Способ выращивания микроорганизмов

 

1. СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ в аэробных условиях на питательной среде, содержащей источники азота, фосфора, калия, магния и микроэлементов в присутствии углеводородов в качестве источника углерода при повьииенном давлении в фермент'ере с последующим сбором суспензии микроорганизмов в накопительной емкости при атмосферном давлении, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода биомассы, образующуюся в процессе культивирования газовую фазу возвращают в- «^ ферментер в количестве, обеспечивающем заданную разность рН среды в ферментере и в накопительной емкости.««минмип»!:««««Ш1миаг(ЛСХ)ас ^ а>&

фф

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕО-(ИХ

РЕСПУБЛИК

146 А (19) (И) M51) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2805913/28-13 (22) 27.07.79 (46) 07.08.83. Бюл. )) 29 (72) A.A. Шмушкин, В.В. Лалов и A.Н. Григорян (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт биосинтеза белковых веществ и Научно-технический центр технической микробиологии (ГДР) (53) 663.1(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 705796, кл, С 12 В 1/08, 1977. (54) (57) 1. СПОСОБ ВЬ!РАЦ ИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ в аэробных условиях на питательной среде, содержащей источники азота, фосфора, калия, магния и микроэлементов в присутствии углеводородов в качестве источника углерода при повышенном давлении s ферментере с последукщим сбором суспензии микроорганизмов в накопительной емкости при атмосферном давлении, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода биомассы, образующуюся в процессе культивирования газовую фазу возвращают s ферментер в количестве, обеспечивающем заданную разность рН среды в ферментере и в накопительной емкости.

811846

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что при выращивании бактерий рода l4ethylococc с использованием газообразных углеводородов в качестве источника углерода культивирование ведут при давлении

5-50 кг/см, а разность рН в ферментере и накопительной емкости состав-, ляет 0,8-1,0 единицы рН.

3. Способ поп. 1, о тли ч а ю шийся тем, что при выра1

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к способу выращивания микроорганизмов на углеводородном субстрате.

Известен способ выращивания микроорганизмов в аэробных условиях на питательной среде, содержащей источники азота, фосфора, калия, магния и микроэлементов в присутствии угле- водородов в качестве источника углерода, при повышенном давлении в ферментере с последующим сбором суспенэии микроорганизмов в накопительной емкости при атмосферном давлении {1).

По этому способу неутилиэированную газовую фазу, содержащую углеводороды, сжигают, что приводит к не- 15 производительному расходу сырья, а следовательно, к низкому выходу биомассы от субстрата.

Цель изобретения - увеличение выхода биомассы. 20

Укаэанная цель достигается тем, что при осуществлении способа выращивания микроорганизмов в аэро них условиях на питательной среде, содержащей источники азота, фосфора, калия, магния и микроэлементов в присутствии углеводородов в качестве источника углерода, при повышенном давлении в ферментере с последующим сбором суспензии микроорганизмов в .накопительной емкости при атмосферномЗ0 давлении образуквцуюся в процессе куль

-тивирования газовую фазу возвращают в ферментер в количестве, обеспечивающем заданную разность рН среди в ферментере и в накопительной емкости.

При этом при выращивании бактерий рода klethylococcus с использованием газообразных углеводородов в качест- ц} ве источника углерода культивирование ведут при давлении 5-50 кг/си и разность рН в ферментере и накопительной емкости составляет 0,81,0 единицы рН, а при выращивании дрожжей рода Сапй йа с использоващи зании дрожжей рода С an d i и а с использованием жидких н-парафинов в качестве источника углерода, культивирование ведут при давлении

5-15 кг/см, а разность рН в ферментере и накопительной емкости составляет 0,5 — 0,6 единицы рН.

4. Способ по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что газовую фазу перед возвратом .в ферментер очищают от углекислого газа раствором щелочи. нием жидких н-парафинов в качестве источника углерода культивирование ведут при давлении 5-15 кг/см и разность рН в ферментере и накопительной емкости составляет 0,5-0,6 единицы рН, при этом целесообразно газовую фазу перед возвратом в ферментер очищать от углекислого газа раствором щелочи.

На чертеже изображена принципиальная технологическая схема процесса выращивания.

