LV15474B - Vienšūņu eļļas iegūšanas paņēmiens no biodegradējamiem ražošanas atkritumiem - Google Patents

Abstract

1. Mikroorganismu eļļas ieguves paņēmiens, kas ietver šādus secīgus soļus: (i) substrāta fermentācija ar mikroorganismu kultivēšanu bioreaktorā, (ii) filtrēšana, (iii) biomasas pirmsekstrakcijas apstrāde un (iv) ekstrakcija, kas atšķiras ar to, ka par substrātu izmanto biodegradējamus rūpnieciskus blakusproduktus un (iv) soli veic ar superkritisko CO2 ekstrakciju. 2. Paņēmiens saskaņā ar 1. pretenziju, kas atšķiras ar to, ka solī (iv) superkritisko CO2 ekstrakciju veic ar spiedienu 20-40 MPa, 31-80 °C temperatūrā, ar CO2 daudzumu 1-12 kg CO2/stundā un ekstrakcijas laiks ir no 45 minūtēm līdz 6 stundām. 3. Paņēmiens saskaņā ar 1. pretenziju, kas atšķiras ar to, ka solī (i) par substrātu izmanto biodegradējamus ražošanas blakusproduktus, kas izvēlēti no industriālā glicerīna, piena pārstrādes sūkalām, sulfītu atkritumplūsmām, melases, augļu un dārzeņu pārstrādes atlikumiem.

Description

IZGUDROJUMA APRAKSTS

[001] Izgudrojums attiecināms uz zivsaimniecības nozari, konkrēti uz akvakultūru industrijā nepieciešamo barības izejvielu iegūšanas paņēmieniem. Izgudrojuma paņēmiens ir mikroorganismu eļļas, kas ir zivju eļļas analogs, izgatavošana fermentācijas procesā no biodegradējamiem ražošanas blakusproduktiem (atkritumiem). Mikroorganismu eļļu paredzēts izmantot kā izejvielu zivju barībā.

Zināmais tehnikas līmenis

[002] Tradicionālās zivju barības galvenās sastāvdaļas ir zivju eļļa un zivju milti. Zivju eļļa un zivju milti ir visbarojošākās un vieglāk sagremojamās barības izejvielas akvakultūrās audzētajām zivīm, kas ir galvenais iemesls, kāpēc vairāk nekā 70 % pasaulē saražotās zivju eļļas tiek izmantota akvakultūrās kā barība [1, 2].

[003] Mūsdienās zivju eļļu iegūst no dažādu sugu zivīm, zivju atliekām un citiem zivju pārstrādes blakusproduktiem. Šim mērķim visplašāk tiek izmantotas eļļainās zivis no Engraulis ģints (anšovi). Šo zivju nozveju ievērojami ietekmē tādi faktori kā El Nino fenomens un dažādas nozvejas kvotas, kuras vairāku valstu likumdevēji ievieš, lai izvairītos no pārzvejošanas. Kopumā globālās dabiskās nozvejas apjomi stagnē jau pēdējos 20 gadus [3]. Augošais pieprasījums pēc zivju eļļas, izmantojot to gan kā zivju barību, gan cilvēku uzturā, arī nodara ievērojamu kaitējumu videi, jo šobrīd izmantotās nozvejas metodes apdraud jau tā nepietiekami pieejamos resursus. Dabiskā nozveja ir ievērojami pasliktinājusi vairāku zivju sugu stāvokli, dažas no tām novedot tuvu izmiršanai [4, 5]. Neapmierināms pieprasījums, neparedzami nozvejas apjomi un zivju populāciju nestabilitāte ne tikai padara dabisko nozveju par nepievilcīgu avotu izejvielu iegūšanai, bet arī raisa nopietnas bažas par pārmērīgas nozvejas ietekmi uz bioloģisko daudzveidību ekspluatētajos biotopos [6, 7]. Šo iemeslu dēļ no dabiskās nozvejas iegūtā eļļa nespēj apmierināt augošo akvakultūras pieprasījumu pēc zivju eļļas un tāpēc ir nepieciešams atrast jaunus eļļas avotus, kurus varētu izmantot zivju barībā.

