Способ выращивания микроорганизмов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 0503.79 (21) 2733628с присоединением заявки Мо(23)П ио нтет рственныи ко СССР лам изобрете и открытий) СПОСОБ ВЫРМЦИВАНИЯ МИКРООРГЛНИЗМО Изобретени биологической ности к спосо образующих пезовано в проц роорганизмов, ральную жидко вещества, нап этан, пропан, газы,относится кпромышленностиам выращиванияу, и может бытссах выращивандля которых вть подают газоимер кислород,бутан, водород Известен также способ выращиваниямикроорганизмов, в котором аэрациюпроводят путем распределения в среденесмешивающейся с водой жидкости,например масла, поедварительно йасыщенной кислородом 3.К недостаткам сйособа относитсято, что насыщение невозможно проводить чистым кислородом, так как контакт последнего с маслом приводитк взрыву.Наиболее близким техническимрешением по технической сущности идостигаемому эффекту является способ выращивания микроорганизмов напитательной среде, содержащей источники углерода, азота, фосфора, водорода, минеральные соли и микроэлементы при непрерывном насыщении культуральной жидкости газами 4,К недостаткам способа относитсяо, что газы, подаваемые в ферментер,е успевают раствориться в культуральой жидкости, что снижает выход микроорганизмов,икров част-. культур, исполья мик- ультубразные метан, и др. Цель хода би Пост тем, чтоИзвестны способы выращивания микроорганизмов, например дрожжей или бактерий, выбираемых из родов Риенци юопаь, Вас 113 цз или Неспаповаь, заключающиеся во внесении посевного материала микроорганизмов в водную питательную среду, содержащую источ ники углерода, азота и необходимые для роста микроорганизмов питательные соли при подаче газов, необходимых для выращивания микроорганизмов, непосредственно в культуральну жидкость 11 и 21.К недостаткам данных способов от носится то, что в ферментере образу ется двухфазная система газ-культуральная жидкость, .что снижает степень использования газа микрооргани мами. изобретения - увеличение вмассы микроорганизмов.вленная цель достигаетсяперед насыщением культураной жидкости-осуществляют растворение в воде газовой смеси, состоящейиз кислорода с метаном, или этаком,или пропаном, или бутаном, или водородом в количестве 0,5-95, при этомрастворение ведут вотдельности каждого из компонентов газовой смеси,а насыщение культуральной жидкостиосуществляют путем подачи в нее воды с растворенными газами раздельными потоками в количестве, пропорциональном концентрацииаждого изкомпонентов газовой смеси в культуральной жидкости.При этом насыщение культуральнойжидкости газами проводят при температуре воды 3-28 С, 15Способ осуществляют следующим образом.В ферментер 1, содержащий перемешивающее устройство 2, перегородки3 и дроссельные устройства 4 и 5, 20заливают воду. После включения перемешивающего устройства и подогреваводы до заданной температуры в водудобавляют раствор питательных солейи водный раствор аммиака для получения требуемого рН среды. Затем вприготовленную питательную среду засевают микроорганизмы, после чегов ферментере образуется культуральная жидкость,Насыщение культуральной жидкостигазовой смесью, например кислородас метаном, производят в диапазоне0,5-95 путем перемешивания ее сводой, предварительно насыщенной этими газами. Насыщение воды газамипроизводят раздельно в аппаратахэжекционного типа 6 и 7. Уровень воды в этих аппаратах поддерживаетсянасосами 8 и 9 постоянным. Подачукислорода и метана в аппараты 6 и 7 40обеспечивают компрессорами 10 и 11,оборудованными устройствами для автоматического поддержания давления.Насыщенную газами воду из аппаратов 6 и 7 подают, соответственно,через клапаны 12 и 13 и дроссели 4и 5 в перемешивающее устройство 2,где она смешивается с культуральнойожидкостью,Концентрацию отдельных компонентов газовой смеси в культуральнойжидкости поддерживают постояннойпутем изменения расходов насыщенныхгазами соответствующих водяных потоков. Для этого датчиками 14 и 15измеряют концентрацию растворенныхв культуральной жидкости газов и посредством вторичных приборов соответственно 16 и 17 и клапанов 12 и 13изменяют расходы воды.