Способ получения порошкообразных ферментных препаратов



Способ получения порошкообразных ферментных препаратов
Способ получения порошкообразных ферментных препаратов
Способ получения порошкообразных ферментных препаратов
Способ получения порошкообразных ферментных препаратов
Способ получения порошкообразных ферментных препаратов

 


Владельцы патента RU 2495122:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВПО "ВГУИТ") (RU)

Изобретение относится к биотехнологии. Предложен способ получения порошкообразных ферментных препаратов. Осуществляют глубинное культивирование микроорганизмов в двух ферментаторах с обогревающими рубашками. Культивирование проводят при непрерывной аэрации стерильным воздухом и механическом перемешивании при температуре 30…32оС по всему объему ферментаторов. Полученную в двух ферментаторах культуральную жидкость под давлением попеременно подают на фильтрование в два установленных параллельно фильтра с противоточной водной регенерацией фильтрующего элемента. Фильтры попеременно работают в режиме разделения с отводом осадка и регенерации. Фильтрат культуральной жидкости c влажностью 92…95% подают в распылительную сушилку. Фильтрат в сушильной камере контактирует с сушильным агентом - горячим воздухом с температурой 70…75оС. Получают порошок ферментного препарата с влажностью 5…7%. Нагрев воздуха, подаваемого в распылительную сушилку, осуществляют с использованием парокомпрессионного теплового насоса, включающего компрессор, конденсатор, терморегулирующий вентиль и испаритель, работающие по замкнутому термодинамическому циклу. В конденсаторе теплового насоса одну часть нагретого воздуха направляют в распылительную сушилку. Другую часть воздуха используют в качестве теплоносителя для подогрева воды до температуры 40…45оС. Воду затем подают в обогревающие рубашки ферментаторов. Отработанный сушильный агент с температурой 30…35оС и влагосодержанием 0,025…0,030 кг/кг охлаждают в испарителе до температуры 5…7оС и влагосодержания 0,003…0,005 кг/кг. Сушильный агент вместе с отработанным теплоносителем вновь подают в конденсатор. Образовавшийся в испарителе конденсат отводят в сборник конденсата с последующей подачей под давлением в фильтр. Изобретение обеспечивает получение порошкообразного целевого продукта с однородным гранулометрическим составом, а также обеспечивает повышение энергетической эффективности. 1 ил., 2 пр.

 

Изобретение относится к технологии получения порошкообразных ферментных препаратов и может быть использовано в микробиологической, медицинской, фармацевтической и пищевой промышленности.

Известны способы получения ферментных препаратов [Пат. 2126448 РФ, МПК6 С12 N 9/00, С12 N 9/98, Способ производства ферментных препаратов /Егоров А. Д., Квасенков О. И., Андреев В. Г., Юрьев Д. Н., Ратников А. Ю., Байсултанова Е. П., Мазуркевич В. И.; ООО «Рютар». - №97102283/13; Заявлено 17.02.1997; Опубл. 20.02.1999; Пат. 2133771 РФ, МПК6 С12 N 9/00, Способ получения ферментного препарата /Квасенков О. И., Юрьев Д. Н., Егоров А. Д., Ратников А. Ю., Андреев В. Г.; ООО «Рютар». - №97102284/13; Заявлено 17.02.1997; Опубл. 27.07.1999], в соответствии с которыми полученную при культивировании биомассу очищают микрофильтрацией, концентрируют жидкую фазу и осаждают ферменты, высушивая их путем промывки осадка жидкой двуокисью углерода или смесью жидких двуокиси углерода и ацетилена.

Недостатком известных способов является использование при сушке жидких двуокиси углерода и ацетилена, загрязняющих конечный продукт и снижающих экологическую безопасность производства. Кроме того, эти способы нельзя признать энергоэффективными, так как они не позволяют снизить энергозатраты.