[004] Lai šo problēmu risinātu aizvien plašāk akvakultūrās zivju eļļu aizstāj ar augu izcelsmes eļļām. No augu valsts iegūto eļļu izmantošana nebrīvē audzēto zivju uzturā uzrāda pieņemamas dzīvmasas pieauguma un barības konversijas attiecības. Tomēr augu valsts barības izmantošana samazina omega-3 taukskābju cervonskābes (DHA) un eikozapentaēnskābes (EPA) koncentrācijas zivju audos.

Uzturā lietojot šādi audzētas zivis, cilvēku organisms vairs neuzņem DHA un EPA pietiekošā daudzumā. Šīm taukskābēm ir ārkārtīgi būtiska loma cilvēku organismā, un regulāra šo taukskābju lietošana uzturā uzlabo šūnu membrānas, smadzeņu funkcijas, nervu impulsu darbību, skābekļa pārvietošanu uz asins plazmu, hemoglobīna sintēzi, šūnu dalīšanās procesus, kā arī veicina smadzeņu attīstību jaundzimušajos un kopumā tiek uzskatīta par vitāli nepieciešamām, jo cilvēka organisms šīs taukskābes sintezēt nespēj [4, 8, 9]. Vēl viens negatīvs efekts augu valsts barības izmantošanai zivju uzturā ir omega-6 taukskābju koncentrācijas palielināšanās audzēto zivju audos, kas izjauc omega-3 uz omega-6 attiecību [4]. Omega-3 uz omega-6 attiecības izmainīšana (palielināta omega-6 taukskābju koncentrācija) ir viens no galvenajiem cēloņiem dažādām kardiovaskulārajām, neirodeģeneratīvajām, iekaisuma un onkoloģiskajām saslimšanām [10, 11]. Līdz ar to, augu valsts eļļu izmantošana nebrīvē audzēto zivju uzturā var radīt negatīvu ietekmi uz cilvēku veselību, ja ilgstoši uzturā tiek lietotas šādi audzētas zivis, tāpēc ir nepieciešams rast alternatīvus barības vielu avotus, kurus varētu izmantot akvakultūrās neradot risku cilvēku veselībai.

[005] Izgudrojumam tuvākais paņēmiens ir mikroorganismu eļļas iegūšana kultivējot eļļainos mikroorganismus, izmantojot augu izcelsmes cukurus [4]. Šīs paņēmiens pieņemts par prototipu. Prototipa paņēmiens ietver šādus secīgus soļus, eļļaino mikroorganismu kultivēšanu, filtrēšanu, pirmsekstrakcijas apstrādi un eļļas ekstrakciju. Prototipa paņēmienā tiek izmantotas neefektīvas ekstrakcijas metodes un dārgas izejvielas (augu izcelsmes cukuri), līdz ar to šim paņēmienam ir virkne trūkumu: dārgas izejvielas [4]; izejvielu ieguve konkurē pār ierobežotajām aramzemju platībām [2, 4, 12, 13]; ekstrakcijas metodēs nereti tiek izmantoti videi kaitīgi šķīdinātāji tādi kā hloroforms, metanols, heksāns, isopropanols u.c. [4]; ekstrakcijas laikā gala produktā (eļļā) var nonākt dzīvnieku veselībai nevēlamas vielas (mikotoksīni, smagie metāli u.c.) [4, 26].

[006] Kopumā, mikroorganismus var izmantot, lai apmierinātu augsto pieprasījumu pēc zivju barībā izmantojamas eļļas. Sintezētās mikroorganismu eļļas nesamazina augstvērtīgo taukskābju līmeni zivju audos un neizjauc omega-3 uz omega-6 attiecību, kā tas ir, ja izmanto augu izcelsmes eļļas zivju uzturā [10, 11]. Tomēr, ja par barību mikroorganismiem izmanto lauksaimniecības platībās audzētas augu izcelsmes izejvielas, tad kultivēšana ir dārga. Aramzemju platības globālā līmenī ir ierobežotas [12, 13], līdz ar to augu ar augstu cukuru saturu audzēšana priekš mikroorganismiem tieši konkurē ar platībām, kuras var izmantot cilvēku un dzīvnieku uzturā izmantoto kultūru audzēšanai. Kultivēšana izmantojot šādas izejvielas var apmaksāties tikai tad, ja iegūtā eļļa tiek tirgota ar augstu pievienoto vērtību (medikamentos, zīdaiņu pārtikā u.c.). Šādi iegūta eļļa izmantošanai akvakultūrās kā zivju barība nav rentabla, tāpēc ir nepieciešams mikroorganismus kultivēt izmantojot lētākas izejvielas (citu nozaru ražošanas blakusproduktus) un eļļas ekstrakcijas metodes pielāgot izmantotajiem atkritumproduktiem.

