Способ выделения биомассы

 

Сотоз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Н flATEHTY

<и>902673 (61) Дополнительный к патенту(22) Заявлено 06.04. 79 (21) 2746103/28-13 (51) М. Кл.

С 12 и .1/02 (23) Приоритет — (32) 07.04. 78

1оеуааретиаиший кеиитет ссср ио делаи изобретеиий и OTKpHTHII (31) Р 2815030.3 (33l ФРГ

Опубликовано 30.01.82.Бюллетень № 4

Дата опубликования описания 30.01.82 (53) УДК 663.18 (088.8) Иностранцы

Михаэль Митцлафф, .Мертен Шпингманн н Ув (ЭРГ) Иностранная фирма

"Хехст, AI" (72) Авторы изобретения е & — --- -- — -Феей

i3ATBl:. ):× ч

ТЕХНО 1 "

%4ВЫМс)Т - . (7l) Заявитель (фРГ) (54) С110СОБ В1>ДЕЛЕНИЯ БИОМЛССЫ

Изобретение относится к микробиологической промышленности, в частности к выделению биомассы микроорганизмов из культуральной жидкости, Известен способ выделения биомассы микроорганизмов из культуральной жидкости путем добавки электролитов (11 .

Однако этот способ является до, вольно трудоемким, так как вводимые добавки являются нежелательными на последующих стадиях обработки и поэтому должны удаляться из последующей обработки с большими затраЬ тами.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ выделения биомассы микроорганизмов из культуральной жидкости путем обработки ее электрическим током, в котором разбавленную суспензию осветляют, пропуская твердые частицы через электрическое поле постоянного напряжения величи"

2 ной 100-500 В и вызывая перемещение отдельных частиц в этом поле (2)

К недостаткам этого способа относится неполное выделение биомассы из культуральной жидкости, а также то, что способ, эффективен только для водных растворов с очень малым содержанием твердых веществ.

Цель изобретения — более полное

1О выделение биомассы и упрощение способа.

Поставленная цель достигается тем, что в способе выделения биомас- сы микроорганизмов из культураль1а ной ищкости.путем обработки ее электрическим током обработку культуральной жидкости электрическим то-. ком ведут при плотности тока от

0,093 до 9,3 мА/см и частоте 020 2000 Гц при 20-85 С.

При этом выделение микроорганиз мов из культуральной жидкос гн осуществляют непрерывно или периодически, предть1чтительно при ее пере2S мешивании.

3 90267

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что частота тока

0-2000 Гц подразумевает использование как постоянного, так н переменного тока. Коагулируеиые частицы реагируют друг с другом при приложении тока независимо от электролитического выделения газа на электродах и особенно в области токнапряжение, где еще не появилось вы- tO деление газа.

Суспензию помещают в соответствующий реакционный аппарат, устанавливают необходимую температуру и затем пропускают необходимый ток. Количест- IS во электричества, необходимое для коагуляцни, зависит от типа и концентрации культуральной жидкости.

Выделение предлагаемой биомассы можно осуществлять как периодически, так и непрерывно. Реакционный аппарат, пригодный для периодического осуществления способа, представляет собой, например, бачок.

На фиг. 1-3 схематически изображен р5 аппарат для осуществления способа.

В бачке (фиг. I) камера 1 снабжена плотно закрывающейся крышкой

2, через которую осуществляют подачу электроэнергии для электродов 30

3 и 4 и,в которой находятся отверстия

5 для впуска суспензии и Ь вЂ” для отвода газов. Отверстие для отвода газов может быть снабжено обратным холодильником (не изображен), в котором могут конденсироваться испаряющиеся компоненты культуральной жидкости. Бачок снабжен рубашкой и через впускной 7 и выпускной 8 патрубки может быть подсоединен к циркуляционному контуру с горячей или холодной жидкостью. Температуру культуральной жидкости контролируют с помощью термометра 9 или термопары. Два электрода — анод 3 и катод

4 расположены друг от друга на расстоянии 0,5-50 мм, предпочтительно 1-15 мм.

