Способ получения биомассы дрожжей

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 89 9) (11) С 12 И 1/ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ о пое свидетельство С12 И 1/22, 1972.свидетельство ССС12 И 1/16, 1965. а ютитана. 3. Способ по п. 1 личлью обеды, жтем пр оз п ка а ере потреблежидкостной тель а пи е о озГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП 4 Й(71) Сибирский ордена ТрудовогоКрасного Знамени технологическийинститут(54)(57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОМАССЫ ДРОЖЖЕЙ, предусматривающий выращивание их в ферментере на питатель ной среде, содержащей гидролизатрастительного сырья в качестве источника углерода, источника азота, минеральные соли, аэрацию среды воздухом в процессе выращивания с последующим отделением биомассы отпитательной жидкости, о т л и ч а ющ и й с % тем, что, с целью увеличения выхода биомассы, а, также ускорения и упрощения способа, аэрацию воздухом осуществляют путем непрерывного пропускания восходящего или нисходящего воздушного потока со скоростью 6-40 м/с через цилиндрическую трубку, установленную в ферментере, с образованием жидкостной пленки, перемещаемой п верхности трубки, при поддержании температуры воздушного потока и поверхности трубки 38-39 С.2. Способ по и. 1, о т л и ч щ и й с я тем, что на поверхность трубки наносят слой катализатора щийся тем, что, сц вреживания питательной с костную пленку создают п пускания воздушного пото тательную среду с послед дением микроорганизмов,4. Способ по п. 1, о щ и й с я тем, что по м ния микроорганизмами из пленки и воздушного пото ных веществ последние вв распыления в закрученныйИзобретение относится к микробиологической промышленности, в частности к способам получения биомассыдрожжей.Известен способ получения биомассы микроорганизмов, предусматривающий выращивание их на жидкой питательной среде при постоянной подачев нее газов и регулировании его10расхода, рециркуляции полученнойгазожидкостной смеси и дегазациижидкости в циркулиционном контуре 13.Недостатками указанного способаявляются низкая интенсификация про 15цесса выращивания микроорганизмови высокие энергетическим затраты.Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ получения биомассыдрожжей, предусматривающий выращивание их в ферментере на питательной20среде, содержащей гидролизат растительного сырья в качестве источникауглерода источника азота и минеральные соли, аэрацию воздухом н процес 25се выращивания с последующим отделением биомассы от питательной жидкости 2.3,11 икроорганизмы культивируют поддавлением при аэрации среды кислородом и внешней циркуляции частикультуральной жидкости с последующимотделением выращенных микроорганизмов одним из известных способов ичастичным выделением и возвратом неиспользованного кислорода на аэрацию. Время выращивания 4-6 ч, выход биомассы 2,5-47 по сухому веществу),Недостатками известного способаявляются низкая интенсификация про- А 0цеса выращивания микроорганизмов.и высокие энергетические затраты.Низкая интенсификация процесса выращивания микроорганизмов вызвананебольшой поверхностью контакта микроорганизмов с кислородом, азотом идругими питательными веществами,невысокой турбулизацией фаз. Небольшая поверхность контакта обусловлена тем, что микроорганизмы контактируют с кислородом только через поверхность пузырьков кислорода газа,находящегося н культуральной жидкости, а эта поверхность невелика. Невысокая турбулизация фаз вызвана самим процессом их взаимодействия,при котором коэффициент массопередачи имеет небольшую величину. Высокие энергетические затраты вызваны большим расходом энергии на перемешивание культуральной жидкости. Кроме того, значительная часть энергии затрачивается на создание давления н линии подачи воздуха с целью обеспечения барботажа воздуха черезслои жидкости в промышленных аппаратах, которые имеют большую высоту6-10 м, что обуславливает давлениен линии подачи воздуха 0,06-0,1 ИПа.