Izgudrojuma mērķis un būtība

[007] Izgudrojuma mērķis ir izstrādāt ražošanas paņēmienu mikroorganismu eļļas iegūšanai no biodegradējamiem ražošanas blakusproduktiem.

[008] Izgudrojuma mērķis ir sasniegts prototipa paņēmienā (mikroorganismu eļļas ražošana izmantojot augu izcelsmes cukurus) augu izcelsmes cukurus aizstājot ar biodegradējamiem ražošanas atkritumiem un izmantojot superkritisko CO2 ekstrakciju.

[009] Veicot mikrobioloģisko fermentāciju oglekļa avots sastāda ap 60 % no kopējām produkta ražošanas izmaksām [4], līdz ar to izmantojot biodegradējamus ražošanas blakusproduktus ir iespējams ievērojami samazināt ražošanas izmaksas. Biodegradējamo atkritumproduktu izmantošana eļļas ražošanā arī ļauj samazināt negatīvo ietekmi uz vidi, jo mikrobioloģiskā atkritumproduktu fermentēšana ievērojami samazina bioloģiskā skābekļa patēriņa (BSP) un ķīmiskā skābekļa patēriņa (KSP) vērtības attiecīgajos atkritumproduktos. Pēc fermentācijas šo atkritumproduktu atlikumi ir daudz mazāk kaitīgi apkārtējai videi, kā, ja tie nokļūtu vidē iepriekš neapstrādāti [4].

[010] Superkritiskās CO2 ekstrakcijas metode ir zaļās ekstrakcijas metode, jo tajā netiek izmantoti spēcīgi ķīmiskie šķīdinātāji kā hloroforms, metanols, isopropanols, heksāns uc. Šķīdinātājus plaši izmanto izmanto tradicionālās zivju eļļas iegūšanā līdz ar to šķīdinātāju ekstrakcijai ir negatīva ietekme uz vidi. Savukārt, superkritiskās CO2 ekstrakcijas metodē par šķīdinātāju tiek izmantota CO2 gāze, kas augsta spiediena un paaugstinātas vai mērenas temperatūras apstākļos nodrošina polāro savienojumu atdalīšanu no nepolārajiem, tādā veidā biomasā esošā eļļa tiek ekstrahēta pilnībā attīrīta no jebkādiem piemaisījumiem, jo mikroorganismu eļļas ir nepolāri savienojumi [14-18]. Iegūtā eļļa ir tīra no ūdens, smagajiem metāliem un citiem organiskajiem un neorganiskajiem savienojumiem. Tādēļ, ka ekstrakciju ir iespējams veikt mērenās temperatūrās procesa laikā nenotiek aktīva eļļu oksidēšanās, līdz ar to iegūtā mikroorganismu eļļa ir augstas kvalitātes [14, 15, 19, 20].

Izgudrojuma detalizēts izklāsts

[011] Izgudrojuma paņēmiens mikroorganismu eļļas iegūšanai ietver šādus secīgus soļus: (i) substrāta fermentācija ar mikroorganismu kultivēšanu bioreaktorā, (ii) filtrēšana, (iii) biomasas pirmsekstrakcijas apstrāde un (iv) superkritiskā CO2 ekstrakcija.

