Способ получения биомассы метанокисляющих бактерий
Владельцы патента RU 2699293:
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение Биосинтез" (RU)
Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен способ получения биомассы метанокисляющих бактерий. Способ включает выращивание бактерий в ферментере в условиях аэрации на питательной среде, выделение биомассы из культуральной жидкости, частичный возврат отработанной культуральной жидкости на стадию выращивания, обезвоживание и сушку биомассы. Причём выращивание биомассы проводят в режиме переменного аэрирования и с непрерывной подачей метана в максимально турбулентную аэрированную зону ферментера. Изобретение обеспечивает повышение выхода биомассы, снижение ее потерь и достижение полной взрывобезопасности процесса. 1 табл., 4 пр.
Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к способам получения метанокисляющих бактерий и может быть использовано в угольной, горнодобывающей, химической и других отраслях промышленности.
Известны способы получения метанокисляющих бактерий при аэрировании и рециркуляции биомассы, в частности авторское свидетельство СССР № 811846, КП С 12 № 1/16, 1979 г.
Недостатком этих способов является получение биомассы метанокисляющих бактерий без активации молекулярного кислорода при постоянной аэрации и контроля растворенного кислорода в ферментере, а также смешение газовых потоков, что снижает взрывобезопасность процесса.
Целью изобретения является повышение выхода биомассы, снижение ее потерь и достижение полной взрывобезопасности процесса выращивания биомассы метанокисляющих бактерий.
Предлагаемый способ получения биомассы метанокисляющих бактерий основывается на биохимической реакции активации молекулярного кислорода восстановленным NAD (NAD соответствует названию химического соединения никотинамидадениндинуклеотида) с последующим окислением органического субстрата – метана.
Поставленная цель достигается путем осуществления процесса выращивания с использованием переменного аэрирования, т.е. прекращения подачи воздуха (кислорода) в ферментер до полного поглощения растворенного кислорода в культуральной среде, выдерживания биомассы в ферментере без кислорода до достижения максимального значения НАD·Н2 с последующим окислением метана при аэрации по реакции:
| HAD x H2 + O2 + CH4 | HAD+ + CH3OH + H2O |
При этом осуществляется раздельная подача газовых потоков (метана и воздуха). Метан подается в максимально торбулентную, аэрированную зону ферментера непрерывно.
На основании проведенных экспериментальных исследований было установлено, что выдерживание биомассы по времени без кислорода и подачей кислорода в соотношении от 1:4 минут до 1:6 минут позволяет достигнуть максимальных показателей по производительности процесса выращивания и обеспечить взрывобезопасность процесса.
Выращивание биомассы метанокисляющих бактерий проводят на питательных средах, содержащих в качестве источника углерода – метан, а в качестве минерального питания используют азот, фосфор, калий, магний, медь другие необходимые для питания метанокисляющих бактерий элементы.
Процесс выращивания ведут при температуре 40-42°С, PH 5-7, удельной скорости роста микроорганизмов 0,2-0,25 час-1 при соотношении воздуха: метан от 1:3 до 1:4.
Со стадии выращивания бактериальную суспензию направляют на сгущение и сушку.
Отработанную культуральную жидкость (ОКЖ) после сгущения биомассы возвращают в ферментер.
В результате осуществления предлагаемого способа получили выход биомассы по потребленному субстрату до 99 % и снижению потерь биомассы до 4,0%.
Анализ приведенных в таблице данных указывает на существенность выбранных интервалов значений предлагаемого способа.
Процесс выращивания ведут с использованием датчика растворенного кислорода.
Сравнительные показатели процесса выращивания метанокисляющих бактерий при переменном аэрировании.
| № | Соотношение времен без аэрации/ с аэрацией, мин. |
Концентрация растворенного кислорода анаэробный/аэробный, мг/л | Выход биомассы по потреблённому субстрату, % | Потери биомассы, % |
| 1 контр. | непрерывная аэрация | 3,9 | 79 | 7,1 |
| 2 | 1:1 | 0/2,9 | 81 | 6,9 |
| 3 | 1:2 | 0/2,4 | 85 | 6,1 |
| 4 | 1:3 | 0/2,2 | 90 | 5,6 |
| 5 | 1:4 | 0/2,1 | 94 | 5,2 |
| 6 | 1:5 | 0/1,9 | 97 | 4,5 |
| 7 | 1:6 | 0/1,8 | 99 | 4,0 |
| 8 | 1:7 | 0/2,4 | 86 | 5,8 |
Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известными повышает выход биомассы по потребленному субстрату до 99% и позволяет снизить потери до 4,0%
Приведенные примеры иллюстрируют, но не ограничивают использование предлагаемого способа.