Цель изобретения - увеличениевыхода биомассы, а также ускорениеи упрощение способа.Поставленная цель достигаетсятем, что согпасно способу получениябиомассы дрожжей, предусматривающему выращивание их в Ферментере напитательной среде, содержащей гидролизат растительйого сырья в качестве источника углерода, источниказота, минеральные соли, аэрациюсреды воздухом в процессе выращивания с последующим отделением биомассы от питательной жидкости, аэрацию ноздухом осуществляют путем непрерывного пропускания восходящегоили нисходящего воздушного потокаса скоростью 6-40 м/с через цилиндрическую грубку, установленную в ферментере, с образованием жидкостнойпленки, перемещаемой по поверхноститрубки, при поддержании температурывоздушного потока и поверхноститрубки, равной 38-39 С.При этом на поверхность трубкинаносят слой катализатора титана с ецелью обезвреживания питательной среды, жидкостную пленку создают путемпропускания воздушного потока черезпитательную среду с последующим введением микроорганизмов, а по мерепотребления микроорганизмами из жидкостной пленки и воздушного потокапитательных веществ последние вводятпутем распыпения в закрученный потоквоздуха,На чертеже изображена установка,позволяющая реализовать способ.установка состоит из верхней инижней емкости для сбора жидкости 1,цилиндрической трубки 2 и переливногс устройства 3, соединяющего емкости для сбора жидкости 1.Цилиндрическая трубка 2 своим нижним концом входит в газовый патрубоккоторый закреплен в днище нижнейемкости 1, образуя совместно с ним10 20 25 30 35 40 45 50 коаксиальный кольцевой зазор 5. Ав верхней части цилиндрической трубки 2 закреплен дырчатый сепаратор/6, предназначенный для отделенияжидкости от воздуха. Внутри цилиндрической трубки 2 закреплены завихрители газожидкостного потока 7, а перед завихрителем установлены патрубки для подвода питательных веществ8. На наружной поверхности цилиндрической трубки 2 выполнена теплообменная рубашка 9. Воздух на аэрациюподается через газовый патрубок 4.Питание поступает через штуцер 10,и чистая культура подается в штуцер 11, готовые микроорганизмы отводятся через штуцер 12, закрепленныйв верхней емкости 1,Установка работает следующим образом,Воздух, предназначенный для аэрации, проходя через газовый патрубок4 с большой скоростью, поступает вовнутрь контактного устройства 2,где захватывает с собой жидкость имикроорганизмы, поступающие тудачерез коаксиальный кольцевой зазор,и транспортирует их в виде тонкойжидкостной пленки по внутренней поверхности цилиндрической трубки 2,При этом происходит интенсивный массообмен между микроорганизмами вжидкостной пленке и воздухом, интенсивный рост микроорганизмов и интенсивная теплопередача от жидкостнойпленки к теплоносителю. По мере исчерпывания питательных веществ изжидкостной пленки и воздуха в закрученный завихрителем 7 воздушный поток вводятся указанные компонентыпитательных веществ, которые поддействием вращательного движениявоздушного потока интенсивно перемешиваются и поступают в жидкостнуюпленку, обуславливая тем самымсвоевременный подвод питательных веществ к микроорганизмам и их интенсивный рост. На выходе из цилиндрической трубки жидкостная пленка попадает на внутреннюю поверхность дырчатого сепаратора 6 и оттуда выдавливается через отверстия в верхнююполость емкости 1, а воздух, очищенный от жидкости и микроорганизмов,удаляется с верхнего торца дырчатого сепаратора в атмосферу. При этомпитательное сусло постоянно подается в штуцер 10 а чистая культура -в штуцер 11. Температуру поверхности цилиндрической трубки 2, по которой транспортируются микроорганизмы совместно с культуральной жидо костью, поддерживают, равной 38 С, за счет подачи теплоносителя (воды) в теплообменную рубашку 9. Постоянство температуры воздуха, равной 38 С, обеспечивается с помощью электрокалорифера. Готовый продукт отводится через штуцер 12.