Способ определения центробежной разделяемости суспензий микроорганизмов

(71) Всесоюзный наский институт биосвеществ(53) 663,14:636.03 М 22 учно-и интеза ледовател лков Е.Д,Елькина пособам дел м ночное пен- ьное ехно ие от 0,5 до 3 отов центрифуг ют в теччисле об3000 об мин пр1000/мин,о обор Ч рифугирован чтобы завис ти от вболее вида У= где К=сопя онцентрация Х ти гирования,я и колио не менее ОсудАРстВенный НО 1 яитетпо изоБ етениям и отнрцтиямп 1 и унт ссср.(57) Изобретение относится определения центробежной ра мости суспензий микрооргани включает предварительное оц центрифугирование проб этих зий и позволяет выбрать опт ,время их центрифугирования РЕДЕЛЕНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОИ СУСПЕНЗИЙ ЖКРООРГАНИЗИзобретение относится к биотехнологии, в частности к процессамразделения суспензий микроорганизмов,Целью изобретения является определение центробежной разделяемостисуспензий микроорганизмов для снижения потерь биомассы на стадии сепарирования путем оценочного лабораторного центрифугирования проб этихсуспензий,Способ осуществляют следующим образом,Суспензию микроорганизмов, например дрожжей рода СапйЫа или бактерий рода МеСЬу 1 ососсиз центрифугирулогическом процессе и за счет этогоснизить потери биомассы, Для этогосуспензию центрифугируют на лабораторной центрифуг в течение 5, 10,15, 20 и 30 мин, в каждом опыте определяют концентрацию биомассы в осветленном слое, рассчитывают среднююконцентрацию и определяют критерийцентробежной разделяемости по формуле К =С,/С, где Кц- критерийцентробежной разделяемости; С-концентрация биомассы в исходной суспензии; С - средняя концентрациябиомассы за время центрифугированияв осветленном слое. Сопоставлениеполученного значения критерия с известными данными позволяет выбратьоптимальное время центрифугированияили выбрать оптимальный по технологичности штамм микроорганизмов.3 табл,ов и время при центуспензий выбирают та ть концентрации биомассы в осветленнои жидко мени центрифугирования на близко подходила к кривой иомассы в осветленнои жид азличном времени центрифувремя центрифугировани ество измерений Х и У был5,. Экспериментально установлено, чтоизменение концентраций биомассы восветленной жидкости в зависимостиот времени центрифугирования имеетзависимость, наиболее близкую к видуКЪ= - именно в представленном диапазоХне времени и числе оборотов центрифуги, Меньше чем 0,5 мин время центрифугирования невозможно технически,так как за это время происходитлишь разгон центрифуги до требуемого числа оборотов, Время центрифугирования больше чем 30 мин, использовать нецелесообразно ввиду отсутствия или очень незначительного измене"ния концентрации биомассы в осветленном слое.Число оборотов центрифуги меньше 20чем 1000 об/мин использовать технически невозможно, так как в стандартных центрифугах центрифугированиеведется как минимум на 1000 об/мин.Кроме того, при меньшем числе оборотов клетки микроорганизмов практически не осаждаются, Большее числооборотов чем 3000 об/мин использоватьнецелесообразно вследствие того, чтоосаждение клеток происходит слишкомбыстро, что не позволяет улавливатьразличие между суспензиями. При этомтакже зависимость концентрации биомассы в осветленном слое от временицентрифугирования не отвечает видуКЛ. " оХВ табл. 1 представлены результатыизменения концентрации биомассы восветленной жидкости при числе оборотов 3000 об/мин и при различномвремени центрифугирования бактериальной суспензии, а также расчетное значение коэффициента К для каждой точки центрифугирования, Как следуетиз представленных данных, выбранныеэкспериментальные точки достаточнополно отражают характер изменения концентрации биомассы в осветленной жидкости в процессе центрифугирования.Зависимость концентрации биомассы в50ОКЖ от времени центрифугированиянаиболее близко подходят к кривой привремени центрифугирования 5, 10,15 мин, Для получения более точныхрезультатов предлагается добавитьточки при времени 20 и 30 мин, Результаты сравнения суспензий бактерий сразличным электрокинетическим потенциалом (ЭКП) поверхности клеток по значению критерия центробежной разделяемости и эффективности их сепарирования приведены в табл, 2 и 3. Для каждой суспензии определялась концентрация биомассы в осветленном продукте при времени центрифугирования 5, 10, 15, 20 и 30 мин. при = =3000 об/мин, Эти показатели складывают и делят на 5 - определяют среднюю концентрацию биомассы в осветленном слое - С р . Затем определяют критерий центробежной разделяемости для каждой суспензии, как частное от деления исходной концентрации биомассы на С с . Далее каждую суспензию подвергают сепарированию на сепараторе "Вестфалия" при производительности 160 л/ч в течение 5 мин, Определяют среднюю концентрацию сгущенного и осветленного продукта при сепарации, Для каждой суспензии также определяют ЭКП поверхности клеток,Как следует из данных, представленных в табл, 3, наблюдается тесная корреляция между значением ЭКП поверхности клеток, значением критерия центробежной разделяемости и эффективностью сепарации бактериальных суспензий. Поэтому на основании измерения критерия центробежной разделяемости в лабораторных условиях на стандартной центрифуге можно определять эффективность сепарации суспензиы, На основании определения предлагаемого показателя можно также исследовать взаимосвязь между условиями Ферментации и эффективностью сепарирования. Аналогичные результаты полученыпри определении критерия центробежнойразделяемости дрожжевых суспензийпо указанному способу при центрифугировании при= 1000 об/мин,Таким образом, измеряя критерийцентробежной разделяемости суспензий,полученных при разных условиях, выбираются условия, при которых степеньвыделения биомассы при сепарации является максимальной, и таким образомснижаются потери биомассы на стадиисепарирования.