Способ получения биомассы микроорганизмов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 1481 ИТЕТРЫТИЯМ РЕТЕНИЯ ТОРСНОМУ СВ ЬСТВУ(71) Всесоюзныйский институт би л, 919аучно-исследователсинтеза белковых е Е.Л,ЛисЮ.П нс, И.М и 38 10348,к1974.етельство12 И 1/04,ЕНИЯ БИОМА СС 19 СЫ МИКРОк способам асообмена, вания микконтакв мик имическойности,увеличеза счетснижен 2 бретение о ится к микробионости, в частносификации массоращивация микродуктив фикаци неутил стецси- потерь зиро Спо й и о точном контакте з, и может быть ой, химической,организмов и ря е аимодеиствующих щег ной ссссе спользовацо также друг аг ГОСУДАРСТВЕННЬИ НПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение относитсяинтенсификации процессовв частности процесса выращироорганизмов при прямоточцте Фаз, и может использоваробиологической, пищевой,и других отраслях промышлеЦелью изобретения являетсяние продуктивности процессинтенсификации массообмена логическои промьпцле ти к способам ицтец обмена в процессе в траслях промышленно 4 С 12 И 1/00//(С 12 И 1/00,С 12 К 1:72, С 12 Р. 1:01)потерь неутилизированного кислорода. Способ заключается в том, что в зону контакта Фаз помещают инертный напол нитель, состоящий из отдельных элементов, который приводят в псевдоожиженное состояние газожидкостной смесью, направленной снизу вверх, а элементы инертного цаполнителя выполняют из двух типов материала, раз личающихся по удельному весу. При этом необходимо выполнение следующего условия рс ( рр ( рг где р удельцыи вес материала, из которого изготовлены элемецтьс первой части инертного цаполнителя; р удельный вес материала, из которого изготовлены элементы второй части инертного наполцителя; р - плотность жидкой Фазы; р с - плотность газожидкостцой смеси, Возможно также соотношение удельных весов материалов и плотностей Фаз в виде р с р ( р ( р, При этом количества элементов каждой из частеи, различающихся удельным весо могут находиться в соотношении 3 1:3. 1 табл. изобретения - увеличение прости процесса за счет исмассообмеца цццжецпеванного с;сселоросса,б заключается ц том, что под ртного цаполсссстечя, цаходянекотором объс.мс су.и туральости, полают арссрусссссссс воздух цлсс с;"с - . с с уссс,сую% 1,3 4, 1- 1,451,4 2,2 1,61,6 1,7 1,75 11,3 22,6 33,9 з 14812 смесь. При этом обеспечивается постоянное движение образовавшейся газожидкостной смеси снизу вверх, что, в свою очередь, обеспечивает условия прямоточного контакта фаз. За счет5 кинетической энергии восходящего потока газожидкостной смеси, часть менее тяжелых элементов наполнителя переходит в псевдоожиженное состояние, находясь при этом в постоянном хаотическом движении. Это приводит к диспергированию и равномерному распределению по объему газовой составляющей восходящего потока. Уменьшение среднего диаметра пузырьков газа ведет к увеличению межфазной поверхности контакта, а также времени контакта фаз, за счет снижения скорости всплытия отдельных пузырьков. Остав О шаяся часть элементов наполнителя, обладающая большим удельным весом, находится при этом в менее подвижном состоянии, выполняя роль вспомогательного турбулизирующего слоя, по 25 своим функциям и назначениям аналогичного обычному неподвижному слою насадки. В результате создаются оп" тимальные условия для эффективного переноса массы (кислорода) из фазы 30 в фазу, что и повышает эффективность процесса выращивания, В случае увеличения расхода газа, например при переходе с ведения процесса выращивания с использованием воздушно-кислородной смеси на воздушный вариант,35 возрастает кинетическая энергия газо- жидкостного потока, что приводит в псевдоожиженное состояние оставшуюся часть наполнителя, обладающего боль шим удельным весом. Вследствие этого количество элементов, активно участвующих н процессе развития межфазной поверхности, за счет диспергирования газовой фазы части восходящего пото 45 ка увеличивается, а вместе с этим возрастает интенсивность процесса развития межфазной поверхности и увеличения времени контакта фаз. Всеэто позволяет снизить, а в отдельныхслучаях исключить потери неутилизированного кислорода, вызванные изменением гидродинамической обстановки ваппарате при ведении процесса выращивания микроорганизмов. В непрерывномрежиме выращивания готовую культуральную жидкость выводят из ферментера, а рабочий объем ферментера поддерживают постоянным при помощи подачи технологической воды, Газовая фаза отводится нэ ферментера на очистку, а затем в атмосферу,Преимущества предлагаемого способа.