Параметры установки:Высота цилиндрической трубки 8 мДиаметр цилиндрической трубки 0,05 мМатериал трубки х 18 Н 10 Т. Восходящее прямоточное движение фаз возможно только при скорости газа более 6 и/с, В случае нисходящего движения возцушного потока и жидкостной пленки при скорости газа не менее 6 мс не наблюдается равномерности распределения жидкост.- ной пленки по смачиваемой поверхности, жидкость стекает в виде струй (ввиду низких касательных напряжений на границе газ - пленка жидкости), что обуславливает недостаточное насыщение жидкости кислородом и гибель микроорганизмов.При скорости воздушного потока более 40 м/с, как в случае .восходящего, так и нисходящего движения потоков, происходит разрушение пленки жидкости, срыв ее с твердой поверхности (в виде капель) в воздушный поток, что ведет к резкому снижению подвода кислорода к микроорганизмам (скорость массоотдачи в каплях на порядок ниже, чем в пленке жидкости). и уменьшению выхода микроорганизмов, При поддержании температуры воздушного потока и поверхностй трубки,о равной соответственно 36 - 40 С и скорости воздушного потока 15 м/с время роста микроорганизмов составит соответственно 5, 3 , 8, 3, 3, 3, б ч. Таким образом, наименьшее время роста имеет место при температуре воздушного потока и поверхности,оравной 37-39 С. С уменьшением или увеличением температуры выше указанного предела происходит замедление роста микроорганизмов.При дополнительном вводе питательных веществ в закрученный (совершающий вращательно-поступательноедвижение, после прохождения через завихритель) воздушный поток, путем центробежных сил они отбрасываются на поверхность жидкостной пленки и не уносятся воздушным потоком из 5 цилиндрической трубки, При вводе питательных веществ в закрученный поток выход биомассы увеличивается примерно на 20% в сравнении с осевым воздушным потоком, Большая поверх 0 ность контакта создается за счет ТОВО, ЧтО КОНтахт МИКРООРГаНИЗМтЭВ с возцухом происходит не через поверхность пузырьков воздуха (как в прототипе), а ттерез тонкую жидкост-" ную пленку, поверхность которой на порядок превосходит поверхность контакта при способе, Взятом эа прототип. Вследствие этого многократно увеличивается насыщение сусла: Д кислородом из воздуха и подвод его к микроорганизмам, улучшается притокпитательных веществ к микроорганизмам, что ускоряет их рост, кккроорганизмы лучше усваивают РВ, что увеличивает выход биомассы,Интенсивная турбулизация жидкостной леки и воздуха обусловлена;Высокими касательными напряжениями на границе раздела фаз, болыпой30 скорости движения фаз, наличием нообразования на поверхности жицкостной пленки.Интенсивная турбулизация жидкостной пленки позволяет полностью перемешивать микроорганизмь 1 в культу- ральной жидкости, своевременно подводить и отводить тепло от микроорганизмов, а также ускоряет подвод кислорода к микроорганизмам. 4 бСнижение энергетических затрат обусловлено тем., что для осуществления указанного способа требуется давление в линии подачи воздуха 0,001-0,03 МПа, что значительно йы ше, чем при проведении процесса способом, Взятым за прототип. Кроме того, в указанном способе не тратится энергия на перемешивание среды специальными перемешивающими устрой- БО ствами.Улучшение теплопередачи вызвано увеличением коэффициента теплопередачи от жидкостной пленки к теплоносителю по сравнению с прототипом,гце -с теплопередача осуществляется от значительного объема жидкости к тепло" носителю. П р и м е р т, Кормовые дрожжиВыращивают на гидролизате с концентрацией 2,7 РВ, В качестве посевного материала используют дрожжи рясы "Тултунская", Состаз среды - азот 17 Г/Л; РО,- - От 18 Г/Л; КС 1., - 0,72.