[012] Pirmais solis (i) ir substrāta fermentācija, jeb kultivēšana. Kultivēšanas process iedalās divos posmos: 1) biomasas palielināšana; 2) tauku akumulēšana. Pirmajā posmā kultivēšanas barotne ir bagāta ar barības vielām (ar oglekli un slāpekli bagāti savienojumi, mikroelementi), kuras veicina šūnu vairošanos; pēc tam, kultivēšanas otrajā posmā, barotnē tiek radīti mikroorganismiem nelabvēlīgi apstākļi, t.i. slāpekli saturošo savienojumu koncentrācijas samazināšana, kas rada abiotisko stresu, kas, savukārt, veicina tauku akumulēšanos mikroorganismu šūnās [4]. Abos posmos mikroorganismu attīstībai un tauku akumulēšanai ir nepieciešams oglekļa avots barotnē. Par oglekļa avotiem izgudrojuma paņēmienā izmanto biodegradējamus rūpnieciskus blakusproduktus, kas izvēlēti no industriālā glicerīna, piena pārstrādes sūkalām, sulfītu atkritumiem, melases, augļu un dārzeņu pārstrādes atlikumiem, bet kultivēšanai iespējams izmantot arī daudzus citus blakusproduktus.

[013] Otrais solis (ii) ir šūnu masas atdalīšana no šķidrās barotnes, ko veic ar filtrēšanu: cietās daļiņas (mikroorganismu biomasa) atdala no šķidrās frakcijas (barotne) [4]. Flokulācija, izmantojot pārtikas klases līdzekļus, var uzlabot kopējo filtrēšanas efektivitāti.

[014] Trešais solis (iii) ir biomasas pirmsekstrakcijas apstrāde, kur no filtrācijas soļa iegūto biomasu skalo ar ūdeni, lai no biomasas atdalītu lielākas cietās daļiņas, kuras neizdevās atdalīt filtrēšanas solī, kā arī apstrādāt, lai sagrautu mikroorganismu šūnu sieniņas un tāda veidā uzlabotu ekstrakcijas procesa efektivitāti [4].

[015] Ceturtais solis (iv) ir eļļas ekstrakcija, kur no filtrācijā iegūtās un pēc tam skalotās biomasas atdala eļļu. Eļļas ekstrakcijai izmanto superkritisko CO2 ekstrakciju šādu parametru diapazonā: spiediens 20-40 MPa, temperatūra 31-80 °C, CO2 daudzums 1-12 kg СОг/stundā un ekstrakcijas laiks ir no 45 minūtēm līdz 6 stundām [15-20].

[016] Mikroorganismu eļļa ir lipīdi, kurus iegūst no eļļainajiem mikroorganismiem. Mikroorganismu eļļa ir taukus saturošs vielu maisījumus, kuros molekulas galvenokārt sastāv no alifātiskājiem ogļūdeņražiem, kas šķīst nepolāros organiskajos savienojumos, bet slikti šķīst ūdenī. Lipīdi ir tauki, eļļas, vaski, vaska esteri, sterīni, terpenoīdi, izoprenoīdi, karotinoīdi, polihidroksialkanoāti, nukleīnskābes, taukskābes, tauku spirti, tauku aldehīdi, taukskābju esteri, fosfolipīdi, glikolipīdi, sfingolipīdi un acilglicerīni. Šī izgudrojuma ietvaros būtiskākie lipīdi ir piesātinātās taukskābes, mononepiesātinātās taukskābes un polinepiesātinātās taukskābes.