Процесс аэробного выращивания микроорганизмов осуществляется в ферментере 1, на водной питательной среде, содержащей источники азота, фосфора, калия, магния и микроорганизмов. СВежее газовое питание, а именно источник свободного кислорода и углеводороды, являющиеся источником ассимилируемого микроорганизмами углерода, непрерывно подают в ферментер 1. После прохождения через слой культуральной жидкОстир В кОТОрОм прОисхОдят про цесс массопередачи газообразных компонентов питания в жидкую среду культивирования и их потребление микроорганизмами, неутилизированную газовую среду подают в узел 2 разделения, где часть ее отводят на утилизацию, например в топку сушилки, а остальное количество подают в узел

3 очистки, где происходит частичное поглощение углекислого газа любым известным способом. Очищенный от части углекислого газа поток неутилизированной газовой среды направляют в компрессор 4 для компенсации потерь давления, в затем вновь подают в ферментер 1, в результате чего образуется контур циркуляции газовой фазы процесса выращивания микроорганизмов. Для создания оптимальных условий роста в ферментер 1 непрерывно вводят раствор минеральных компонентов питанич в количестве, обеспечивающем поддержание их концен811846

0,015

0,100

О, 150

1,060 траций в среде культивирования, в диапазоне, дающем максимальную скорость роста 0,1 — 0,2 ч . Кроме того ферментер 1 оборудован теплообменным устройством (на чертеже не показано) для поддержания постоянной температу- 5 ры, выбираемой в пределах 30-45 С.

Оптимальное значение рН среды культивирования s ферментере 1, выбираемое в зависимости от вида микроорганизмов в пределах 5-7, поддержи- 30 вают контуром регулирования, включающим датчик 5, регулятор 6 и клапан

7, управляющий подачей титрующего агента, например 10%-ного раствора едкого натра, или аммиачной воды. 5

Процесс выращивания микроорганизмов осуществляют при рабочем давлении в ферментере от 5 до 50 кг/см, за-. данное значение которого поддерживают постоянным контуром регулирования (на чертеже не показан). Суспензию микроорганизмов непрерывно отводят иэ ферментера 1 в количестве, обеспечивающем поддержание постоянной концентрации биомассы в среде культивирования 30-50 r ACB/ë. После онижения давления в дроссельном вентиле 8 суспензию микроорганизмов собирают в емкости 9, сообщенной с атмосферой.

В емкости 9 установлен датчик 30 рН 10, сигнал которого подается в регулятор 11, где сравнивается с сигналом датчика рН 5, установленного в ферментере 1 при рабочем даВлении. управляющий сигнал регулято- 35 ра 11, пропорциональный разности рН культуральной жидкости в ферменгере 1 при рабочем давлении и суспензии микроорганизмов в емкости

9 при атмосферном давлении, зависящей от концентрации СО, поступает в узел 2, устанавливая поток неутилизированной газовой фазы, рециркулируемйй в ферментере 1.

В том случае, когда разность значений рН презышает заданную ве- 45 личину, пропорциональную предельно допустимой неингибирующей концентрации растворенного углекислого газа, управляющий сигнал регулятора

11 уменьшает долю рециркулируемой 50 неутилизированной газовой фазы. Это приводит к уменьшению объемной доли углекислого газа в газовой фазе процесса и уменьшению концентрации растворенной углекислоты. - 55

Пример 1. Процесс выоащивания метанокисляющих микроорганизмов

Methylococcus сараulatus осуществляли на водной питательной среде, содержащей в расчете на 1 л следующие количества минеральных источни1ков питания, г:

Ортофосфорная кислота (88%) 2,5 мл

Сернокислый магний 65

Хлор истый калий 1, 250

Серн ок и слый цинк

Сернокислый марганец 0,050

Сернокислая медь

Борная кислота 0,030

Сернокислое железо

Молибденокислый натрий 0,0022

Сернокислый. кобальт 0,0024

Культивирование осуществляли при давлении 9 кг/су и температуре

38-40 С. Свежее газовое питание в виде смеси природного газа и кислорода в соотношении 1:2 и рециркулируемую газовую среду подавали в количестве 3 нм /ч на 1 м среды культивирования в ферментере..