г/л,Выращивание проводят при непрерывной подаче питательной среды В воздушный поток через штуцер до контакта с микроорганизмами. Скорость по, атп 1 Гт 1 ДРОЛИЗата РЕГУЛИРУЮТ СКОРОС- ть 10 их потовопетттт" Рп подгетржиВЯ -тВодный раствор ам 11 идка с концентрацией 24-25%. Температуру питательнойСВЕЦЫ С МИКОООВГЯН 11 ЗттаМИ ПтОтяцввхтиВаютрав 1 о". 38-49 Г.ПЙ та Г льк 1 у 1 с жидк Ос Гь непрерывно пропуска 1 от в Виде тонкой жицкостной т 1 ЛЕНКИ По В:"УТ 1 ЭЕННЕй ПОВЕРХНОСТИ цилиндрической труоки при Восхоцящем ПотОКЕ, 1 ВЕДУ НВ ЫЩают ОЧИЩЕНт 1 ЫМ П 0,11 ОГРЕТЫМ ВОЗДУХОтЬ 11.ТтОЦЕСС ВЕДУТ непрерывно., Скорость воэдушногс потокс подпеРживают, Равной 4, 6, 401и/с,Время роста микроорганизмов при этом составит соответственноВтз 1 ХСд ОИОМаССЬт раВЕН О, 38 Г/Лт 75., 56 Г л птрессованных дрожжтви)При скорости воздушного потока менее 6 и/с Выхода биомассы практически нет а прч скорости более ттО М/С т 1 рОИСХОднт СнижЕНИЕ ВЫХОда биомассы и увеличение времени роста микроорГ 1111 измОВУхудшение этих па - раметров вызвано слабым насыщением питательной среды кислородом и ООЛЬШИМ УНОСОМ КаПЕЛЬ жИДКОСти ПРИ разрушении и срыве пленки.Г.р и м е р 2. Кормовые дрохоки вырящиВают анало 1 ично примеру 1 но при НИСХОДЯЩЕМ ВОЗДУтДНОМ ПОТОКЕ И ПЛЕНКИжидкости.Скорость воздуха поддерживают,равной 4 т 6., 10, ч 5 и/с. Время роста,микроорганизмов рано соответственно Ь 3., 1, 3 3, 8 чВыход био.тдссы .50 5, 45, 36 Г/л ,прессоВаННЫХ ДтРОжжвй),При Восходящем и нисходящем потоках Воздуха и гленки жидкостиПРОИСХОДИТ ИНТЕНСИВНЬГт 1 РОСТ МИКРОорганизмов, Прчменение восходящегоили ннсходящеГО потоков Определяется технологией ведения процесса1089117 ею АЖ аказ 2870/22Подписное НИИНИТираж 5Эоектная,"Патеч улФилиал Ужи технико-экономическими соображениями,П р и м е р 3, Выращивание микроорганизмов проводят аналогично примеру 1, однако питательную среду 5 вначале перемешивают с микроорганизмами, а затем вводят в воздушный поток. При скорости воздушного потока 16 м/с время роста составит 3,5 ч, выход биомассы - 42 г/л.увеличение времени роста микроорганизмов и уменьшение выхода биомассы в .этом случае происходит за счет того, что питательная среца имеет вредные для микроорганизмов вещест ва, которые окисляются при взаимодействии с кислородом, что уменьшает приток кислорода к микроорганизмам.П р и м е р 4, Кормовые дрожжи 20 выращивают аналогично примеруоднако посередине цилиндрической трубки над завихрителем дополнительно вводят в воздушный поток питательное сусло. При этом время роста микроорганизмов составит 3 ч, концентрация биомассы дрожжей равна50 г/л (прессованных дрожжей) . Следовательно, ввод питательных веществ в закрученный воздушный поток помере исчерпывания их из жидкостнойпленки и воздуха увеличивает выходмикроорганизмов. П р и м е р 5. Кормовые дрожжи выращивают аналогично примеру 1, однако цилиндрическую трубу выполняют из титана. При этом время роста микроорганизмов составит 2,8 ч, концентрация биомассы дрожжей равна 50 г/л (прессованных дрожжей).П р и м е р 6. Кормовые дрожжи выращивают аналогично примеру 1, однако скорость воздуха в цилиндрической трубке равна 40 м/с, В этом случае время роста микроорганизмов в установке составит 2,8 ч. При этом происходит полное исчерпывание концентрированного РВ. Концентрация биомассы дрожжей составит 48 г/л (прессованных дрожжей).Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет увеличить выход биомассы до 50 г/л и сократить процесс выращивания с 4-6 ч до 2,8 ч, а также упростить способ путем уменьшения количества ферментеров.