[017] Mikroorganismu eļļu ir iespējams iegūt no baktērijām, cianobaktērijām, sēnēm (raugi, mikroskopiskās micēlijsēnes), arhejiem un mikroskopiskajām aļģēm. Mikroorganismi var būt gan dabīgi, gan ģenētiski modificēti, lai uzlabotu to lipīdu akumulācijas spēju. Par eļļainajiem mikroorganismiem var uzskatīt visus mikroorganismus, kas savās šūnās spēj akumulēt vismaz 15 % tauku no kopējās šūnu biomasas sausnes. Kā eļļainos mikroorganismus eļļas ieguvē var izmantot mikroorganismus no ģintīm Achlya, Acinetobacter, Apiotrichum, Aspergillus, Brachiomonas, Candida, Chaetomium, Chlorella, Cladosphora, Cladosporium, Cladosposridium, Claviceps, Crypthecodinium, Cryptococcus, Cunninghamella, Deparyomyces, Dunaliella, Emiricella, Fusarium, Galactomyces, Geotrichum, Glomus, Gordonia, Hansenula, Hantzschia, Humicola, Yarrowia, Leucosporidium, Lipomyces, Malbranchea, Mortierella, Mucor, Mycobacterium, Nannochloropsis, Nanochloris, Neochloris, Nitzschia, Nocardia, Pachysolen, Parietochloris, Pythium, Protoheca, Pseudozyma, Rhizopus, Rhodococcus, Rhodosporidium, Rhodotorula, Scenedesmus, Schizochytrium, Sirodotia Sporidiobolus, Sporobolomyces, Streptomyces, Traustrochytrium, Tremella, Trichosporon, Ulkenia, Umbelopsis, Waltomyces, Zygorhychus uc. [4, 21].

[018] Biodegradējamie ražošanas blakusprodukti ir jebkuri lauksaimniecības vai industriālie atkritumi, kuri bioloģiski noārdās mikroorganismu fermentācijas rezultātā. Par biodegradējamiem ražošanas blakusproduktiem mikroorganismu eļļas ražošanā iespējams izmantot: cukurbiešu, cukurniedru un sojas melases un citus cukura ražošanas blakusproduktus; piena pārstrādes atlikumus (sūkalas, suliņas u.c.); augļus, dārzeņus un to pārstrādes atlikumus; graudaugu, sojas un kokvilnas pārstrādes atlikumus (klijas, stiebri, salmi, graudi, pupiņas u.c.) un to hidrolizētus; cietes ražošanas blakusproduktus un to hidrolizētus; putnkopības atlikumus; dzērienu ražošanas blakusproduktus (alus darītavu blakusprodukti (drabiņas, iesals u.c.), augļu un dārzeņu izspiedās u.c. atlikumi); vēžveidīgo pārstrādes atlikumi; zivju pārstrādes notekūdeņi; glutamīnskābes ražošanas notekūdeņi un atlikumi; Capsicum oleosveķu ražošanas atkritumi (Capsicum pulveris u.c.); lopkautuvju atkritumi (ragi, nagi, spalvas, asinis, mati u.c.); papīru un papīra ražošanas blakusproduktus (sulfīta atkritumplūsmas, lignīnu saturoši atlikumi u.c.); lateksa gumijas ražošanas notekūdeņi un citu atlikumi; metāns, metanols, etiķskābe, skudrskābē, dūmgāzes u.c. oglekli saturoši savienojumi un to industriālie atlikumi ar piejaukumiem; glicerīns; nparafīni u.c. naftas pārstrādes blakusprodukti; biogāzes stacijas atlikumi; municipālie notekūdeņi u.c. [22, 23]. Šī izgudrojuma ietvaros potenciāli praktiskākie biodegradējamie ražošanas blakusprodukti ir glicerīns, piena pārstrādes atlikumi, sulfīta atkritumplūsmas, cukura ražošanas blakusprodukti un augļu un dārzeņu pārstrādes atlikumi.

[019] Mikroorganismu kultivēšana ir process, kura laikā tiek veicināta vai atļauta eļļaino mikroorganismu augšana un attīstība. Mikroorganismi kultivēšanas laikā fermentā barotnē esošās barības vielas un akumulē šūnas iekšienē vai barotnē taukus, kurus ir iespējams ekstrahēt vai savākt. Šī izgudrojuma ietvaros mikroorganismi tiek kultivēti aerobiskos apstākļos, kas nozīmē to, ka kultivēšanas laikā mikroorganismi izmanto skābekli kā elektronu akceptoru enerģijas ražošanas procesos Parasti kultivēšanas laikā aerobiskā kultivēšana tiek nodrošināta aktīvi aerējot barotni to maisot vai atsevišķi pievadot skābekli vai gāzu maisījumu kura sastāvā ir skābeklis. Kultivēšanas process var tikt veikts izmantojot jebkuru piemērotu mikroorganismu kultivēšanas paņēmienu, tajā skaitā partiju (angļu vai. batch), papildināto partiju (angļu vai. fed batch) un nepārtraukto (angļu vai. continuous) kultivēšanu. Kultivēšana ar mērķi iegūt mikroorganismu eļļu var notikt gan sterilos, gan nesterilos apstākļos. Sterili apstākļi mikroorganismu kultivēšanas kontekstā ir tādi apstākļi, kuros kultivēšanas trauki, iekārtas, barotne un citi rīki, kas nonāks kontaktā ar mikroorganismiem kultivēšanas laikā, ir pirms tam nosterilizēti, lai nodrošinātu, ka kultivēšanas laikā barotnē neattīstītos kādas citas nevēlamas mikroorganismu kultūras [24].