Известен способ получения трипсина [А. С. 1628526 СССР, МПК5 C12 N 9/76, Способ получения трипсина /Ночевный В. Т., Осидзе Д. Ф., Гуславский А. И., Башашкина Н. А., Почтаренко А. Г., Диварова Г. В., Чернецкий Ю. П., Школьников Е. Э., Качалов В. Н.; Всесоюзн. гос. науч.-исслед. контрольный институт ветеринарных препаратов Госагропрома СССР, Всесоюзн. науч.-исслед. и технол. институт биол. пром-и Госагропрома СССР. - №4602934/14; Заявлено 29.07.1988; Опубл. 30.06.1994], предусматривающий экстракцию фермента из тканей поджелудочных желез животных, отделение экстракта в поле центробежных сил, очистку трипсинсодержащей жидкости и распылительное высушивание трипсина при температуре теплоносителя 130-140оС на входе и 60-75оС на выходе.

Недостатком способа является высокая температура при распылительном высушивании, негативно отражающаяся на жизнеспособности ферментов, снижающая качество получаемого порошка и приводящая к повышению энергозатрат. Кроме того, не реализованы основные принципы энергосбережения, в частности организация замкнутых циклов по энергетическим и материальным потокам с применением теплонасосных технологий, обеспечивающих утилизацию и рекуперацию вторичных ресурсов, что не создает условий для снижения удельных энергозатрат и себестоимости порошкообразных ферментных препаратов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ производства биомассы аэробных микроорганизмов [Пат. РФ 2322488 С2, С 12 N 1/00, С 12 М 1/00, Опубл. 20.04.2008. Бюл. №11, ч. III], предусматривающий насыщение культуральной жидкости аэрирующим агентом, в качестве которого используют воздух, с отводом отработанного воздуха и культуральной жидкости с накопленной биомассой.

Недостатки:

- отсутствие стадии высушивания ферментного препарата не позволяет получить порошкообразный целевой продукт однородного гранулометрического состава;

- отсутствие подготовки теплоносителей в замкнутом цикле, из-за чего процесс получения ферментов нельзя считать энергетически эффективным.

Технической задачей изобретения является получение порошкообразных ферментных препаратов и повышение энергетической эффективности посредством утилизации вторичной теплоты.

Для решения технической задачи изобретения предложен способ получения порошкообразных ферментных препаратов, предусматривающий глубинное культивирование микроорганизмов ферментных препаратов с непрерывной аэрацией стерильным воздухом и механическим перемешиванием при температуре культивирования 30…32оС по всему объему ферментатора с обогревающей рубашкой, отличающийся тем, что полученную в двух ферментаторах культуральную жидкость под давлением попеременно подают на фильтрование в два установленных параллельно фильтра с противоточной водной регенерацией фильтрующего элемента, которые попеременно работают в режиме разделения с отводом осадка и регенерации; фильтрат культуральной жидкости c влажностью 92…95% подают в распылительную сушилку, после которой получают порошок ферментного препарата с влажностью 5…7% с использованием парокомпрессионного теплового насоса, включающего компрессор, конденсатор, терморегулирующий вентиль и испаритель, работающие по замкнутому термодинамическому циклу; при этом осуществляют подогрев сушильного агента, в качестве которого используют воздух, до температуры 70…75оС в конденсаторе теплового насоса, одну часть которого направляют в распылительную сушилку, а другую используют в качестве теплоносителя для подогрева воды за счет рекуперативного теплообмена до температуры 40…45оС, подаваемой в обогревающую рубашку ферментатора; при этом отработанный сушильный агент с температурой 30…35оС и влагосодержанием 0,025…0,030 кг/кг охлаждают в испарителе до температуры 5…7оС и влагосодержания 0,003…0,005 кг/кг и вместе с отработанным теплоносителем после рекуперативного теплообмена в режиме замкнутого цикла вновь подают в конденсатор; а образовавшийся в испарителе конденсат в количестве испарившейся из продукта влаги отводят из испарителя в сборник конденсата с последующей подачей под давлением в фильтр, работающий в режиме регенерации, для восстановления пропускной способности фильтрующего элемента.

Технический результат изобретения заключается в получении порошкообразного целевого продукта с однородным гранулометрическим составом и повышении энергетической эффективности посредством утилизации вторичной теплоты.

На фиг. 1 представлена схема, реализующая предлагаемый способ получения порошкообразных ферментных препаратов.

