Способ выращивания микроорганизмов

(50 4 С 12 РЕТЕН ЕЛЬСТ Д,Н.ЧерменН,В.Ширшико куль,Ю ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ Н АВТОРСКОМУ С(71) Институт биохимии и физиологиимикроорганизмов АЧ СССР и Научноисследовательский вычислительныйцентр АН СССР(56) Перт Дж. Основы культивированимикроорганизмов и клеток. М.: Мир,1978, с. 117-131.Высшие съедобные базидиамицетыв поверхностной и глубиннойтуре. Киев.: Наукова думка,с, 257-267.(54) СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ(57) Изобретение относится к микробиологической промышленности и касается способа выращивания микроорганизмов, Цель изобретения - повышение выхода биомассы. Суспензию микроорганизмов перемешивают в ферментере с аэрирующим газом при их объем.ном соотношении (1-0,5):(9-9,5) донаступления состояния динамическогоравновесия, газожидкостная смесьциркулирует направленно со скоростью 10-50 об/мин, при этом аэрирующий газ вводят и отводят с частотой10-60 имп/мин через образующуюся врезультате циркуляции зону кавитации.Ввод газа осуществляют до давления0,05-0, 1 МПа.Выход биомассы увеличивается по сравнению с известным способом в 1,24-1,47 раза. 1 ил., 2 табл, 1 130Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к способу выращивания микроорганизмов.Цель изобретения - повышение выхо.да биомассы,Способ осуществляют следующим образом.Инокулят дрожжей или грибов и питательную среду загружают в ферментер до значения коэффициента его заполнения 0,9-0,95, ферментер герметизируют, а в аэраторе устанавливают внешнее давление воздуха, равное 0,05-0, 1 МПа. Вращением мешалки устанавливают скорость движения культуральной жидкости в ферментере, равную 10-50 об/мин. При этом разброс давления аэрирующего газа и скорость циркуляции культуральной жидкости необходимы для создания эффективного газообмена культуральной жидкости, удовлетворяющего потребность микроорганизмов в.кислороде и с учетом их прочностных свойств, т.е. газообмен интенсифицируют как за счет увеличения давления аэрирующего газа, так и за счет скорости циркуляции культуральной жидкости. Указанные интервалы режимов являются оптимальными и дают наибольший выход биомассы. Затем культуральную жидкость перемешивают с аэрирующим газом до стадии, когда весь газ, находящийся в наджидкостной полости ферментера, не будет диспергирован в культуральной жидкости, при этом образованная газожидкостная смесь должна заполнить весь объем ферментера. После выдержки 1-3 мин такой процесс можно считать установившимся, т.е. наступает состояние динамического равновесия образования и разрушения пузырьков газа. Образовання культуральная среда. является изотропной, так как в ней равномерно распределены клетки микроорганизмов, нерастворимые компоненты питательной среды, пузырьки газа и растворимые компоненты среды и продукты жизнедеятельности культуры. В процессе выращивания микроорганизмов, соотношение газа и культу- ральной жидкости остается постоянным.Направленную циркуляцию газожидкостной смеси осуществляют благодаря модификации конструкции ферментера циркуляционного типа.О за выбирают в пределах 10-60 имп/мин, Указанный диапазон выбирают с учетом 30 реологических свойств питательнойсреды и плотности растущей популяции (т,е. в зависимости от объекта культивирования и питательной среды), Правильный выбор частоты смены газа 35 в зоне кавитации обеспечивает защиту от случайного выброса через аэратор в атмосферу культуральной жидкости с отработанным газом.ц р и м е р 1. Инокулят дрожжей 40 СапйЫа иг.11 в ВКМ-Увыращивают в колбах на качалке в течение24 ч на среде, Г/л: глюкоза 20;КН РО3,65; ЕаНРО 12; НО 6,92;МН МО1,5; МАМБО 7 НО 0,25; КС 1 О, 1;45 Ре(ЯО) 0,00307; МпБО 0,0004;СаС 1 0,0004; ЕпБО 0,0004;(ИН,) МоО2 НО - 0,0002 при температуре28+1 С,50 55 15 20 25 2 На чертеже показан ферментер для осуществления предлагаемого способа.