[020] Pēc kultivēšanas tiek veikta šūnu masas atdalīšana no šķidrās barotnes, ko ir iespējams veikt ar preses, vakuuma, centrifugēšanas, skrūvpreses vai ar citām filtrēšanas metodēm, kurās cietās daļiņas (mikroorganismu biomasa) tiek atdalītas no šķidrās frakcijas (barotne). Flokulācija, izmantojot pārtikas klases līdzekļus, var uzlabot kopējo filtrēšanas efektivitāti.

[021] Pirms eļļas ekstrakcijas iegūto mikroorganismu biomasu var skalot ar ūdeni un apstrādāt ar ultraskaņu, mikroviļņiem, mehāniski saberzt (lodīšu dzirnaviņas u.c. saberšanas metodes), sasaldēt/atsaldēt vai liofilizēt, kā arī veikt citas pirmsekstrakcijas apstrādes, lai sagrautu mikroorganismu šūnu sieniņas un tāda veidā uzlabotu ekstrakcijas procesa efektivitāti.

[022] Ekstrakcija, jeb eļļas iegūšana ir process, kura laikā no iegūtās mikroorganismu biomasas tiek ekstrahēta eļļa. Parasti eļļu iegūst mehāniski (izmantojot preses filtrus, skrūvpreses, lodīšu dzirnaviņas u.c. mehāniskās metodes), ķīmiski (izmantojot šķīdinātājus un citas vielas, kurās šķīst lipīdi) vai termomehāniski (kombinējot mehāniskās metodes ar temperatūras izmainīšanu).

[023] Šī izgudrojuma ietvaros plaši izmantotās ekstrakcijas metodes tiek aizvietotas ar superkritisko CO2 ekstrakciju, kura līdz šim nav izmantota mikroorganismu eļļas ekstrahēšanā no mikroorganismu biomasas. Superkritiskā šķidrumu ekstrakcija ir process, kurā viena sastāvdaļa (ekstraktants) tiek atdalīta no otras (matriks), izmantojot superkritisko šķidrumu, kā ekstrahējošo šķīdinātāju. Šī izgudrojuma ietvaros par superkritisko šķidrumu tiek izmantots oglekļa dioksīds (CO2), kurš tiek reciklēts procesa laikā, līdz ar to CO2 zudumi ir minimāli. Lai nodrošinātu CO2 superkritisko stāvokli ekstrakcijas traukā ir jānodrošina kritiskā temperatūra vismaz 31 °C un kritiskais spiediens vismaz 7,4 MPa [25]. Literatūrā minētie un laboratorijā praktiski pielietotie ekstrakcijas apstākļi optimālai eļļas iegūšanai ir sekojoši: spiediena diapazons no 20 līdz 40 MPa, temperatūras diapazons no 31 līdz 80 °C, CO2 daudzums no 1 līdz 12 kg СОг/stundā un ekstrakcijas laiks ir no 45 minūtēm līdz 6 stundām [14-20]. Superkritisko šķidruma ekstrakciju var veikt vienā ekstrakcijas šūnā vai arī vairākās izmantojot frakcionēšanu. Frakcionēšanas laikā katrā šūnā tiek noturēti atšķirīgi spiediena un temperatūras apstākļi, kas ļauj atsevišķus eļļas frakcijas ekstrahēt efektīvāk kā citas [15].

Izgudrojuma realizācijas piemēri

1. piemērs: mikroorganismu eļļas iegūšanas paņēmiens no industriālā glicerīna [024] Izmantotais mikroorganisms: Yarrowia lipolytica (savvaļas tips).

