Способ подготовки к экстракции биомассы микроорганизмов

 

и

Всеоою;„ атентно-те ая "ичеокаее тека й4 с., ОЛИС ИЕ

Союз Советских (ii)784338

Соииеиистических

Ресеублик

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 14.07.78 (21) 2644775/28-13 с присоединением заявки — . (23) Приоритет— (43) Опубликовано 23.01.82. Бюллетень № 3 (51) М Кч з С 12 N 1/00

Хосударстееииый комитет

СССР по делам изобретеиий и открытий (53) УДК 663.14.035 (088.8) (45) Дата опубликования описания 23.01.82

f (72) Авторы изобретеоеия

P. В. Катруш, А. П. Захарычев, В. Н. Жучков и А. Г. Нещадим (СССР) Хайнце Гюнтер, Леманн Герхардт, Бидерманн Вольфганг и Шмихен Хельмут (ГДР) (71) Заявители Всесоюзный научно-исследовательский институт биосинтеза белковых веществ и Институт технической химии АН ГДР (54) СПОСОБ ПОДГОТОВКИ К ЭКСТРАКЦИИ

БИОМАССЫ МИКРООРГАНИЗМОВ

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к способу подготовки к экстракции биомассы микроорганизмов, выращенных на углеводородах нефти.

Известен способ подготовки к экстракции биомассы микроорганизмов, выращенных на углеродах нефти, предусматривающий суспендиров ание биомассы в смеси растворителей и воды (1).

Недостатком известного способа является невысокая степень очистки биомассы, обусловленная неравномерностью увлажнения подготавливаемой к экстракции биомассы.

Цель изобретения — повышение степени очистки биомассы.

Цель достигается тем, что по предлагаемому способу суспензию биомассы подвергают гомогенизации при режимах, обеспечивающих сохранение целостности клеток.

Способ осуществляют, используя в качестве исходной как сухую порошкообразную биомассу (влажность 5 — 10%), так и биомассу в виде суспензии или пасты (с содержанием сухих веществ 10 — 50%).

В случае использования сухой порошкообразной биомассы ее смешивают с увлажняющей смесью. Используют как однофазную, так и двухфазную увлажняющую смесь, состоящую из смеси поля рного, неполярного органических растворителей и воды (например, гексан — изопро5 панол — вода, бензин — ацетон — вода, бензин — этанол — вода и т. д.).

Содержание воды в увлажняющей смеси 1 — 20%, неполярного растворителя 40—

80%, а весовое соотношение фаз увлажотяющая смесь — био1масса от 2: 1 до 4: 1.

При необходимости сухую порошкообразную биомассу увлажняют путем добавления воды в предварительно приготовленную суспензию, состоящую из биомассы и смесей ратворителей указанного состава (или отдельных компонентов этих сМесей).

Время суспендирования 10 — 20 мин.

Сырую биомассу обрабатывают полярным растворителем (этанолом, изопропа20 иолом, ацетоном и т. п.) для получения биомассы, содержащей 15 — 20% воды. Количество ступеней обработки и соотношение растворитель — биомасса зависят от содержания воды в исхедной биомассе.

25 Полученную таким образом суспензию подвергают гомогенизации, которую осуществляют путем тонкого диспергировання, например, в аппарате типа коллоидной мельницы, которое состоит в выдавливании сус30 пензии через узкий зазор между вращаю784338 щимся с большои скоростью и неподвижным роторами либо через щели во вращающемся и неподвижном роторах. Затрачиваемая энергия при этом зависит в основном от концентрации суспензии и составляет от

5 до 30 кВтч на м суспензии. Скорость вращения ротора от 1000 д о 20 000 об/мин.

Величина зазора определяется размерами частиц и составляет 0,3 — 2,0 мм.

Г омогенизацию проводят также при перемешивании суспензии турбиной с вращающимися соплами. В этом случае гомогенизация происходит при истечении cyeïåí.зии через вращающиеся сопла, Скорость т вращения турбин 1000 — 3000 об/мин. 3раты энергии при этом равны 10— — н. а20 кВт. ч на м суспензии.

Для гомогенизации можно использовать и ультразвуковой генератор.

Время гомогенизации зависит от концентрации биомассы в суспензии, исходного содержания экстрагируемых веществ, а также от состава увлажняющей смеси и составляет 0,5 — 10 мин.

П осле гомогенизации биомассу подвергают экстракционной очистке органическими растворителями или смесями растворителей любыми известными способами. омогенизация обеспечивает эффективную подготовку биомассы за счет более равномерного контакта диспергируемых капель водной фазы и биомассы. Интенсивное механическое воздействие, осуществляемое при гомогенизации суспенизи, вызывает деформацию твердых частиц,биомассы, что способствует образованию пористой структуры части биомассй и продит к .бблее высокой степени извлечения экстрагируемых веществ (углеводородов и липидов) из биомассы при последующей экстракции.

Пористая структура создается за счет микротрещин, которые образуются в частицах биомассы в результате деформации.

П р имер 1. 100 г сухих порошкообразных дрожжей Candida quilliermondii c влажностью 8%, выращенных на нефтяных дистиллятах (размеры частиц 70—

200 мкм), с исходным содержанием суммы экстрактивных веществ (углеводородов и липидов) 18,8% и углеводородов 7,7% обрабатывали смесью, %: бензин 43,5; ацетон 43,5; вода 13, при соотношении смесь растворителей — биомасса, равном 2: 1, Образовавшуюся суспензию подвергали гомогенизации в аппарате объемом 250 мл с щелевым диспергатором. Диаметр ротор а 45 мм. Скорость вращения ротора

10000 об, мин. Вовремя обработки 10 мин.

Полученную в результате обработки биомассу экстратировали смесью бензин

50%, ацетон 50% в перекрестном токе.