Микроорганизмы, потребляя растворенные в культуральной жидкости газы, живут и размножаются. По мереуменьшения концентрации растворенных газов в культуральной жидкостивторичные приборы 16 и 17 открывают ся и компенсируют потребленные микроорганизмами газы путем подачи воды,насыщенной этими газами, в культуральную жидкость. В этом случаескорость подачи газов равна скорости их потребления микроорганизмами,т.е. достигаются оптимальные расходы газов и их соотношение, а такжепрактически полная утилизация газов.При этом пузырьки газа в ферментереотсутствуют, что увеличивает насосный эффект перемешивающего устройства, а, следовательно, интенсифицирует процесс массообмена. Положительный эффект достигается также тем,что насыщенная газами вода подаетсяв ферментер раздельными, капримердвумя потоками с растворенными соответственно в них кислородом и метаном в зону перемешивающего устройства или в само устройство, гдесмешивается с культуральной жидкостью. При этом газы не успевают выделиться из воды, а переходят вкультуральную жидкостьв растворенном состоянии. Очевидно, что отсутствие пузырьков газа в культуральной жидкости исключает и пенообразование. Подача газов в воду в аппаратах 6 и 7 также не вызывает пенообраэования потому, что коэффициентвспенивания воды, незначительный,Таким образом, решается проблемапеногашения.Раздельное насыщение воды газами,а также снижение температуры насыщаемой воды по сравнению с температурой культуральной жидкости обеспечивает высокую растворимость газов.В этом случае аппараты 6 и 7 являются аккумуляторами газов, которыерасходуются по мере потребности микроорганизмов,Кроме того, раздельное насыщениегазами воды и продувка свободногоот культуральной жидкости пространства ферментера воздухом обеспечивает взрывобезопасность процесса.В процессе ферментации в ферментере поддерживают заданную температуру и осуществляют непрерывную подачу в ферментер раствора солей и ЙН 40 Ндля поддержания рН. Заданное давление в ферментере поддерживается регулятором 18.Избыток культуральной жидкости из ферментера поступает в центрифугу 19, где происходит отделение биомассы от культуральной жидкости.При выращивании микроорганизмов, окисляющих, например, этан, пропан, бутан или водород, в аппарат 6 компрессором 10 вместо метана подают соответственно этан, пропан, бутан или водород, При выращивании микроорганизмов, источником углерода для которых являются жидкие вещества, например парафины, метановая линия, включающая оборудование 6, 8, 10и арматуру 4 и 16, а также продувкаферментера воздухом, отсутствует.,П р и м е р 1, При выращиванииметан-окисляющих микроорганизмовизвестным способом в качестве посевного материала используют бактериииз рода Иейуососсць, например культур 1-70,Питательная среда для выращива.ния этих бактерий состоит из водногораствора Фосфорной кислоты, хлористого калия, сернокислого магния,цинка, марганца, меди, железа и кобальта.Посевной материал вносят в ферментер с рабочим объемом Н = 50 л. Выращивание производят при непрерывной 15подаче в фермейтер питательной среды, воды ю 10 л/ч, т,е. 0,2 Н и водного раствора аммиака для поддержания кислотности культуральной жидкости, равной 5,6 рН. Температура куль- щ 0туральной жидкости 43 С.Культуральную жидкость перемешивают лопастной мешалкой с интенсив-, ностью, характеризующейся числом Рейнольдса йе Ъ 100000, 25С целью взрывобезопасности процесса и получения большей поверхности контакта фаз (газ - культуральная жидкость) аэрацию культуральной жидкости производят газовой смесью метана и воздуха в количестве 1 л/мин на единицу объема ферментера, т.е.3000 л/ч. Причем соотношение расходов метана и в.здуха равно 1:3, Давление в ферментере равно атмосферному. Из ферментера непрерывно отбирают " 10 л/ч культуральной жидкости. При концентрации биомассывг АСВкультуральной жидкости 5и 40 удельной скорости роста 0,2 ч . продуктивность (для этих условий культи" вирования) равнаг АСЬО,= 0 2 5 = 1Л Ч 45 При этом количество биомассы, получаемое из ферментера, равног АСЬС = 0 Н = 150 = 50Известно, что на 1 г биомассы расходуется 1 г метана (1,43 л) и 3,5 г кислорода (2,45 л), Тогда количество потребленной микроорганиэ - мами газовой смеси в единицу времени на образование 50равно Яцсмеси = 50 (1,43 + 2,45) = 194 л/ч, что составляет всего 6,5 от подаваемой в ферментер газовой смеси. Остальные 93,5 подаваемой в ферментер газовой смеси выходят из ферментера, а следовательно, не используются микроорганизмами. При этом образуется пена, При подаче в ферментер только необходимого количества газовой смеси метан - кислород (194 л/ч) проц сс становитмя взры воопасным, а заданная продуктивностьне достигается.