иллюстрируют результаты сравнительных испытаний, представленные втаблице, Исследования проводят в колонном эрлифтном ферментере объемом0,1 м, н ходе процесса выращиваниякормовых дрожжей на синтетическомэтиловом спирте, В качестве продуцента используется культура СапйЫацг.1 дз, Аэрирующий агент - воздух сначальной концентрацией н нем кислорода 21%, Опыты проводят в трехвариантах: 1 вариант - полый аппаратс колосниковыми решетками (по известному способу), 11 вариант - с наполнителем единой плотности (полипропиленоные шары р = 0,9 г/см), 111 вариант - с наполнителем, состоящим иэдвух частей, различающихся удельнымнесом материала, из которого изготовлены их отдельные элементы (г- 1,4 г/см - винипластовые кольца,р, = 0,9 г/см - полипропиленовыешары)Плотность неаэрированной суспензии р = 1,06 г/см, а средняяплотность газожидкостной смеси (С)изменяется н зависимости от расходавоздуха от 0,7 до 0,8 г/смз. Определяют продуктивность (Х) и степеньиспользования кислорода . Соотношение количеств частей элементов сразличными удельными весами в 111 варианте равно 1:1. 1,7 5,42,5 1,9 3,0 1,9 2,3 2,740 514812Из таблицы видно, что продуктив-ность процесса и степень использования кислорода, полученные при использовании предлагаемого способа(111 вариант), выше, чем аналогич 5ные характеристики 1 и 11 вариантов.П р и м е р 1. Процесс выращивания бактериальной биомассы на природном газе в колонном эрлифтном 10аппарате с рециркуляцией жидкой фазыобъемом 0,1 мз; лродуцент - МеСЬу 1 ососсия саряи 1 асця (штамм ВСБ),депонировано в ЦМПМ под В 1743; рабочий объем аппарата 0,06 мз; расход 15газовоздушной смеси 33,9 нм/ч (метан + воздух с начальной концентрацией кислорода 21 ); плотность неаэрированной питательной среды с бактериями у = 1,06 г/см; плотность 20газожидкостной смеси Рг х с= 0,65 г/смэ .В качестве инертного наполнителяиспользуют полипропиленовые шары судельным весом р = 0,9 г/см и винипластовые кольца с удельным весомР = 1,43 г/см, взятые в соотношении 1;3, инертный наполнитель размещен в барботажной части колонны. Приэтом выполняется условие у сс ( 30( ) ( р с о, Выращивание биомассысосуществляют в непрерывном режиме,смесь метана и воздуха подают в нижнюю часть колонны под слой инертногонаполнителя, который приводится потоком газожидкостной смеси в псевдоожиженное состояние.Технологические характеристикипроцесса: продуктивность1,7 кг АСВ/м.ч; степент использования кислорода (= 3,4%; содержание белка 60%,П р и м е р 2, Процесс выращиваниябиомассы на синтетическом этаноле вкОлОннОм эрлифтном ферментере сциркуляцией жидкой фазы объемом0,1 м, продуцент - СапйЫа ыйд 11 я(штамм ВСБ) - депонировано вЦМПМ под Р 277; рабочий объем 0,06 мэ;расход воздуха 22,6 нм/ч (начальнаяконцентрация кислорода 2 1 ); плотность неаэрированной питательной среды с дрожжами р = 1,06 г/смз; плотность газожидкостной смеси р- 0,75 г/см,Инертный наполнитель - шары изполимерного материала ( о, =1,2 г/см) и винипластовые (поливинилкарбазол или пластикат изоляци 54 6онный) кольца (у .= 1,43 г/см), взятые в соотношении 3:1. СоотношениегсРР РНаполнитель, как и в примере 1,размещается в барботажной зоне колонны, воздух подается в нижнюю частьаппарата под слой инертного наполнителя, приводимого в псевдоожиженноесостояние потоком газожидкостной смеси, Процесс проводится в непрерывномрежиме с рециркуляцией жидкой фазы,Технологические характеристикипроцесса: продуктивность Х = 3,8 кгАСВ/м ч; степень использования кислорода= 3,9%; содержание белка60 .,При соотношении количеств тяжелыхи легких элементов наполнителя болеечем, например, 1:4, 1:5, 4:1 и т.д.,экспериментальные данные незначительно отличаются от результатов, полученных при использовании наполнителя одного удельного веса (вариант 11). Этообъясняется слишком малым содержанием либо тяжелых, либо легких элементов по отношению к общему их количеству, что не может оказывать значительного влияния на процесс развитияповерхности контакта и увеличениевремени пребывания газа в реакционной зоне при увеличении расхода газовой фазы.Использование соотношений плотностей фаз и удельных весов материалов, так же, как р,..РР -Рили р ( Р ( Р ( Р приводиттому, что все элементы наполнителябудут находиться в верхней части реакционной зоны (под удерживающей решеткой) в виде малоподвижного слоя,причем это состояние слоя наполнителя характерно как до, так и послеувеличения расхода газа. В такомсостоянии система не отвечает требованиям, предъявленным к ней в планесоответствующей интенсификации массообмена при увеличении расхода аэрирующего агента.