Пример 1.
Получение биомассы метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus, штамм ВСБ874, осуществляется на питательной среде следующего состава из расчета на 1 г, абсолютно сухой биомассы (АСБ)
Н3РО4 (80% р-р) – 0,09 мл.
Макроэлементы, г
MgSO4 x 7H2O – 0,02
К2SO4 – 0,0025
Микроэлементы, мг
Zn SO4 7H2O – 0,3
Mn SO4 4H2O – 0,8
Cu SO4 5H2O – 0,5
Fe SO4 7H2O – 0,1
Co SO4 7H2O – 0,048
Na Mo O4 – 0,045
H3 BO3 – 0,3
Аммиачная вода NH3 ON (20% раствор)- 4,0 г/л
Метан CH4 – 10 г/л культуральной жидкости (КЖ)
В качестве источника азота используется аммиачная вода из расчета 110 / 120 мг на 1 г АСБ. Соотношение азота метана к воздуху NH3 / O2 – 3:1.
Подачу метана осуществляли в зону аэрирования при максимальном перемешивании жидких и газообразных фаз при переменном аэрировании.
Переменное аэрирование осуществляли с выдерживанием биомассы по времени без кислорода и подачей кислорода в соотношении 1:6 минут.
Процесс выращивания вели при температуре 40°С, PH-6, с удельной скоростью роста 0,25 час -1
Биомассу со стадии выращивания направляли на обезвоживание – сепарацию, выпарку. Сгущенную биомассу направляли на окончательное обезвоживание – сушку.
В результате получили выход биомассы 99%, потери на стадии обезвоживания 4,0%. Полученный продукт содержит 71% белка, 6,5 % золы.
Пример 2
Биомассу метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus штамм ВСБ874 получили как в примере 1, за исключением того, что переменное аэрирование с выдерживанием биомассы по времени без кислорода и с подачей кислорода в соотношении 1:4
В результате получили выход биомассы по потребленному субстрату 94%, потери биомассы на стадиях обезвоживания 5,2%.
Получен продукт с содержанием белка 70,3%, золы 6,8%
Пример 3
Получение биомассы метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus штамм ВСБ874 осуществляли аналогично, как в примере 2, за исключением того, что биомассу на стадии выращивания выдерживали по времени без кислорода и с подачей кислорода в соотношении 1:7. В результате получили выход биомассы по потребленному субстрату 86%, потери биомассы на стадиях обезвоживания 5,7%.
Получен продукт с содержанием белка 69,5%, золы 6,9%.
Пример 4
Получение биомассы метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus штамм ВСБ874 осуществляли при непрерывной аэрации и непрерывной подачи метана в ферментер при интенсивном перемешивании.
В результате получили выход биомассы по потребленному субстрату 79%, потери биомассы на стадиях обезвоживания 7,1%.
Получен продукт с содержанием белка 68%, золы 7,1%.
Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известными (при постоянной аэрации) повышает выход биомассы на 20% и снижает потери биомассы на 3,1%.
Способ получения биомассы метанокисляющих бактерий, предусматривающий выращивание их в ферментере в условиях аэрации на питательной среде, содержащей метан в качестве источника углерода, источники азота, фосфора, минеральные соли и микроэлементы, выделение биомассы из культуральной жидкости, частичный возврат отработанной культуральной жидкости на стадию выращивания, обезвоживание и сушку биомассы, отличающийся тем, что выращивание биомассы проводят в режиме переменного аэрирования с целью активации молекулярного кислорода путем использования восстановленного кофермента NAD⋅Н (никотинамидадениндинуклеотида) с выдерживанием биомассы по времени без подачи кислорода и с подачей кислорода в соотношении от 1:4 минут до 1:6 минут, причем метан подается в максимально турбулентную аэрированную зону ферментера непрерывно.