В качестве материала электродов применяют, например, сетки или металлические сита из палладия или плати" ны, а также покрытые слоем благородного металла металлические электроды, предпочтительно тивановые электроды, покрытые слоем окислов металлические электроды (в качестве анодов), предпочтительно титановые аноды или также снабженные прорезями или без

3 4 прорезей пластины из графита. Вер" тикальное расположение электродов можно также заменить горизонтальным расположениеи. Можно также устанавливать несколько пар электродов, которые оправдали себя прежде всего в блочной комбинации изогнутых под углом или неизогнутых капиллярных щелевых электродов с вибрацией электродов или беэ вибрации последних. Во время пропускания тока культуральную жидкость можно перемешивать, предпочтительно с помощью мешалки, например, магнитной мешалки IO, или перекачкои, прежде всего, в блочных комбинациях. Если способ осуществляют непрерывно, то в крышке 2 электролитической камеры I предусматривают дополнительное отверстие для непрерывной пере" качки культуральной жидкости.

Из перекачиваемой в контуре культуральной жидкости часть ее при необходимости отбирают для дальнейшей обработки и добавляют соответствующее количество свежей культуральной жидкости

Другой реакционный аппарат, пригодный, в частности, для непрерывного осуществления способа, представляет собой проточную камеру. Особенно пригодными являются ка.еры с галетными элементами (фиг. 2),. В корпусе камеры нз пластиассы или стали с прямоугольным сечением II находятся два пластинчатых электрода простейшей конструкции — анод 12 и катод 13 на расстоянии друг от друга от 1 до 60 мм. Культуральную жидкость, соответственно темперированную, подают через впускное отверстие

14 и отбирают у выпускного отверстия )5. При этом наряду с разовым пропусканием ее, возможно также многократное пропускание.

Другая удобная проточная камера содержит трубчатые элементы (фиг. 3).

В корпусе камеры из пластмассы или стапи 16 находятся два концентрических электрода - анод 17 и катод I8s которые имеют расстояние друг от друга от 1 до 60 ми. Соответственно темперированную культуральную жидкость подают через вход 19 и отбирают на выходе 20. При этом, наряду с однократным пропусканием культурапьной жидкости, возможно также многократное пропускание ее.

90267

В табл. 1 результаты опытов сопоставлены с соответствующим контрольным опытом. В опытах 3-5 приведены эффективные значения тока и напряжения.

Таблица 1

Степень выделения биомассы в зависимости от параметров обработки культуральиой жидкости 1 8

0,93

0i1 е нзмер.

0,093

1,67

Не измер. 45

l 6

0,001

0,18 )

0,3

0,18@

45

2,79

1,67

О, 5®)

О 5

4с) 40

Не измер.

40

0,5

1,0

4,65

9,3

Колен.

Z l

2,0

Не измер. Не измер;

Контроль

П р и м е ч а н и е: O) - частота 20 Гц, 4)- эффективное значение, С) — частота 200 Гц, Ф- частота 2000 Гц

Как правило, способ осуществляют при нормальном давлении. Однако можно работать также и при повышенном давлении.

Под биомассой следует понимать S массу микроорганизмов, которая при процессах ферментации содержится в ферментационной жидкости в виде твердого вещества, состоящего из отдельных частичек. Обычно в качестве !О микроорганизмов применяют бактерии, дрожжи и грибы. Примерами таких микроорганизмов являются использующие метанол бактерии семейства Hethylomorias, например Methylomonas clara

АТСС 31.266, дрожжи Candida lipo1ytiса АТСС 20.383, которые можно получать культивированием на и-парафинах в присутствии водной питательной среды, или грибы, которые широ- 20 ко применяют при известном получении антибиотиков, например, Penici"

Ilium chrysogenum.

Пример 1. Hethylomonas сlàra АТСС 31.266 культивируют в питательном растворе, содержащем метанол в качестве источника углерода, аммиак в качестве источника азота, фосфат, а также соли железа, магнйя и другие обычные микроэлеМЬнты. Куль- З0 тивифование осуществляют в аэробных условиях. 500 мл полученной таким способом культуральной жидкости с содержанием твердого вещества..

1,1 вес.% заливают в бачок (фиг. 1).

3 6

В нее погружают два концентрично расположенных платиновых сеточных цилиндра с 225 отв./см диаметром

24 и 36 мм и высотой 95 мм. Наружный электрод служит в качестве анода.

Во время электролиза температуру поддерживают при 35 С. После включения постоянного тока его сила в первом опыте составляет O,l А. Этот ток обеспечивает среднюю плотность тока относительно поверхности анода, она составляет 0,93 мА/см .

Через 15 мин ток отключают. Среднее расчетное напряжение на ячейке составляет 1,8 В. Затем содержимое камеры выливают в седиментационный сосуд.

