Способ получения биомассы

(19) (И) СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ГОСУД дРСПО ДЕЛ ОБРЕТЕНИ ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ТВУ 3 юл, Р 11А.А.Шмушкин,В.Лалов и К.И,Битрих научно-исследовательосинтеза белковых.8)икобританииС 6 Г, 1976. ЕНИЯ БИОМАССЫ,ащивание смеорганизмов веде, содеосфора, ков, в прих углеводороржаалия, сутст допоьниньеаный ноиоэЬьй ОПИСАНИЕ ИЗ АВТОРСКОМУ СВИДЕТ(71) Всесоюзйыйский институт бивеществ(56) 1,Патент ВеР 1 421 135, кл. 54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧ редусматривающий выр анной культуры микро одной питательной ср ей источник азота, ф агния и микроэлемент ии смеси газообразны дов в качестве источника углерода и свободного кислорода, сгущение полученной микробной суспензии с последующйм возвратом- осветленной культуральной среды на стадию выращивания и обезвоживания микроорганизмов в потоке горячего теплоносителя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью интенсификации роста микроорганизмов, выращивание смеси культур микроорганизмов осуществляют при давлении 9-40 кг/см , а сгуще 2 ние микробной суспензии проводят при давлении 1-30 кг/см путем флотации газами, десорбирующимися из суспензии со стадии выращивания, при этом в качестве смешанной культуры исполь.д зуют микроорганиэмы родов МеЬу 1 осос сца, МеЬИу 1 о а(пца и Р 1 ачоЬас 1 ет(цв.Изобретение относится к технической микробиологии, к способам получения биомассы путем превращения га. зообразных углеводородов в белковоевещество.Известны способы получения биомассы путем культивирования смешаннойкультуры микроорганизмов на воднойпитательной среде, содержащей источники азота, Фосфора, калия, магнияи микроэлементов, в присутствии газа,содержащего метан, и газа, содержащего свободный кислород. В качествегаза, содержащего метан, используютприродный газ, а в качестве газа,содержащего свободный кислород,применяют атмосферный воздухиливоздух, обогащенный чистым кислородом. Состав газовой смеси, подаваемой на стадию культивирования, выбирают так, чтобы обеспечить ее вэрывобезопасность, а отработанную газовую смесь рециркулируют в ферментационную емкость стадии культивирования микроорганизмов или используют для получения энергии, необходимой для возмещения по крайней мере.части энергии, используемой на стадии культивирования микроорганизмов.В качестве продуцентов белковых веществ используют либо чистые, либосмешанные культуры микрооргайизмов,способных ассимилировать метан. Полученную на стадии культивирования,суспензию микроорганизмов предварительно сгущают, например на центРобежных сепараторах, а затем окончательно обезвоживают на распылительных сушилках в потоке горячего газа.Известен способ получения белковых веществ, включающий культивирование микроорганизмов вида МеСЬу 1 ососсцз сарац 1 аСцэ на водной среде вприсутствии питания, в присутствииметана как источника углерода и газа, содержащего свободный кислороди элементарный азот. 1 , В таком 45способе в качестве источника метанаиспользуют природный гаэ, а в качестве газа, содержащего свободныйкислород и элеменТарный азот, используют атмосферный воздух, который50при необходимости может быть обогащенчистым кислородом, Процесс осуществляют при давлении выше атмосферного,например при давлении 0,3-0,4 мПа,причем количество связанного азота, 55подаваемого на стадию культивирования, меньше количества азота, извлекаемого в виде сырого протеина, илиазот в связанном виде не подаетсявообще. Далее суспензию микроорганизмов обрабатывают любым известнымспособом.К недостаткам указанного способа относится низкая степень использования метана, которая в соответствии с данными по расходу газовой смеси,продуктивности процесса и коэффициентами выхода по метану и воздуху, представленными далее, составляет 37от подаваемого количества метана.Кроме того, повышенный расход газо-,вой смеси, обусловленный необходимостью возмещать часть или всю потребность микроорганизмов в азоте,который не подается в связанном виде,приводит к повышенному расходу энергии на стадии культивирования микроорганизмов,Цель изобретения - интенсификацияроста микроорганизмов при увеличениистепени использования газообразныхуглеводородов по крайней мере до 90и уменьшении загрязнения окружающейсреды.Это достигается тем, что выращивание смеси культур микроорганизмовосуществляют при давлении 9-40 кг/см,а сгущение микробной суспензии проводят при давлении 1-30 кг 7 см путемфлотации газами, десорбирующимися изсуспенэии со стадии выращивания. Приэтом для выращивания в водной питательной среде, используют микроорганизмы родов МеСЬу 1 ососсцв, МеСЬу 1 озпцв и Р 1 очоЬасСег 1 цщ,Возвращаемый после выделения микроорганизмов поток культуральной среды составляет 80 потока жидкой фазы, поступающей на стадию выращивания.