Способ культивирования микроорганизмов

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТЗУ Сфез СоветскихСфцкапкстмческмхРеспубики н 1 945173(5). л. С 12 й 1/28 3 Ъвударстюай лмятет СССР в делам лзебретеимл в атлритийОпубликовано 23.07.82 Бюллетень27 Дата опубликования описания 23.07,82 Та.Ъ щ юнтеф,(72) Авторы изобретения ИностранцыЛюбберт Густав - Адольф, Рейхелт Лотар, ГейденрейхРейтер Урэула, Баух Йоахим и Гентцш Герберт(54) СПОСОБ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ Изобретение касается способов культивиро. вания микроорганизмов на прямоцепных углеводородах, в особенности культивирования микроорганизмов с поглощением кислорода, причем микроорганизмы культивируются для получения5 простейших протеинов, для целей кормления или также для питания людей, Изобретение относится к технической микробиологии и может быть использовано в установках, в которых из углеводородов получают протеины,При промышленном использовании способа наряду с качеством продукции решающую роль играет экономичность способа, причем стремятся к следующим главным целям:Высокая степень использования применяемого источника углеводородов для синтеза клеточного вещества. Высокая степень использования подаваемого кислорода для синтеза клеточного вещества, 20 так как цля диспергирования кислорода или кислородсодержашего газа должна потребляться энергия, и поглощение кислорода приводит кроме того к потерям углерода,Если биомасса дочжна быть переработанав продукты кормления или питания, стремятсяк высокому содержанию основы протеина и .выгодной степени использования израсходованного азота для легко усваиваемого протеина,так что, например, поддерживается возможнонизкое содержание азота в нуклеиновой кислоте.Достижение высокой концентрации биомассь 1в ферментере, чтобы снизить затраты на пере.работкуРазработаны ферментеры с высокой интен.сивностью гаэации и высокой степенью превра.щения азота, например ферментеры с подачейпотока (экономический патент 111 144), Дляулучшения обмена веществ с кислородом извоздуха в ферментационной среде,предложеюиспользовать поверхностно.активные Вещества(выкладное описание изобретения к неакцептованной заявке 1 442 296).Исследовано. и предложено большое коли.чество различных микроорганизмов соответ.ственно их различным специфическим хлрактеристикам производительности и качестве.3 . 945Предложены также различные вещества вкачестве стимуляторов роста и качества (вы.кладное описание изобретения к неакцептован"ной заявке 1 470 490, выкладное описаниеизобретения к неакцептованной заявке51 470 507, экономический патент ГДР 50543и выкладное описание изобретения к неакцеп.тованной заявке 2 043 206).Использование источника углерода спредпочтительным числом С 10 - 14 для фер.ментации на н-парафинах в фазе логарифми.ческого роста дрожжевых клеток между 0,08и 0,10 вес, ч. суспензии культуры 1 патентисключительного права ГДР 113 927).Используемые микроорганизмы имеют значительные резервы относительно использованияизрасходованного углерода, кислорода и такжеазота в пользу желаемого чистого протеина.Цель изобретения - повышение экономичности способа культивирования микроорганиз- щмов на прямоцепных углеводородах, вследствие лучшего использования микроорганизмов,а также создание таких условий способа, чтобыдостигался оптимальный коэффициент созревания клеток микроорганизмов. 25Состав н-парафинов по характеристике используемого углеводородного сырья в связи,с определенными условиями способа оказывает значительное влияние на коэффициентсозревания клеток микроорганизмов, а такжена качество продукции.Для культивирования микроорганизмовисходные продукты источника углеродов используются так, как они поступают нарафинированное очищение.С другой стороны л-парафиносодержащие 53углеводородные фракции используются так, что после микробиологичесокй депарафинизации они удовлетворяют предусмотренным целям применения. Связи между созреванием клеток микроорганизмов, качеством конечно 40 го продукта протеина относительно исходной фракции и условиями ферментации до сих пор еще не известны.