В ферментере, содержащем цангу 1, отбойники 2, аэратор 3, теплообменник 4, циркуляцнонную трубу 5 и привод 6, цанга 1 укорочена до уровняотбойников 2, а аэратор 3 установлен под теплообменником 4, вследствиечего в плоскости кольцевого теплообмевника возникает градиент скорости циркулирующего потока культуральной жидкости, при этом образуется фиксированная зона фазового перехода (кавитации) этой жидкости, которая обеспечивает выделение из культуральной жидкости и диспергирование в нее газа на протяжении всего процесса выращивания микроорганизмов,Газообмен культуральной жидкости осуществляют путем периодической смены газа в кавитационной зоне, Для этого из кавитационной зоны через аэратор сбрасывают избыточное давление отработанного газа в атмосферу и вновь наддувают ее новой порцией газа до исходного давления, при этом частоту набора и сброса давления гаПолученный инокулят и питательную среду загружают в ферментер с коэффициентом его заполнения 0,95 (соотношение воздуха и культуральной среды 0,5 - 9,5), ферментер герметизируют, а в аэраторе устанавливают внешнее давление воздуха, равное 0,1 МПа.Вращением мешалки устанавливают "корость движения культураль - ной среды 50 об/мин и перемешивают1 О 15 20 25 30 35 40 45 среду с воздухом до стадии, когда весь воздух, находящийся в наджидкостной полости ферментера не будет диспергирован в культуральную жидкость, при этом образованная газожидкостная среда должна заполнить весь объем ферментера. В плоскости кольцевого теплообменника возникает градиент скорости циркулирующего потока культуральной жидкости, в ре - зультате чего образуется фиксированная зона кавитации.Дисперсность пузырьков воздуха в культуральной жидкости при прохождении ее через зону кавитации увеличивается, а через 3 мин в культуральной жидкости наступает динамическое равновесие, при котором образование и разрушение пузырьков воздуха остается величиной постоянной, т.е. куль. туральная жидкость приобретает свойства изотропного состояния.Газообмен в процессе выращивания дрожжей СапдЫа цгд 11 я осуществляют путем периодической смены газа в зоне кавитации культуральной жидкости, для чего из кавитационной зоны через аэратор сбрасывают избыточное давление отработанного газа в атмосферу и вновь наддувают ее новой порцией воздуха до исходного давления, при этом частота набора и сброса. давления воздуха составляет 6 С имп/мин.Выращивание дрожжей СапдЫа цг 1- о 1 дя проводят в течение 8 ч при 30 С. В начале и конце процесса отбирают пробы культуральной жидкости, определяют сухой вес биомассы. На протяжении всего процесса контролируют датчиком оптической плотности оптическую плотность в кюветах с рабочим объемом 1 мм.Результаты исследования роста дрожжей,СапдЫа цгх 1 дя приведены в табл. 1,Полученные данные свидетельствуют о том, что высокая скорость циркуляции иэотропной культуральной среды препятствует образованию застойных зон, расслоению культуральной жидкости и налипанию клеток дрожжей на поверхности емкости. Таким образом, выход биомассы СапдЫа цгх 1 я увеличивается в 1,24 раза. Кроме того, проведение процесса при коэффициенте заполнения 0,95 позволяет увеличить производительность аппарата с 0,38 г/ч до 1,38 г/ч т,е. в 3,66 раза,П р и м е р 2. Инокулят базидиомицета Рапця 8 гпця выращивают в колбах на качалке при 30 С в течение 5 сут, на среде, г/л: глицерин 20; пептон 5; соевая мука 5, КИО 2,0; АБО, 7 Н 20 0,5; СаС 12 Н С 0,1 при,рН среды - 6,0. Полученный инокулят, имеюший вид шариков (агломератов гиф) с размером 3-7 мм в диаметре, вносят в питательную среду укаэаннго ссстава из расчета 107 к объему питательной среды.Вь 1 ращивание гиба Рапця Гьргдпця проводят в ферментере при соотношении культуральной жидкости к воэ духа 9:1, Перемешивание культуральной жидкости с. воздухом осуществляют насосом в замкнутом объеме емкости при скорости циркуляции 10 об/мин культуральной жидкости.