Barotne: 2 pg/L biotīns; 400 pg/L kalcija pantotenāts; 2 pg/L folijskābe; 400 pg/L niacīns; 200 pg/L p-aminobenzoskābe; 400 pg/L piridoksīna hidrohlorīds; 200 pg/L riboflavins; 400 pg/L tiamīna hidrohlorīds; 2 mg/L inositols; 500 pg/L borskābe; 40 pg/L vara sulfāts; 100 pg/L kālija jodīds; 200 pg/L dzelzs hlorīds; 400 pg/L mangāna sulfāts; 200 pg/L nātrija molibdāts; 400 pg/L cinka sulfāts; 1 g/L kālija fosfāts; 0,5 g/L magnija sulfāts; 0,1 g/L nātrija hlorīds; 0,1 g/L kalcija hlorīds; 50 g/L glicerīns no biodīzeļa ražošanas; 0,26 g/L karbamīds; destilēts ūdens.

(i) Kultivēšanas apstākļi: ЗГС temperatūra; 250 rpm maisīšanas ātrums; partiju kultivēšana; pH 5,5 (regulēts ar 1M NaOH); 120 stundas kultivēšanas ilgums; aerācija no maisīšanas.

(ii) Filtrācija: preses filtrēšana caur 0,5 pm celulozes filtru.

(iii) Pirmsekstrakcijas apstrāde: izžāvēšana 38 °C temperatūrā un mehāniska saberšana izmantojot lodīšu dzirnaviņas.

Iegūtais biomasas daudzums (grami uz litru barotnes): 11,27±0,11 g/L (biomasu noteica gravimetriski).

(iv) Superkritiskās CO2 ekstrakcijas apstākļi: 25 MPa spiediens; 39,85 °C temperatūra; 12 kg СОг/stundā CO2 daudzums; 3 stundas apstrādes laiks.

[025] Iegūtais eļļas daudzums: 2,10 g/L (18,67 % no biomasas).

2. piemērs: mikroorganismu eļļas iegūšanas paņēmiens no piena pārstrādes sūkalām

[026] Izmantotais mikroorganisms: Umbelopsis isabellina (savvaļas tips).

Barotne: 10 g/L rauga ekstrakts; 10 g/L peptons; 8 g/L nātrija hlorīds; 0,12 g/L karbamīds; autoklavētas (2 bar spiediens, 121 °C temperatūra, 20 minūtes apstrādes laiks) biezpiena sūkalas ūdens vietā.

(i) Kultivēšanas apstākļi: 28 °C temperatūra; 150 rpm maisīšanas ātrums; partiju kultivēšana; pH 6 (regulēts ar 1M NaOH); 120 stundas kultivēšanas ilgums; aerācija no maisīšanas.

(ii) Filtrācija: vakuuma filtrēšana caur 0,45 pm celulozes filtru.

(iii) Pirmsekstrakcijas apstrāde: skalošana ar krāna ūdeni, izžāvēšana 38 °C temperatūrā un šūnu sieniņu sagraušana izmantojot ultraskaņas vannu.

Iegūtais biomasas daudzums (grami uz litru barotnes): 9,14±0,08 g/L (biomasu noteica gravimetriski).

(iv) Superkritiskās CO2 ekstrakcijas apstākļi: 40 MPa spiediens; 80 °C temperatūra; 8 kg CO2/stundā CO2 daudzums; 45 minūtes apstrādes laiks.

Iegūtais eļļas daudzums: 1,40±0,02 g/L (15,27 % no biomasas).

3. piemērs: mikroorganismu eļļas iegūšanas paņēmiens no sulfītu atkritumplūsmas [027] Izmantotais mikroorganisms: Umbelopsis isabellina (savvaļas tips).

Barotne: sulfītu atkritumplūsma (iegūta laboratorijā no koksnes) un destilēts ūdens attiecībā 1:1.

(i) Kultivēšanas apstākļi: 30 °C temperatūra; 800 rpm maisīšanas ātrums; partiju kultivēšana; pH 6 (regulēts ar 1M NaOH); 120 stundas kultivēšanas ilgums; aerāciju saglabāja ap 0,6 L minūtes’¹.