Схема содержит ферментаторы 1 с обогревающей рубашкой 2; сборник урожая 3; фильтры 4 и 5; сборник жидкой фазы ферментного препарата 6; распылительную сушилку 7; компрессор холодильной машины 8; конденсатор 9; терморегулирующий вентиль 10; испаритель 11; сборник конденсата 12; рекуперативный теплообменник 13; насосы 14, 17, 18, 19; вентиляторы 15, 16; линии материальных потоков: 0.0 - вывод осадка; 0.1 - высушенный ферментный препарат; 1.0 - отработанная вода; 1.5 - теплая вода; 1.8 - конденсат; 3.0 - отработанный воздух; 3.2 - холодный воздух; 3.4 - горячий воздух; 3.9 - стерильный воздух; 9.0 - рециркуляция хладагента; 9.4 - культуральная жидкость; 9.7 - питательная среда; 9.8 - инокулят; 9.9 - фильтрат культуральной жидкости.

Способ получения порошкообразных ферментных препаратов осуществляется следующим образом.

В ферментаторах 1 с обогревающими рубашками 2 методом аэробной глубинной ферментации осуществляют получение культуральной жидкости при температуре 30…32оС при создании оптимальных условий культивирования за счет интенсивного массо- и энергообмена между клетками микроорганизмов питательной среды и посевного материала (инокулята), подаваемых по линиям 9.7 и 9.8. При этом осуществляют аэрацию питательной среды потоком стерильного воздуха, подаваемого в ферментатор по линии 3.9, и ее непрерывное механическое перемешивание по всему объему ферментатора.

Использование нескольких ферментаторов позволяет обеспечить непрерывность работы распылительной сушилки, так как время культивирования значительно больше, чем время сушки.

Полученную в ферментаторе культуральную жидкость подают в сборник урожая 3, а после накопления достаточного объема насосом 19 перекачивают в фильтры 4 и 5 для отделения твердой фазы, которую выводят по линии 0.0, а фильтрат культуральной жидкости c влажностью 92…95% по линии 9.9 подают в сборник жидкой фазы ферментного препарата 6. Фильтрат культуральной жидкости насосом 18 направляют в распылительную сушилку 7.

Культуральная жидкость с помощью форсунок распыляется в сушильной камере, где контактирует с горячим воздухом с температурой 70…75оС, подаваемым по линии 3.4. Таким образом, достигается значительное увеличение поверхности испарения. За счет интенсивного массо- и теплообмена между высушиваемым продуктом и сушильным агентом диспергированные частицы ферментного препарата теряют влагу в течение короткого промежутка времени. Конечный продукт, порошкообразный ферментный препарат, имеет влажность 5…7%.

Нагрев воздуха, подаваемого в распылительную сушилку 7 в качестве сушильного агента, происходит с применением парокомпрессионной холодильной машины.

Парокомпрессионная холодильная машина, включающая конденсатор 9, испаритель 11, компрессор 8, терморегулирующий вентиль 10 и рекуперативный теплообменник 13, работает в режиме теплового насоса по следующему термодинамическому циклу.

Хладагент всасывается компрессором 8, сжимается до давления конденсации и по замкнутому контуру 9.0 направляется в конденсатор 9. Затем хладагент дросселируется до заданного давления, соответствующего его температуре кипения, посредством терморегулирующего вентиля 10. С этим давлением хладагент поступает в испаритель 11 и испаряется с выделением холода. Пары хладагента по контуру 9.0 направляются в компрессор 8, сжимаются до давления конденсации, и термодинамический цикл повторяется.

Отработанный воздух из распылительной сушилки 7 с температурой 30…35оС и влагосодержанием 0,025…0,030 кг/кг по линии 3.0 поступает в испаритель 11, где из него удаляется влага, отводимая по линии 1.8 в сборник конденсата 12. Полученный таким образом конденсат с помощью насоса 17 подается на фильтры 4 и 5, где используется для их промывания от осадка.