При перемешивании культуральной жидкости с воздухом в указанных условиях агломераты мицелия при движении через кромку теплообменника попадают в кавитационную зону,где происходит их разрыхление (разъединение на отдельные нити гиф), и через 5 мин циркуляции культуральной жидкости весь внесенный в питательную среду инокулят превращается в гомогенную массу мицелия,равномерно распределившуюся по всему объему питательной среды.При перемешивании культуральной жидкости воздух, составляющий в емкости 10/ объема, диспергируется в культуральную жидкость и одновременно с разрушением агломератов мицелия, в виде мелких пузырьков, распределяется в объеме культуральной жидкости, постоянно увеличивая свою дисперность,Динамическое равновесие, при кото. ром дисперсность пузырьков воздуха стабилизируется, наступает через 6 мин от начала перемешивания культуральной жидкости, что свидетельствует о преобразовании культуральной жидкости из анизотропного в изотропное состояние. Гаэообмен в процессе выращивания гриба Рапця Гьргхпця осуществляют путем периодического ввода аэрирующего воздуха в зону кавитации культуральной жидкости до давления 0,5 МПа с последующим сбросом в атмосферу избыточного давле1308624 6газа осуществляют до достижения давления 0,05-0,1 ИПа. Т абл идам Характеристика известного предлагае- мого Объем Ферментера, л Объем загрузки, л 2,85 Исходная биомасса, г/л 0,95 0,90 Биомасса через8 ч роста г/л Прирост биомассы, г/л 2, 10 2,85 Таблица 2 известного предлагае- мого Объем Ферментера, л ния отработанного газа с частотой 10 имп/мин.Выращивание гриба проводят при 30 С в течение 3 сут. Ежесуточно отбирают пробы культуральной жидкос) ти и проводят ее визуальный и микроскопический анализ. При сливе из емкости культуральная жидкость представляет собой гомогенную мелкодисперсную массу, время осаждения1 О которой превышает 30 мин, что свидетельствует о гомогенном росте гриба.Результаты выращивания представлены в. табл. 2.15Таким образом, активный рост базидиомицета Рапцз Цгпцз в условиях глубинной Ферментации и отсутствие застойных зон позволяют увеличить выход биомассы в 1,47 раза. Кроме того, проведение процесса при20 высоком коэффициенте заполнения аппарата 0,9 без использования каких-либо пеногасителей увеличивает производительность аппарата с 0,036 г/ч до О, 14 г/ч, т.е. в 4,0 раза.Таким образом, предлагаемый способ выращивания микроорганизмов позволяет повысить выход биомассы в 1,24-1,47 раза, производительность аппарата в 3,66 - 4,00 раза; выращивать мицелий грибов в гомогенном состоянии; осуществлять управляемый газообмен растущей культуры в услови. ях изменения реологических свойств культуральной жидкости; проводить процесс выращивания микроорганизмов с высоким коэффициентом заполнения аппарата без применения механических и химических пеногасителей.40 формула изобретения Показатели для спосо- ба Выход биомассы,г/л ч 0,38 Характеристика Показатели для спосо- баОбъем загрузки, л 2,Исходная биомасса, г/л 0,8 0,8 Биомасса через 3 сут, г/л 3,8 2,6 Прирост биомассы, г/л 1,8 Выход биомассы, г/л ч 0,036 0,053 Способ выращивания микроорганизмов, предусматривающий перемешивание суспензии микроорганизмов с аэрирующим газом , циркуляцию газожид, костной смеси с образованием зон кавитации, ввод и отвод аэрирующего газа, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения выхода биомассы, перемешивание суспензии микроорганизмов с аэрирующим газом проводят при их объемном соотношении (1-0,5): :(9-9,5) до наступления состояния динамического равновесия, циркуляцию осуществляют со скоростью 10-50 об/фмин,а ввод и отвод аэрирующего газа ведутчерез эонукавитации с частотой 10- 60 имп/мин,при этомввод аэрирующегоТираж 500Государственного комитета елам изобретений и открыт осква, Ж, Раушская наб ПодписноСР а д. 4 оизводственно-поли фическое предприятие,ектная,жгород, у Составитель В.Черноусов Редактор Н.Швыдкая Техред Л.Сердюкова Корректор А,Обруч