Вместо общеизвестных используемых исходных фракций кипящего положения 200 - 45 300 С используются определенные срезы и-парафинов или н-парафиносодержащих углеводородных смесей более высокого уровня ки. пения и соответственно для срезов выбирают. ся условияя наиболее благоприятного результата выращивания, достигаются значительно луч. шие результаты при улучшении удельного расхода кислорода, углерода и азота в пользу чистого протеинаВысокая концентрация биомассы достигает. 55 ся, если используемые срезы н-парафинов или н-парафиносодержащих смесей имеют температуо ру начала кипения выше на 60-120 С, в.осо 73 4бениости на 80 - 100 С, т. е. необходимо более высокое число С н-парафинов, при одновременном сужении диапазона числа С.Это значение достигается, если по меньшей мере 70% используемых прямоцепных углеводородов имеют число С больше, чем 15.Продолжительность контакта ферментационной смеси с микроорганизмами (источником углерода), водяным раствором питательного вещества в ферментере не должно быть сокращено ниже определенного граничного значения. Это граничное значение составляет пример.но на 1 - 2 ч больше, чем было бы возможносоответственно естественной скорости ростамикроорганизмов цри условиях углеводороднойферментации, и используется до сих пор визвестных способах.При введении нормальных смесей устанавливают возможно короткое время реакции,чтобы избежать высокой степени поглощенияиспользованного источника углерода и подавае.мого кислорода при более длинном времениреакции. Это короткое время реакции имеетнедостаток, оскольку может привести к неполному соэрсванию клеток. Различия в биологическом общем ходе реакции синтеза клеточ.ного вещества при использовании предлагаемого способа имеют чрезвычайно сложную природуВ целом из этого различия вытекают реэуль.тирующие преимущества, что при синтезе клеточного вещества из более длинных цельныхн-парафиновых цепочек из клетки отдается малоэнергии и продуктов обмена веществ, и,что принайденном более высоком оптимуме времениреакции возможно наилучшее созревание клеток,например, в клетках с более высоким коэффици.ентом созревания более выгодное отношениеклеточной плазмы к ядру клетки, так что в клеточном ядре относительно уменьшаются связанные неусваиваемые азотные соединения,Очевидно, что расходуется меньше кислорода, углерода и азота для продуктов обменавеществ и неусваиваемых азотных соединений,причем более высокая степень поглощения, при удлиненной продолжительности реакции,олагодаря получающимся преимуществам, более чем компенсируется или по меньшей мерекомпенсируется.Таким образом возможно достижение опти.мального коэффициента созревания клетокмикроорганизмов для получения протеина привыгодных экономических условиях,Преимущество при применении более высокого среза получается в таком виде, что при ферментации с поглощением кислорода естественные потери углеводородов при испарении уменьшаются почти наполовину.35 40 200-300 50-100 60 - 90 10-15 20-30 3 - 6 Если рассматривать предлагаемый способ в связи с переработкой продукции из минеральных масел или на нефтеперерабатывающем илинефтехимическом комбинате, то можно получить ряд преимуществ относительно 5 экономного использования составных частей тяжелых нефтяных фракций для получения протеинов и также в таком виде, что легкие до сих пор используемые составные части могут найти экономичное или выгодное для народного хозяйства применение,Представлены два варианта способа при использовании в качестве производительной культуры СапдЫа дц 11 еггпопд.Использование Сапйда дЫ 11 еггпопделе дует принимать как пример, а не как ограничение.Принципиальные тенденции имеют доказанную термодинамическим способом силу для всех микроорганизмов, которые для синтеза клеточ ного вещества могут использовать преимущественно н-парафины.П р и м е р 1. В экспериментальном ферментере с котлом с мешалкой емкостью 500 л, который оснащен всеми исполь зуемыми для непрерывного выращивания мик. роорганизмов с поглощением кислорода устройствами и необходимой измерительной техникой, выращена Сап%да дц 11 егпопдЙ на очищенных н.