На фиг, 1 изображена функциональная схема получения белковых веществ из газообразных углеводородов предлагаемым способом; на фиг. 2 - диаграмма вэрываемости метан-кислородных смесей, эабалластированных инертным газом.Сущность предлагаемого способа за ключается в следующем. Смешанную е культуру микроорганизмов, содержащую факультативные метилотрофы, способные ассимилировать гомологи метана, выращивают на стадии 1 культивирова" ния на водной питательной среде, содержащей источник азота, фосфора, калия, магния и микроэлементов, в присутствии газообразных углеводородов и кислородсодержащего газа. Процесс культивирования осуществляют при 35-50 С, при этом РН культуральоной среды поддерживают в пределах от 4,0 до 6,0 при концентрации минерального азота 50-150 мг/л и концентрации минерального фосфора 50-100 мг/л,Процесс культивирования проводят при давлении выше атмосферного в пределах от 1,1 до 40 кг/см 2.При этом объемные концентрации кислорода и метана в газовой Фазе процесса культивирования выбирают так, чтобы в соответствии с диаграммой взрываемости метан-кислородных смесей, забалластированных инертнымгазом (см. Фиг. 2), для соответствующего давления была обеспечена взрыной среде частиц, за счет всплывания которых происходит Флотация микроорганизмов и связанное с этим обогащение микроорганизмами верхних слоевжидкой фазы. В связи с неоднократным снижением давления у части "клеток иэ-за слишком большой скоростиснижения давления происходит разрыв 35 оболочек. При этом содержащиеся внут.40 ри клеток биологически активные вещества переходят в активном. состоянии в культуральную среду, часть ко" торой после отделения микроорганизмов возвращается на стадию 1 культивиро 45 вания и используется для стимуляции роста микроорганизмов,Абсорбированный на стадии 2 очистки углекислый газ процесса биосинтеза и сопутствующие ему компоненты газовой фазы стадии 1 культивирования смешивают с десорбировавшимися газами на стадии 3 предварительного сгущения с отработанной газовой фазой стадии 1 культивирования с дополнительным количеством газа, содержащего газообразные углеводороды с атмосферным воздухом для получения горючей смеси, которая сжигается на стадии 4 получения высокотемпературного теплоносителя. Полученный настадии 4 высокотемпературный теплрноситель с температурой 1200-1300 Ссмешивают с атмосферным воздухОм настадии 5 для получения сушильного 60 65 вобезопасность газовой фазы процес са культивирования, т.е. точка,- соответствующая составу газовой фазы, должна находиться вне указанной на диаграмме области взрывоопасных сме сей. Рециркулируемую газовую фазу очищают от углекислого газа, образовавшегося в процессе биосинтеза на стадии очистки для поддержания, постоянной объемной концентрации углекислого газа в газовой Фазе процесса культивирования.Непрерывное культивированиесмешанной культуры ведут при коэффици енте разбавления, равном от 0,15а 1до 0,25 ч , причем концентрация сухих веществ в культуральной среде и продуктивность процесса практически линейно зависят От давления", при я котором осуществляют процесс культи- вирования.Суспензия микроорганизмов со стадии 1 культивирования поступает на стадию 3 предварительного сгущения, 25 где происходит частичноеуменьшенйе давления потока, вследствие чего растворенные в культуральной среде газы деСорбируют из жидкой фазы и частично из самих микроорганизмовпереходят в газовую Фазу в виде мелко диспергированных в культуральагента с температурой 290-350 С, который на стадии б используют для окончательного обезвоживания сгущен-. ной суспензии микрдорганиэмов и получения сухих белковых веществ с влажностью 5-10.П р и м е р. Смешанную культуру, содержащую Факультативные метилотроФы, выращивают на стадии 1 культивирования в Ферментере, имеющем объемный коэффициент массопередачи не менее 800-900 ч 1 .Процесс культивирования осуществляют на водйой питательной среде, содержащей источники азота, фосфора, калия,магния и микроэлементов, при давлении в Ферментере 9 кг/см, при этом температуру поддеРживают в пре- делах от 38 до 40 С подачей охлаждающего агента в теплообменные устройства Ферментера, а концентрацию водородныхионов в"культуральной среде поддерживают-"постоянной за счет .