Число ступеней экст раеции 3. Соопношение экстрагент — биомасса 2: 1. Температупа экстракции 40 С. Содержание экстрагируемых веществ  биомассе после экстракии и составило 0,16%, а углеводородов

0,025%. В контрольном образце биомассы, 5 не подвергнутом гомогенизации содержа1 ние суммы экстрагируемых BBmecTB после экстракцио1нной очистки составило 0,21%, а углеводородов 0,08%.

П ример 2. 500 г биомассы Candida

quill iermondii, вращенной на нефтяных

10 дистиллятах, с содержанием сухих веществ 30% (после центрифугирования) при исходном содержании суммы экстрагируемых веществ в биомассе 38 jp, à углев1одородов 28,8% обр абатывалп смесью

15 80% бензина и 20% этанола. Соотношение смесь растворителей — биомасса 2: 1. По° лученную суспензию подвергали томогенизации в аппарате емкостью 1,5 л с щелевым диспергатором.

2О Диаметр ротора 45 мм. Скорость вращения ротора 10000 oб/мин. Вовремя обработки 10 мин. После гомогенизации биомассу отделяли путем центрыфупи рования и экстрагировали в перекрестном токе

25 чистым растворителем (80% бензина и,20% этанола). Число ступеней экстракции 4.

Температура процесса 40 С, После экстракции содержание суммы экстрагируемых веществ в биомассе 1,4%, 30 а углеводородов 0,09%. В контрольном образце, не подвергнутся томогенизации, содержание суммы экстрагируемых веществ

1,9%, а углеводородов 0,25% .

Пример 3. 1000 т сухих порошкооб35 разных дрожжей Candida quilliermondii c влажностью 8,6% обрабатывали смесью

50% петролейного эфира и 50% четыреххлористого углерода с введением в суспензию воды из расчета увлажнения,биомас40 сы до 20%. Соотношение смесь растворителей — биомасса 3: 1. Образовавшуюся суспензию подвергали гомогенизации в аппарате с вращающимися соплами объемом

10 л. Время обработки 10 мин. Удельная

45 мощность гомогенизации 10 кВт ч/Mp.

Полученную суспензию экстрагировали смесью 50% петролейного эфира и 50% четыреххлористого углерода в непрерывном перекрестном токе, Расход экстрагента 3 л/ч. Исходное содержание углеводо родов IB биомассе 7,0%. После 5-часовой экстр, акции содержание остаточных углеводородов в биомассе составило. 0,07%.

В контрольном образце биомассы, не прошедшем гомогенизацию, содержание углеводородов 0,18%.

П р и мер 4. Биомассу дрожжей Candida quilliermondii, выращенных на нефтяных дистиллятах с содержанием 170 г/л (17%) сухих веществ обрабатывали смесью 50% гексана и 50% спирта при сооТношении растворитель — биомасса, равном 3: 1. Суспензия подвергалась гомоге низации наложением ультразувукового поля в течение 20 мин при частоте 18 кГц

784338

Формула изобретения

Корректор И. Осииовская

Техред Л. Куклина

Редактор О. Юркова

Заказ 29/37 Изд. № 103 Тираж 504 Ноднисиее

НПО сПоиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Тип. Хальк. фил. пред. «Патент» (от ультразвукового генератора 4ГЗ—

10 м). После гомогенизации производилось расслаивание суспензии на три слоя: верхний — гексан с растворенным в нем дизтолливом, средний — спирто-,водный с Ipacтвореняым1н в нем линидами я углеводородами, нижний слой — биомасса 70 —, 80% -ной влажности.

Затем проводилась последующая экстракция выделенной бирмассы смесью 10 спирт — тексан в соотношении 3: 1 к биомассе в течение 20 мин при температуре"

60 С.

После экстракции содержание углево дородов в биомассе составило 0,04%. На 15 коятролыном о бр:азце, не подвергнутом ультразвуковой томогенизации, содержание углеводородов после экстракции составило 0,64%.

Пример 5. Биомассу сухого порошкооб|раз ного три ба «В1. trisporo» с влажностью 5,0% и содержанием экстрактивных веществ 18% обрабатывали смесью

50% петролейного эфяра,и 50% - изовропанола с введением в суспензию воды из расчета увлажнения биомассы до 18%. г

Соотношение растворитель — биомасса 3:1.

Образовавшуюся суспензию подвергали гомогенизации в аппарате с вращающимися соплами объемом 10 л. Время обработки 10 мин. Удельная мощность гомогенизации 10 кВтч/м . Подготовленную биомассу экстрагировали смесью 50% петролейного эфира и 50% изопропанола в непрерывнодействующем экстракте типа омеоитель-отстойник. Про изводителыность установки по твердой фазе 500 г/ч. Соотношение экстрагент — биомасса 4: 1. Температура экстракции 40 — 45 С. Время экстракции 4 ч.

После экстракции содержание экстрактивных веществ в биомассе составило

6,0%. В контрольном образце биомассы, не прошедшем томогенизацию, содержание эксч ра|ктивных,веществ составило 9,1 /p.

Таким образом, описанный способ подготовки к экстракции биомассы микроорга- низмов, выращенных на углеводородах нефти,,позволяет повысить степень очистки биомассы от углеводородов и липидов.

Способ подготовки к экстракции биомассы микроорганизмов, выращенных на .углеводородах нефти, предусматривающий суспендирование биомассы в смеси растворителей и воды, отлич а ющийс я тем, что, с целью повышения степени очистки биомассы, суспензию биомассы подвергают гомогенизации при режимах, обеспечивающих сохранение целостности клеток.

Источник информации, принятый во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР № 591501, кл. С 12 С 11/26, 1977.