Предлагаемый способ определениякритерия центробежной разделяемостилегко реализуется, так как .основнымаппаратом для этого является стандартная лабораторная центрифуга, чтозначительно упрощает осуществлениеспособа,П р и м е р 1. Процесс получения суспензии метанокисляющих бактерий проводят в двух режимах: в первом концентрация биомассы С=8,2 г/л, во втором Г, =8,5 г/л. Определяют критерий центробежной разделяемости путем центрифугирования суспензий при д = 3000 об/мин в течение 30 мин, Отбирают осветленную жидкость через 5, О, 15 О и 30 мин центрифугирования и определяют в ней концентрацию биомассы, Далее определяют среднюю концентрацию биомассы в осветленной жидкости и вычисляют Е и К по формулеС исхКцц С,Получают, что для суспензии 1 К==126,15, а для суспензии 2 К =40,85.Определение потерь биомассы на сепарации показало, что для суспензии 1они составляют 4,9 кг на 1 т выращенной биомассы, а для суспенэии 218,1 кг,на 1 т выращенной биомассы.Таким образом, определение критерияцентробежной разделяемости позволяетвыбрать, режим получения суспензии,при котором потери на сепарации будутминимальны, а количество получаемогопродукта - максимальным. В данномслучае рекомендуется вести процессв первом режиме.П р и м е р 2, Процесс получения . суспенэии парафинокисляющих дрожжей проводят в двух режимах: в первом концентрация биомассы 11,26 г/л, а во втором 13,26 г/л. Определяют критерий центробежной разделяемости путем центрифугирования суспензий при К = 1000 об/мин в течение 15 мин, Отбирают осветленную жидкость через О, 5, 1, 2, 3, 5, 7, 1 О и 15 мин центрифугирования и определяют в ней концентрацию биомассы. Далее определяют среднюю концентрацию биомассы в осветленной жидкости и вычисляют КС исх и Е по формуле Е = --- . Получа 2 Мют, что для суспензии 1 К,=2,553, а для суспензии 2 К =5,180, Определение потерь биомассы на сепарации показало, что для суспензии 1 они составили 19,4 кг на 1 т выращенной биомас сы, а для суспензии 2 - 8,1 кг ча 1 твыращенной биомассы, Таким образом,рекомендуется вести процесс во второмрежиме.П р и м е р 3. Процесс получениясуспензии парафинокисляющих дрожжейпроводят в двух режимах: в первомконцентрация биомассы 21,94 г/л, вовтором 21,98 г/л, Определяют критерийцентробежной разделяемости, как впримере 2. Получают, что для суспензииК,=7,514, а для суспензии 2Е =4,516. Определение потерь биомассы на сепарации показало, что для суспензии 1 они составили 10,5 кг на 1 твыращенной биомассы, а для суспензии 2 20,5 на 1 т, Таким образом,процесс с минимальными потерями биомассы идет в режиме 1,Следовательно, предлагаемый способпозволяет выбрать из всех возможныхрежимов выращивания дрожжевой и бактериальной биомассы режим, при котором потери биомассы на стадии сепарации минимальны. Например, сравнивая режимы 1 и 2 в примере 3, можно считать, что производительность настадии выращивания в режиме 1 составляет 21,94 кг/м , а в режиме 2 -521,98 кг/мэ при потерях 0,45 кг/мОднако с учетом потерь биомассы настадии сепарации производительностьв первом режиме 21,71 кг/м , а в реэжиме 2 - 21,53 кг/м . Поэтому определение критерия центробежной разделяемости позволяет не только снизитьпотери биомассы, но и увеличить производство биомассы, например, на0,83 ь.Анализ полученных данных (примеры 1-4) показывает, что потери насепарации обратно пропорциональнызначению критерия центробежной раэделяемости суспензий, поэтому длясравнения однотипных суспензий по сепарируемости достаточно лишь определения предлагаемого нами параметра влабораторных условиях,Формула и э о б р е т е н и я 5 О 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 Способ определения центробежной разделяемости суспенэий микроорганизмов, заключающийся в центрифугировании исследуемой суспензии в течение 30 мин при д=1000-3000 об/мин, измерении концентрации биомассы в осветленнойжид- кости через каждые 0,5-5,0 мин центрифугирования вычислении среднего эна1571060 чения концентрации биомассы в осветленной жидкости и измерении исходной концентрации биомассы в суспензии, при этом определение критерия центро 5 бежной разделяемости осуществляют по формуле: критерий центробежной раэделяемости;концентрация биомассы висходной суспензии;средняя концентрация биомассы в осветленном слоеза время центрифугированиясуспензии. где К,С исх Сср С исхКхЦГ Таблица 1 Значениекоэффициента К. Концентрация биомасВремя центрифугировация,мин сы в осветленной жидкости, г/л 7,112,919,422,523,425,1222,9719,812,69,08,85 П р и м е ч а н и е: Концентрациябиомассы в исходной суспензии8,089 г/л. Таблица 2 Концентрация биомассы в осветленнс й жидкости, г/л, в суспензииЗаказ;, 1486 Тираж 492 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5-78, -49,8 -46,5 -33,6 5,09143,48477,394324,461 Концентрация биомассы в осветленном продукте после сепарации, г/л 0,755 0,158 0,058 0,037