автоматической подачи 8-10-го раствора аммиачной воды на уровне, соответствующем рН, находящемуся в диапазоне 5, 5-5,7. Компоненты минерального питания на стадию 1 культивирования подают в"вйдеводного Раствора, содержащего в 1 л следующие количества минеральных источников питания: 2,5 мл НРО 4 1,0 г М 50 , 1,25 г КСО; 0,015 г Ео 504, 0,05 г Ло 504, 0,10 С 50 р 0,03 г НВО 3 р 9,15 Ре 504 0,0022 г Ка МООР ф 2 Н О; 0,0024 г СОСО 47 НО.При этом поддерживают остаточнуюконцентрацию неорганического азотав культуральной среде в пределах от80 до 120 мг/л, а неорганическогофосфора - в пределах от 70 до 90 мг/л,В качестве газа, содержащего газообразные углеводороды, используютприродный газ состава, об. : 95 метана, 2,5 этана, 1,0 пропана, 0,5бутана, 0,5 углекислого газа, 0,5азота,В качестве газа, содержащего свободный кислород, используют технологический кислород состава, об.:95 кислорода, 5 азота.Объемная концентрация кислородаи метана в газовом потоке на входеферментера составляет 10 и 18 об.соответственно, что позволяет довести степень рециркуляции газовой фазы, т.е. отношение рециркулируемогопотокапо всему газовому потоку, выходящему из ферментера до 0,995, иобеспечить в соответствии с диаграммой взрываемости метан-кислородныхсмесей, забалластированных инертнымгазом (см. Фиг, 2) взрыноопасностьгазовой фазы на стадии 1 культивирования.Смешанная культура микроорганизмов, используемая в качестве проду-,Й- удЕМ,г. - , ; -:-:.-йтщ .3,705796 бцента белковых вещеСтв содержит . ем в потоке газообразного сушильногооблигатные метилотрофы видовагейла.МеСЬу 1 осоооцв сарвц 1 аСцв , Дйя.получения сушильного агентаМебЬу 1 ов 1 вцв сг 1 сЬовроНиа200 нм/т АСВ природного газа иМеСЬу 1 овЫцв врогдцш, 4000 нм/т АСВ атмосферного воздухафакультативные метилотрофы, входя- смешивают с 200 нм/т АСВгаза, сошке в состав смешанной культуры ми . стоящего из углекислого газа, сокРоорганнзмов, способные ассимилиро стадии 2 очистки газов, десорбцироватьгомологиметана, относятся к вавшихся на стадии 3 предварительно "вйцу" 1 ачоЪасйег 1 ив КавоВцрсцш, ГО СГУЩейия и отработанного газаЙоэффициент разбавления .культураль- о стадии 1 кульТивирования и сжигают" скорость роста смешанной культуры получения высокотемпературного тепмикроорганиэмов составляет 0,15 члоносителя, который затем смешивают. Продуктивность на стадии 1 культиви- с 26500 нм/т СБ "воздуха на стадии б.рования для ферментера, имеющего 15 При этом получают 32700 нм/т СБ суобъемный коэффициент массопередачи шильного агента с температурой 2801300-1500 ч , соСтавляет 7,2 кг 310 С, необходимого для полученияАСВ/м: ч (при концентрации сухих ве т сухой бйомассы с 5-8-йойвлажществ в культуральной среде 48 кг/м 9 . ностью на стадии 4,абсолютно сухих веществ (АСВ), йа . 20 " Предлагаеиыйспособ получениястадии 2 очистки рециркулируемый белковых веществ из газообразных"газоЧйщают;от"образовавшегося в " углеводородов позволяет увеличитьпроцессе биосинтезауглекислого га- стейень преоо разова ния последних вза гб"Мм водной абсорбции в колонне белковые вещества по крайней мере"- С-насадкой.-: ":-: " 25 до 90% при обесйечении взрывобезо" " паоности газовой фазы процесса кульЙа стадии 5 йредваРййелЪйбб"сгу-",.-тй 3 йроваяйя микроорганизмов. Прищеййяс"9 бпейЪиюйикроорганиэмовпо-. этомрасходуется на 10 меньше" атмодаютв нижнюю часть аппарата, имею- сфериого"воздуха при приготовлении"- щего"Мой мЖВКойоРЙЮб 1 оИИерййа; ЗОИуЬТйлъйогоагента, так как часть воэв котором происходит уменьшение дав- духа, необходимого для доведения темлейия потока суспенэии. При"прохож- ,йературы топочнйх газов до темпера-;дении ферез слой мелкопористого" ма-турыдушйльного агента, заменяетсятериала растворенные вкультураль- " углекислым газом, образовавйщмся вной среде, газы переходят в газовуюпроблессе биосинтеза;- что уменьшаетфазу в виде мелкодиспергированных загрязненность окружающей среды.- -в культуральной среде -частиц, кото-Исклъэованйе углекислого газа, об рйе при "своем движении к поверхнос- разованшегбсй впроцессе биосинтеза,Гй"в апйарате увлекаюй"вместе б+бд"для"йолученйя сушильного агента при бой=кЛез%и=ййкродрганиэмов, обогащая водит к уменьшеиию объемной концентими верхние слои жидкости;,40 "рации кисйорода вгазовой"фазе"процесса с 13 до 11 об.В, что повышаетСгущенную до концентрации 180- взрывобезопасность сушки и способст 200 кг/м 3(АСВ) суспензйю йИКФ 66 РГа"-вует сохранейию витаминов и биологинизмов передают на стадию 4 для окон-чески активных веществ в готовом" "Мательйого обез воживания вйсушивани йродукте.. Фи аж 522 сударственного м изобретений ква, Ж, Рауш ВНИИПИ по де 3035, М