Образовавшуюся в количестве

542 нм /ч отработанную газовую смесь подавали в узел 2, откуда

99,5Ъ этой смеси (или 541,0 нм9/ч) направляли в узел 3 для очистки последней от углекислого газа промывкой раствором поташа. Остальное количество отработанной газовой смеси сжигали для получения тепла, исполь-. зуемого при обезвоживании биомассы. После поглощения в узле 3 примерно

14Ъ углекислого газа (или 6 нм /м ч), содержащегося в обрабатываемом газовом потоке, 535 нм /м ч газа возвращали в ферментер. Отбираемый из ферментера 1 поток бактериальной суспензии пропускали через вентиль

8 для снижения давления и собирали в емкости 9, сообщенной с атмосферой.

При этом датчик 5 для определения рН среды культивирования, расположенный в ферментере 1, с одной стороны, обеспечивал подачу титрующего агента, например 10%-ного раствора едкого натра, для поддержания рН 5,5S,7, а с другой — соединялся с регулятором 11, регулирующим поток рециркулируемой отработанной газовой фазы, к которому подключен датчик

10, измеряющий рН культуральной жидкости в емкости 9 при атмосферном давлении. указанному режиму ферментации в части газовых потоков соответствовало показание датчика 10, равное 6,5.

Разность показаний датчиков 5 и

10, пропорциональная концентрации растворенной в среде культивирования углекислоты, составляла .рН = 0,81,0 и обеспечивала стабильный процесс выращивания с продуктивностью

7,2 кг ACB/м ° ч. При увеличении концентрации углекислого газа в среде

811846

1,15

0,17

0,068

Составитель Т. Мелентьева

Редактор 3. Бородкина ТехредA.Бабинец Корректор О.Билак

Заказ 8128/4 Тираж 523 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 культивирования выше заданного уровня рН становилось больше заданного значения, что приводило к выработке сигнала в регуляторе 11, который воздействовал на узел 2. и уменьшал поток рециркулируемого газа. В результате этого уменьшалась концентрация углекислого газа в среде культивирования ферментера 1 и величина рН становилась равной 0,8-1,0 единицы рН, воздействие на узел 2 прекращалось и поток рециркулируемой газовой среды возвращался к исходной величине.

Пример 2. Процесс выращивания дрожжей рода Сап61йа lipolytica осуществляли в ферментере 1 на водной питательной среде, содержащей на 1 л водопроводной воды следующие количества питательных веществ,г:

Фосфорнокислый двузамещенный аммоний 2,00

Хлористый калий

Сернокислый магний 0,65

Сернокислый цинк

Сернокислый марганец 0,045

Сернокислое железо

Дрожжевой экстракт . 0,025

В качестве источника углерода использовали парафины нормального строения с длиной цепи 10-14 атомов.

ТемператУру культивирования поддерживали равной 30-32 С подачей охлаждающей воды в рубашку теплообменника, а заданное значение рН 5,5 автоматически поддерживали подачей аммиачной воды через клапан 7. После лагФазы культуры переходили на поток со скоростью разбавления 0,1

0,2 ч-, а затем повышаль давление со скоростью 0,8 — 1 кг/см -ч. Стабильный непрерывный процесс с рецирку5 ляцией газовой фазы осуществляли при рабочем давлении в фермеитере

1 5 кг/см . При этом продуктивность процесса биосинтеэа составляла

6,3 кг ACB/ì9. ч при концентрации

Я биомассы 2б r ACB/ë.

Дрожжевую суспензию после снижения давления в вентнле 8 собирали B емкость 9 при атмосферном давлении.

Концентрация парафина в подаваемой среде составляла 36 г/л, а в среде культивирования — 1,9 г/л. Свежее газовое питание, технологический кислород, подавали в количестве

10 нм9/м . ч, а на входе в ферментер

1 с учетом рециркулируемой неутили Е зированной газовой среды поток составлял 500 нм /м ч.

Количество рециркулируемой газовой Фазы задавали таким образом, чтобы разность показаний датчика 5, 25 установленного в ферментере 1 при ра1 бочем давлении, и датчика 10, измеряющего рН суспензии в емкости 9 при атмосферном давлении, составляла

0,5-0,6.единицы рН. При этой разнос30 ти, установленной экспериментально в лабораторных условиях, отсутствует ингибирование процесса роста растворенным в среде культивирования ферментера углекислым газом.

35 Таким образом, способ выр;щивания микроорганизмов с регулируемой по величине разности рН среды Ферментера и накопительной емкости подачей рециркулируемой газовой фазы позволяет повысить выход биомассы от субстрата как за счет более полной утилизации субстрата, так и за счет предотвращения ингибирования роста избытком углекислого газа.