Осушенный и охлажденный воздух с температурой 5…7оС и влагосодержанием 0,003…0,005 кг/кг по линии 3.2 вместе с отработанным воздухом из рекуперативного теплообменника 13 подается в конденсатор 9. Воздух, нагретый в конденсаторе до температуры 70…75оС, разделяется на два потока, один из которых по линии 3.4 подается вентилятором 15 в рекуперативный теплообменник 13, а другой - вентилятором 16 в распылительную сушилку 7.

В рекуперативном теплообменнике 13 происходит теплообмен между нагретым воздухом и отработанной водой, отводимой из ферментаторов, за счет которого вода нагревается до температуры 40…45оС. После этого нагретая вода вновь подается в обогревающие рубашки ферментаторов насосом 14, где используется для стабилизации температурного режима процесса культивирования.

Примеры реализации способа

Процесс ферментации осуществлялся в ферментаторе аэробной глубинной ферментации с комбинированным подводом энергии: к газовой фазе для аэрации стерильным воздухом с помощью барботера и к жидкой фазе перемешиванием с помощью механической мешалки, который заключался в дозированной подаче потоков питательной среды, инокулята (посевного материала), стерильного воздуха, горячей воды в обогревающую рубашку для обеспечения высокой интенсивности массо- и энергообмена микробных клеток инокулята с питательной средой за счет стабилизации параметров процесса на уровне, требуемом для оптимального развития продуцента и образования целевого продукта. Из ферментатора отводили отработанный воздух, отработанную воду и культуральную жидкость в виде смеси, содержащей клетки, внеклеточные метаболиты и биомассу с остаточной концентрацией целевого продукта.

Для выделения целевого продукта из культуральной жидкости ее подвергали фильтрации с удалением осадка биомассы и подачей фильтрата в распылительную сушилку SD-1000 [EYELA, Япония] со следующими техническими характеристиками:

Пример 1

В качестве объекта производства использован ферментный препарат инулиназы, полученный глубинным способом с использованием продуцента микромицета Aspergillus awamori 2250 [Шевцов А.А., Тертычная И.В., Тертычная Т.Н. //Состояние, проблемы и перспективы производства и переработки сельскохозяйственной продукции: Материалы междунар. науч.-практ. конф., посвященной 10-летию факультета пищевых технологий, 29-30 марта 2011 г. - г. Уфа, 2011. - С. 355-357].

Максимальный выход целевого продукта по активности достигался при следующем режиме культивирования:

В двух ферментаторах, снабженных обогревающими рубашками, методом аэробной глубинной ферментации осуществляют подготовку культуральной жидкости при температуре 31±0,5оС. При этом создаются оптимальные условия культивирования за счет интенсивного массо- и энергообмена между клетками микроорганизмов питательной среды и посевного материала. Кроме того, осуществляют непрерывное механическое перемешивание питательной среды по всему объему ферментатора и ее аэрацию потоком стерильного воздуха, подаваемого в ферментатор.

Культуральную жидкость, полученную в ферментаторе, подают в сборник урожая, а после накопления достаточного объема насосом перекачивают в два фильтра для отделения твердой фазы, которую затем выводят из системы. Фильтрат культуральной жидкости c влажностью 93±0,5% подают в сборник жидкой фазы ферментного препарата и насосом направляют в распылительную сушилку.

Культуральная жидкость с помощью форсунок распыляется в сушильной камере, где контактирует с горячим воздухом с температурой 71±0,5оС. Конечный продукт, порошкообразный ферментный препарат, имеет влажность 6±0,5%.

Нагрев воздуха, подаваемого в распылительную сушилку, происходит с применением парокомпрессионной холодильной машины, работающей в режиме теплового насоса по следующему термодинамическому циклу.

Хладагент всасывается компрессором, сжимается до давления конденсации и по замкнутому контуру направляется в конденсатор, после чего дросселируется до заданного давления, соответствующего его температуре кипения, посредством терморегулирующего вентиля. С этим давлением хладагент поступает в испаритель и испаряется с выделением холода. Пары хладагента направляются в компрессор, сжимаются до давления конденсации, и термодинамический цикл повторяется.