г АСаЛ ЧП р и м е р 2. При выращивании культуры 1-70 предлагаемым способом условия культивирования, аналогичны примеру 1Однако с целью взрывобезопасности и интенсификации процесса необходимые для процесса газы (метан и кислород) подают в ферментер в растворенном в воде виде. 1 азы растворяют в воде, идущей на разбавление культуральной жидкости. При подаче в Ферментер кислорода вместо воздуха удельная скорость роста возрастает и составит 0,3 ч-" . Тогда количество подаваемой в ферментер воды равно количеству отбираемой из ферментера культуральной жидкости и равно 15 л/ч (0,3 50).При концентрации биомассы 5г АСВл продуктивность Я = 0,35 = 1,5АСВла количество биомассы, получаемоеиз Ферментера 6 = 1 5 50 = 75г АВСлСледовательно, для обеспечения потребности микроорганизмов в подаваемой в ферментер воде, т.е, в 15 л, необходимо растворить 107 л метана и 183 л кислорода и подавать эту во ду в ферментер в течение часа.В таблице приведены сравнительные экспериментальные данные, полученныепри осуществлении известного и предложенного способов.829669 Количест. -КонРабочийобъемферме нтера, л Интенсивность рНкультуральнойжидкости Температуракультуральнойжидкости Коли- чествопода- ваемойгазовойсмеси,лч Про- дук- тивКолиВаличие поль- зованиегазовойсмеси,Ъ центрациябиомассывкульту- ральнойжидКОСТИг АСВ чест- ливо во чие вэрывоСпособы пере- меши- ванияр Йе потребляемойгазовой получаемойбиоиост гАС пено- обопасносл ч ра- тизомассы,Г АСВ васмения си,л чНет в иэ- вестном спо- собе мер и количество получаемой биомассына 30-40 выше, чем в известном способе. Кроме того, при ведении процесса предлагаемым способом практичес- Я ки отсутствует пенообразсвание и Из таблицы следует, что при вэрывобезопасности процесса и одинаковых других условиях, приведенных в таблице, продуктивность при предлагаемОм способе, а, довательнО,Предо- твра- щается эа счет раз- бавлениявзры- воопаснойсмесиазотомвоздуха,которыйнеис- пЬль- зуетсямикро- орга- низма- ми829669 10 Формула изобретения Составитель В. Зайцевактор А. долинич Техред А. Ач" Коррект Мвыдка Родпета СССрытийнаб., д Заказ 3552/67 Тираж 528. ВНИИПИ Государственного коми по делам изобретеннй и от 113035, Москва, Ж, Раушскаяно иал ППР "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 увеличивается процент использованияподаваемой в ферментер газовой смеси до 95. Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить выход микроорганизмов на 30-40. 1. Способ, выращивания микроорганизмов на питательной среде, содержащей источники углерода, азота, фосфора, минеральные соли и микроэлементы при непрерывном насыщении культуральной жидкости газами, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения выхода биомассы" микроорганизмов, перед насыщением культуральной жидкости осуществляют растворение в воде газовой смеси, состоящей из кислорода с метаном или этаном, или пропаном, или бутаном, или водородом в количестве 0,5-95, при этом растворение ведут в отдельности каждого из компонентов газовой смеси, а насыщение культуральнойжидкости осуществляют путем подачив нее воды с растворенными газамираздельными потоками в количестве,пропорциональном концентрации каждого из компонентов газовой смеси вкультуральной жидкости2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й .с я тем, что насыщение культуральной жидкости газами проводятпри температуре воды 3-28 фС,источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР15 9 287879, Кл. С 12 В 1/08, 1965.2, Авторское свидетельство СССР.9 305183, кл. С 12 В 1/08, 1969.3. Патент США Р 3723255,кл. 195-109, опублик. 1973.4. Авторское свидетельство СССРМ 287880, кл, С 12 В 1/08 1965