Прозрачную надосадочную жидкость сливают, а осадок подают на дальнейшую обработку. Опыты 2-5 проводят таким же образом, как и опыт 1.

Однако в опытах 3-5 вместо постоянного тока применяют переменный ток частотами 20 Гц (опыт 3), 200 Гц (опыт 4) и 2000 Гц (опыт 5). Соответствующие величины тока и напряжения представляют собой величины эффективного значения, 7 902673 8

Из табл. 1 видно хорошую, до (фиг. 1) и обрабатывают. как опиочень хорошей, седиментацию обре- сано в примере I. ботанных электрическим током проб Надосадочную жидкость сливают, по сравнению с необработанной пробой, осадок просушивают и взвешивают.

Пример 2. Штамм дрожжей s Вес сухого вещества полученной

Candida 1!po1yt!сa АТСС 20.383, ис- биомассы, отнесенный к клеточной маспользующий углеводороды, культиви- се, содержащейся в суспензии, являруют íà H -парафинах 8 водной пита- ется мерой хорошей флокуляции. тельной среде и кислородосодержа- В табл. 2 представлены количестщего газа. 500 мл этой культураль- 16 ва полученной биомассы для пяти опыной жидкости (содержание твердого тов в зависимости от силы тока, навещества 2 вес.7) выливают в бачок нряжения, плотности тока и времени.

Таблиц а 2

Влияние параметров обработки на выход биомассы

9,0

10,0

1,5

0,093

0,093

0,465

0,01

9,4!

0,0

l 6

0,0!

0,05

10 0

1,7

1,8

10,0

9,8

0,93

О,1

9,8

l0,0

0,93

5,0

10,0

Контр.

Из табл. 2 видно, что количество полученной биомассы проб, обработанных электрическим током, значительно больше по сравнению с необработанной пробой.

Пример 3. Peniciliium

chrysogenum АТСС 10.238 обычным способом культивируют в аэробных условиях в питательной среде, содержащей лактозу, жидкий Cornsteep, фосфат, карбонат и сульфат магния, С применением описанных в примере

I(îïûò !) электродов на определенное время подводят постоянный ток и измеряют фильтруемость суспензии замерами объема фильтрата относительно времени.

Опыт 1. 500 мл мицелиальной суспензии с содержанием 10 вес.Х твер" дого вещества в течение 15 мин подвергают электролизу током 0,005 А при 20 С. Затем суспензию фильтруют на нутч-фильтре (диаметр II см, бумага, вакуум 15 Тор.) и через

1 мин замеряют объем фильтрата.

Результаты опытов 1-5 примера 3 сведены в табл. 3 и сопоставлены с соответствующим контрольным опытом.

Таблица 3

M.шяние обработки электрическим током на выход биомассы

1,4

0,005 0,0465

0,0! 0,093!

l 5

902673

Продолжение табл 3

Плотиост тока, мА/см

Объем фильтрата, мл/мин ремя, мин пр е, Опыт Ток, А

0,465

0 05

15

l,7

0,93

О,!

l0

1,7

0,93

Oi l

Контр.

Формула изобретения

Из табл. 3 четко виден больший объем фильтрата проб, обработанных электрическим током, по сравнению с необработанной пробой.

Таким образом, предлагаемый способ является более простым по срав" нению с известным, а также позволяет на 50-70Х эффективнее выделять биомассу из культуральной жидкости.

Степень выделения может достигать

88Х от исходного количества.

l. Способ выделения биомассы микроорганизмов кз культуральной жидкости путем обработки ее электрическим током, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью более пол20 ного выделения биомассы и упрощения способа, обработку культурапьной жидкости электрическим током ведут при плотности тока от 0,093 до 9,3 мА/см и частоте 0-2000 Гц при 20-85 С.

2. Способ по п. 1, о т л и " ч а ю шийся тем, что выделе" ние микроорганизмов нз культуральной жидкости осуществляют непрерыв30 но или периодически, предпочтительно при ее перемешивании.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

3ф l. .Weigl !. Elektrokinetische

6гепдйасЬеп vorgange, Verlag Chemic, Wein helm, 1977, S. 88.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф $237!3, кл. В 03 С 5/00, !972.

902673

17

1б

Составитель В. Голимбет

Редактор (1.Иакаревич Техред А.Бакинец Корректор М.Демчик

Заказ 12457 76 Тираж 504 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал IllIII "Патент, г. Ужгород, ул. ПрОектная, 4