного газа (азота) от продуктов метаболизма позволяет снизить их отрицательное воздействие на рост микроорганизмов в зоне культивирования. что приводит к увеличению производительности, Введение в воду бензина позволяетувеличить количество кислорода в воде, а затем после стадии дегазации увеличить количество кислорода в зоне культивирования, что позволяет перерабатывать высококонцентрированное сусло и, тем самым, увеличить производительность. Изоляция воды после стадии дегазации, а затем повторная ее дегазация позволяет выделить из воды кон40 центрированную азотную смесь, что ведет к 45 получению дополнительного продукта и снижению себестоимости получения бйомассы дрожжей.

Параметры экспериментальной установки, на которой был реализован способ 50 следующие: рабочая емкость ферментера

50 л; число контактных труб 50 шт„длина и диаметр контактных труб 4 и 51 мм; производительность насосов 80 M /ч; абсорбер

55 представляет собой барботажную колонну диаметром и высотой 0,6 и 2 м; мощность компрессора 6 кВт; число контактных труб

15 в аппарате 1 6 шт.; длина и диаметр контактных труб 15 4 м и 51 мм; количество осуществляется накопление азота на ста- 10 дии культивирования, что снижает концент- . пластин 24 в аппарате 2 15; высота пластин 1 м.

Кормовые дрожжи Candlda scottii, штамм Тул-6, выращивают на гидролизате древесины с концентрацией 1 — 0,9% PB. Питательные соли добавляют в состав среды в следующих количествах на 1 кг PB: раствор сульфата аммония из расчета 0,0785 кг азота; водная вытяжка суперфосфата 0,0435 кг

PzOs; хлористый калий 0,021 кг. Микроэлементы в состав среды поступают с водой.

Температуру питательной среды с микроорганизмами поддерживают равной 38-39 С, рН поддерживают в пределах4,2 — 4,6добэвляя аммиачный раствор. Скорость протока устанавливают равной 0,254; Производи-1 тельность дрожжерастительной установки изменяют путем варьирОвания содержания редуцирую цих веществ в питательной среде.

Пример 1. Осуществляют насыщение воды, циркулирующей с расходом 50 м /ч, кислородом из атмосферного воздуха в аппарате 1, после чего проводят дегазацию кислорода в емкости 2 в среде азота, при этом парциальное давление азота в емкости

2 и емкости 1 поддерживают одинаковым.

Полученную аэото-кислородную смесь направляют на стадию культивирования в ферментер 3, отработанную газовую смесь очищают в абсорбере и фильтре, а затем компрессором 6 вновь возвращают в емкость 2. Скорость протоки поддерживают. равной 0,27 при этом рабочая концентра1а ция биомассы дрожжей равна 19 кг/м (и рессован ных дрожжей); экономический коэффициент 65%, концентрация кислорода в культуральной жидкости 2 мг/л.

Таким образом указана возможность реализации экологически чистого способа получения биомассы дрожжей, при этом предотвращено загрязнение атмосферного воздуха. получена высокая производительность выращивания из-за достижения большой рабочей концентрации биомассы дрожжей и высокого экономического коэффициента.

Пример 2. Выращивание биомассы дрожжей осуществляют по примеру 1, но парциальное давление азота на стадии дегазации поддерживают на 20% ниже. чем на стадии насыщения воды. При этом происходит накопление азота э установке, повышение давления на стадии культивирования. что увеличивает количество углекислого газа в культуральной жидкости. В этом случае концентрация биомассы дрожжей равна 15 кг/м, а экономический коэффициент равен 48%.

1717628

Пример 3. Выращивание биомассы дрожжей осуществляют по примеру 1, но отработанный гаэ после стадии культивирования не подвергвют очистке от продуктов метаболизма. 5

При этом снижение рабочей концентрации дрожжей до 14 кг/м, а экономический коэффициент равен 45 .

Пример 4. Выращивание биомассы дрожжей осуществляют по примеру 1, но в 10 воду вводят переносчик. кислорода-бензин. При этом получают увеличение концентрации кислорода в культуральной жидкости, равное 3,2 мг/л, оабочая концен i рация дрожжей 22 кг/м {прессован- 15 н ых дрожжей), а экономический коэффициент 70/„mo показывает перспективность использования бензина в качестве переносчика кислорода, Л р и м е р 5. Выращивание биомассы 20 дрожжей осуществляют по примеру 1. но нейтральную жидкость после стадии дегазации изолируют в емкости, после чего осуществляют повторную дегазацию, При этом получают концентрированную азотную 25 смесь Концентрация биомассы дрожжей равна 15 кг/м, экономический коэффициент 0,5, Таким образом, способ получения биомассы дрожжей позволяет увеличить произ- 30 водител ьность, предотвратить загрязнение атмосферного воздуха, тем самым получая возможность снизить себестоимость продукта, Формула изобретения

1, Способ получения биомассы дрожжей, предусматривающий насыщение воды воздухом, дегазацию из нее кислорода, подачу его в процесс выращивания дрожжей на питательной среде, содержащей источники углерода, азота, фосфора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения выхода биомассы и предотвращения загрязнения атмосферного воздуха, дегазацию кислорода осуществляют в среде азота, подачу кислорода в процесс культивирования проводят совместно с азотом, парциальное давление азота при дегазации кислорода поддерживают равным парциальному давлению азота при насыщении воды воздухом, а отработанный газ после культивирования возвращают на стадию дегазации, предварительно очищая его от продуктов метаболизма и дрожжей.

2. Способ по и. 1, отл и ч а ю щи и с я тем, что в воду при насыщении ее воздухом вводят бензин в качестве переносчика кислорода.

3. Способ поп. 1, отл и ч а ю щи и с я тем, что после дегазации воду отделяют и проводят повторную дегазацию.

1717628

Составитель 8.Голимбет

Техред М;Моргентал Корректор Т.Малец

Редактор И.Дербак

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 853 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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