парафинах при следующих условиях: 30Начало кипения и-парафиновойфракции, С 300Конец кипения и-парафиновойфракции, С 380Среднее число С и-парафина 19Фсрментационная смесь вферментере, кг 200Продолжительность реакцииферментациониой смеси, ч 8Подача н-парафинов, кг/ч 1,05Температура, С 34Значение рН 4,2Концентрация питательных и микроэлементов в ферментационной смеси благодаря непре. рывной дозировке при соответствующем пи.45 татсльном растворе поддерживалась, мг/л:МНл 100-155Р 04ВОаК 50СаМ дгп+ф Мп 3 - 6Сц ф 0,02Ре 5 - 7Удельная степень обдува 70 л воздух/кгферментационной смеси, удельное питание мощности 10 Вт/кг ферментационной смеси черезмешалку (нетто).Опыт продолжался приблизительно 10 дней,причем биомасса взята очищена ивысушенадля анализа и отдела для соответствующегоопыта, вследствие чего. достигнуты следующиерезультаты (столбец 2).В табл. 1 даны для сравнения результаты обычной ферментации со смесью и-парафинов при уровне кипения 200-380 С и обычной продолжительностью реакции 4 ч.П р и м е р 2. На опытной станции, согласно примеру 1 непрерывно выращена Сап д п 1 а дц 11 егтопй .Степень обдува 70 л воздух/кг ферментационной смеси, удельное питание мощности через мешалку 8 Вт/кг ферментационной сме. си. Концентрация питательных и микроэлементов поддерживалась аналогично примеру 1.Температура, С 33Значение рН 4,2Продолжительностьреакции, ч 7Использован выделенный из нефти газойль при уровне кипения 295 - 370,который содержит 20,1 вес.% и-парафинов со средним числом С - С,а в диапазоне С - Са. Концентрация газойля в ферментационной среде составляет 26,5%. Олыт проводят 8 дней. После ферментации неизрасходованный газойль отделен посредством непрерывно работающего дискового сепаратора. В высокой степени освобожденная от газойля дрожжевая суспензия была высушена, затем отдельными порциями экстрагирована с органической смесью растворителя (беизинизопропанол), высушена и соответствующим образом анализирована. Получены следующие результаты (столбец 2) В столбце 1 даны для сравнения результаты известного способа с вьщелением газойля при уровне кипения 230 - 350 С (табл. 2). Продолжительность реакции составляет 4 ч, Кон. центрация газойля 14% при содержании н-парафинов в выделенном газойле 19,8%, Среднее число С в выделенном газойле, содержащем н;парафины, составляет С, в диапазоне С 9 22945173 Таблица 1 Показатели 1 2 17,0 Выход биомассы, кг/ч 1,01 0,85 2,5 1,04 1,23 64,0 58,0 56,0 47,0 87,5 81,0 Показатели Г 14,2 28,10,71 0,804 2,12 2,4 1,13 1,0 ТС 63,0 67,0 51,7 57,5 86,0 82,0 Концентрация биомассы, г/кг Удельный расход кислорода,кг Оз/кг высокотемпературнойсуспензии (ВТС) Удельный расход н парафина,кг н.парафина/кг ВТС Содержание сырого протеина,%Чистый протеин, % Содержание израсходованногоазота в чистом протеине, % Концентрация биомассы, г/кг Выход биомассы, кг/чУдельный расход кислорода, кг О/кг ВТС Удельный расход н-парафинов, кг н-парафинов/кг ВТССодержание сырого протеина,% Содержание чистого протеина, %Содержание азота в чистом протеине,% Формула изобретения Способ культивирования микроорганизмов на прямоцепных утлеводородах для получения протеина одноклеточных организмов улучшенным вызреванием клеток микроорганизмов, о т л и- аз ч а ю щ и й с я тем, что примененная н.парафиновая или фракция, содержащая н-парафины, по сравнению с до сих пор применяемыми Таблица 2Г фракциями, с температурой начала кипения200 - 380 С имеет на 60 - 120 С, особенно 80 -100 С; высшую температуру начала кипения итем самым высшее среднее число атомов углерода и-парафинов (не менее 17), причем диапазон числа, атомов углерода ограничиваетсятак, что по крайней мере 70% применяемыхпрямоцепных углеводородов имеет больше 15атомов углерода и длительность выдержки945173 Корректор Г. Отар Составитель М, ЛаринаТехред Т. Маточка Редактор Н, Рогулич Заказ 5260/34 Подписное Тираж 505ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо деламизобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская иаб., д. 4/5 Филиал ППН "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 9ферментационной смеси, состоящей иэ микроорганизмов, источника углерода, водной питательной среды, в ферментере составляет не менее 5 ч. Признано изобретением по результатам экс:ь пертизы, осуществленной ведомством по изобретательству Германской Демократической Республики.