П р и м е р 3. Процесс выращиваниябактериальной биомассы на природномгазе в колонном эрлифтном ферментерес рециркуляцией жидкой фазы объемом0,1 м; продуцент - МесЬу 1 ососсиясаряц 1 аСця (штамм ВСБ) - депонировано в ЦМПМ под 9 1743 (ЦМПМ-В 1743); рабочий объем аппарата 0,06 и;расход газовоздушной смеси 33,9 нмз /чрацией кислорода 21%); плотность неаэрированной питательной среды с бактериями у = 1,06 г/см; плотность газожидкостной смеси у,.,= 0,65 г/см.5Инертный наполнитель: шары из полиэтилена, плотность материала у, = 0,97 г/см; шары из сополимеров винихлорида с винилацететом, плотность материала Р = 1,37 г/см, 10 взятые в соотношении 1:3, при этом выполняется условиеУгасР РжРИнертный наполнитель размещен в барботажной части колонны. Выращива ние биомассы осуществляется в непрерывном режиме, смесь метана и воздуха подают в нижнюю часть колонны под ,слой инертного наполнителя приводимого потоком газожидкостной смеси в 20 псевдоожиженное состояние.Технологические характеристики процесса продуктивность Х = 1,6 кг АСВ/м ч; степень использования кислорода= 3,36%; содержание белка 25 60%.П р и м е р 4. Процесс выращивания микроорганизмов на синтетическом этаноле в колонном эрлифтном ферментере с рециркуляцией жидкой фазы объемом 30 0,1 м, продуцент - Сапйдйа ас 111 з (штамм ВБС) - депонировано в ЦИПИ под277 (ЦМНИ); рабочий объем 0,06 м; расход воздуха 22,6 нмз /ч (начальная концентрация кислорода 21%); у - плотность неаэрированной питательной среды с дрожжами 1,06 г/смз; р , - плотность газожидкостной смеси 0,75 г/см .Инертный наполнитель: кольца из 40 полихлорстирола, р, = 1,28 г/см,; кольца из пентапласта, о =1,40 г/см, взятые в соотношении 3:1, при этом выполняется условиеР УжР Рй 45заполнитель размещен в барботажной зоне колонны, воздух подают в нижнюю часть колонны под слой инертного наполнителя, приводимого в псевдоожиженное состояние потоком газо- жидкостной смеси.Технологические характеристики процесса: продуктивность Х = 3,75 кг АСВ/м ч;,степень использования кислорода ч= 3,9%; содержание белка 60%.Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет значительно интенсифицировать процесс массообмена за счет увеличения поверхности и времени фазового контакта (примерно на 15-20%) и равномерного распределения газа по высоте и сечению рабочего объема и тем самым улучшить массообменные характеристики аппаратуры, работающей с прямоточной организацией контакта фаз, в частности колоннах эрлифтных ферментеров для выращивания микроорганизмов, и повысить продуктивность процесса выращивания (таблица).Применение инертного наполнителя различной плотности, соблюдая при этом предлагаемое соотношение плотностей газожидкостной, жидкой и твердой фаэ, позволяет стабилизировать значения массообменных характеристик оборудования, а именно степени использования кислорода, при возможных изменениях расхода аэрирующего агента за счет соответствующего увеличения интенсивности процесса развития поверхности межфазного контакта и его продолжительности.Формула изобретенияСпособ получения биомассы микроорганизмов, предусматривающий выращивание их в непрерывном режиме на питательной среде, содержащей источники углерода, азота, фосфора, минеральные соли, с использованием инертного наполнителя в условиях аэрации и прямоточного контакта питательной среды и аэрирующего агента, подаваемых снизу вверх, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что с целью увеличения продуктивности процесса за счет интенсификации массообмена и снижения потерь неутилизированного кислорода, в качестве инертного наполнителя используют систему, состоящую из двух типов полимерных материалов, различающихся по удельному весу, при этом выбор материалов осуществляют с учетом соблюдения следующего неравенстваР. с ,Р с Р с УУгсР Р Ргсоответственно,где о и Р - удельные веса материа/ глов;плотность неаэрированРжной питательной среды,10 1481254 содержащей микроорганизмы; а весовые количества каждого иэ полимеров устанавливают в интервале соотношений от 1:3 до 3;1 и поддерживают 5наполнитель в процессе культивирования в псевдоожиженном состоянии,о - плотность газожидкостг.х.сной смеси,: Составитель В.ГолимбетРедактор Н,Яцола Техред Л.Сердюкова КорректорМ.Васильева Заказ 2638/24 Тираж 501 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж-Э 5, Раущская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101