Отработанный воздух из распылительной сушилки с температурой 31±0,5оС и влагосодержанием 0,025 кг/кг поступает в испаритель, где из него удаляется влага, отводимая в сборник конденсата. Полученный таким образом конденсат с помощью насоса подается на фильтры, где используется для их промывания от осадка.

Осушенный и охлажденный воздух с температурой 6±0,5оС и влагосодержанием 0,003 кг/кг вместе с отработанным воздухом из рекуперативного теплообменника подается в конденсатор. Воздух, нагретый в конденсаторе до температуры 71±0,5оС, разделяется на два потока, один из которых подается вентилятором в рекуперативный теплообменник, а другой - в распылительную сушилку.

Многократное использование сушильного агента в контуре его рециркуляции позволяет обеспечить экономию энергетических затрат и снизить их по сравнению с прототипом на 5-7%.

В рекуперативном теплообменнике происходит теплообмен между нагретым воздухом и отработанной водой, отводимой из ферментаторов, за счет которого вода нагревается до температуры 41±0,5оС. После этого нагретая вода вновь подается в обогревающие рубашки ферментаторов, где используется для стабилизации температурного режима процесса культивирования.

Пример 2

Способ аналогичен примеру 1, но аэробное глубинное культивирование проводили микромицета Trichoderma harzianum F114 продуцента фермента β-маннаназы, который гидролизует маннаны растительного углеводсодержащего сырья до маннозы.

Максимальный выход целевого продукта по активности достигался при следующем режиме культивирования:

Способ осуществляют при следующих параметрах:

Как видно из примеров, предлагаемый способ получения порошкообразных ферментных препаратов имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом:

- позволяет получить порошкообразный целевой продукт с однородным гранулометрическим составом;

- дает возможность повысить энергетическую эффективность процесса с помощью рекуперативных теплообменников и снизить удельные энергозатраты на 5…7%, а следовательно, и себестоимость целевого продукта;

- позволяет осуществить подключение парокомпрессионного теплового насоса в энергетическую схему производства и организовать замкнутые рециклы по материальным и энергетическим потокам;

- дает возможность обеспечить экологическую безопасность за счет предотвращения выброса теплоносителя в окружающую среду.

Способ получения порошкообразных ферментных препаратов, предусматривающий глубинное культивирование микроорганизмов-продуцентов ферментов с непрерывной аэрацией стерильным воздухом и механическим перемешиванием при температуре культивирования 30…32оС по всему объему ферментатора с обогревающей рубашкой, отличающийся тем, что полученную в двух ферментаторах культуральную жидкость под давлением попеременно подают на фильтрование в два установленных параллельно фильтра с противоточной водной регенерацией фильтрующего элемента, которые попеременно работают в режиме разделения с отводом осадка и регенерации; фильтрат культуральной жидкости c влажностью 92…95% подают в распылительную сушилку, после которой получают порошок ферментного препарата с влажностью 5…7% с использованием парокомпрессионного теплового насоса, включающего компрессор, конденсатор, терморегулирующий вентиль и испаритель, работающие по замкнутому термодинамическому циклу; при этом осуществляют подогрев сушильного агента, в качестве которого используют воздух, до температуры 70…75оС в конденсаторе теплового насоса, одну часть которого направляют в распылительную сушилку, а другую используют в качестве теплоносителя для подогрева воды за счет рекуперативного теплообмена до температуры 40…45оС, подаваемой в обогревающую рубашку ферментатора; при этом отработанный сушильный агент с температурой 30…35оС и влагосодержанием 0,025…0,030 кг/кг охлаждают в испарителе до температуры 5…7оС и влагосодержания 0,003…0,005 кг/кг и вместе с отработанным теплоносителем после рекуперативного теплообмена в режиме замкнутого цикла вновь подают в конденсатор, а образовавшийся в испарителе конденсат в количестве испарившейся из продукта влаги отводят из испарителя в сборник конденсата с последующей подачей под давлением в фильтр, работающий в режиме регенерации, для восстановления пропускной способности фильтрующего элемента.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к областям биохимии и микробиологии. Предложен способ удаления биопленки с поверхности на основе обработки пергидролазой и смесью ферментов, а также соответствующие набор и композиция.

Изобретение относится к биотехнологии. .
Изобретение относится к области биохимии. .

Изобретение относится к области генной инженерии и может быть использовано в биотехнологии для получения представляющих практический интерес белков, являющихся продуктами молчащих генов или генов с низким уровнем экспрессии.
Изобретение относится к биотехнологии и медицине (а именно, к онкологии) и может быть использовано для создания современной технологии получения противоопухолевого средства и для химиотерапии злокачественных новообразований.

Изобретение относится к антисмысловому олигонуклеотиду, содержащему по меньшей мере одну модифицированную межнуклеозидную связь. .
Изобретение относится к биохимии. .

Изобретение относится к биотехнологической, медицинской, пищевой, комбикормовой и легкой промышленности. .

Изобретение относится к области биохимии. .

Изобретение относится к области биотехнологии и биоэнергетики и может быть использовано при утилизации отходов животноводческих хозяйств, а также для получения биогаза.

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано при автоматизации процессов получения и вакуум-сублимационной сушки ферментных препараторов в микробиологической, медицинской, фармацевтической и пищевой промышленности.

Изобретение относится к получению нефтяного топлива. .

Изобретение относится к области биотехнологии. .

Изобретение относится к области экологической биотехнологии и может быть использовано для наработки в полевых условиях биомассы микроорганизмов - деструкторов нефтяных загрязнений.

Изобретение относится к устройствам для суспензионного культивирования клеток тканей или микроорганизмов и может быть использовано в пищевой промышленности, биотехнологии и медицине.

Изобретение относится к области микробиологии. .

Изобретение относится к получению водного раствора акриламида. .

Изобретение относится к технологии использования возобновляемых источников энергии солнца и биомасс в сельских фермерских и приусадебных хозяйствах, занимающихся производством продуктов животноводства и растениеводства. Способ включает комплексное использование возобновляемых источников энергии солнца и биомассы навоза, биогаза, шлама в качестве органических удобрений в теплице и на участках садово-овощебахчевых культур. Первоначально в период с апреля по октябрь месяцы проводят основной режим обогрева теплицы водотрубопроводами, нагреваемыми исключительно одной энергией солнца до температуры 60…70°С при непрерывной циркуляции горячей воды в их замкнутом контуре «теплица-реактор-теплица», когда одновременно подают в реактор фильтруемый навозный субстрат, вырабатывают биогаз и выводят его через коммуникационные газотрубопроводы в газгольдер и к приборам бытового потребления и в нагреватель котельни, посредством которых обеспечивают циркуляцию горячей воды и регулирование постоянной температуры в водопроводах замкнутого контура «теплица-реактор-теплица», одновременно отрабатывают массу биошлама - органических удобрений и подают ее через трубопроводы непосредственно в теплицу и участки садово-овощебахчевых культур, затем в последующий период с ноября по март месяцы используют два промежуточных режима: первый режим, когда нет необходимости в обогреве теплицы по причине рекультивационных и прочих работ, проводят обогрев только навозного субстрата путем непрерывной циркуляции горячей воды в замкнутом контуре водотрубопроводов «котельня-реактор-котельня», выработанную же массу биошлама используют аналогично первоначально основному режиму, а биогаз - к приборам бытового потребления, посредством которых обеспечивают циркуляцию горячей воды и регулирование постоянной температуры в водотрубопроводах замкнутого контура «теплица-реактор-теплица», второй режим проводят, одновременно обогревая и теплицу, и навозной субстрат соответственно путем циркуляции горячей воды в замкнутых контурах водотрубопроводов «котельня-теплица-реактор-теплица» и «котельня-реактор-теплица», а выработанный биогаз и массу биошлама также используют аналогично первоначальному основному режиму, после чего последовательность основного первоначального и двух промежуточных режимов работы повторяют. Изобретение должно обеспечить использование энергии солнца для выработки биогаза и удобрения, во-вторых, получение экологически чистого органического удобрения, исключающего использование минерального удобрения и химикатов для борьбы с сорняками и болезнями растений и т.д. 1 ил.
Наверх