(ii) Filtrācija: preses filtrēšana caur 0,5 pm celulozes filtru.

(iii) Pirmsekstrakcijas apstrāde: izžāvēšana 38 °C temperatūrā un mehāniska saberšana izmantojot lodīšu dzirnaviņas.

Iegūtais biomasas daudzums (grami uz litru barotnes): 4,78±0,12 g/L (biomasu noteica gravimetriski).

(iv) Superkritiskās CO2 ekstrakcijas apstākļi: 32 MPa spiediens; 47 °C temperatūra; 4 kg СОг/stundā CO2 daudzums; 4 stundas apstrādes laiks.

Iegūtais eļļas daudzums: 0,80±0,04 g/L (16,76 % no biomasas).

4. piemērs: mikroorganismu eļļas iegūšanas paņēmiens no melases pārstrādes atlikumiem, augļu un dārzeņu pārstrādes atlikumiem

[028] Izmantotais mikroorganisms: Rhodococcus opacus (savvaļas tips)

Barotne: 10 g/L rauga ekstrakts; 10 g/L peptons; 8 g/L nātrija hlorīds; 0,2 g/L karbamīds; 70 g/L cukurniedru melase; autoklavētie (2 bar spiediens, 121 °C temperatūra, 20 minūtes apstrādes laiks) atkritumprodukti: 10 g/L kartupeļu cietes atlikumi (šķiedras), 50 g/L ābolu izspiedās.

(i) Kultivēšanas apstākļi: 30 °C temperatūra; 120 rpm maisīšanas ātrums; partiju kultivēšana; pH 7 (regulēts ar 1M NaOH); 72 stundas kultivēšanas ilgums; aerācija no maisīšanas.

(ii) Filtrācija: centrifugēšana (6000 rpm, 15 minūtes).

(iii) Pirmsekstrakcijas apstrāde: skalošana ar krāna ūdeni, izžāvēšana 38 °C temperatūrā un šūnu sieniņu sagraušana izmantojot ultraskaņas vannu.

Iegūtais biomasas daudzums (grami uz litru barotnes): 2,02±0,03 g/L (biomasu noteica gravimetriski).

(iv) Superkritiskās CO2 ekstrakcijas apstākļi (SFT-150): 20 MPa spiediens; 35 °C temperatūra; 1 kg СОг/stundā CO2 daudzums; 6 stundas apstrādes laiks.

Iegūtais eļļas daudzums: 0,66±0,02 g/L (32,54 % no biomasas).

Izmantotie literatūras avoti

1. Tocher DR. Omega-3 long-chain polyunsaturated fatty acids and aquaculture in perspective. Aquaculture. 2015;449:94-107.

2. Tacon, A. G. J., & Metian, M. (2016). Feed Matters: Satisfying the Feed Demand of Aquaculture, 8249. https://doi.org/10.1080/23308249.2014.987209

3. FAO. FishStatJ: a tool for fishery statistics analysis, Release 3.0.0. Universal software for fishery statistical time series. Global capture and aquaculture production:

Quantities 1950-2014; Aquaculture values 1984-2014. Rome: FAO Fisheries Department, Fishery Information, Data and Statistics Unit (2016).

4. Finco MA, Daniel DO, Mamani L, Vinicius G, et al. (2016). Critical Reviews in Biotechnology Technological trends and market perspectives for production of microbial oils rich in omega-3, 8551 (August). https://doi.Org/10.1080/07388551.2016.1213221

5. Martins DA, Custodio L, Barreira L, ct al. Alternative sources of n 3 long chain polyunsaturated fatty acids in marine microalgae. Mar Drugs. 2013;11:2259-2281.

6. Kitessa SM, Abeywardena M, Wijesundera C, et al. DHA-containing oilseed: A timely solution for the sustainability issues surrounding fish oil sources of the healthbenefitting long-chain omega-3 oils. Nutrients. 2014;6:2035-2058.

7. Bibus DM. Long-chain omega-3 from low-trophic level fish provides value to farmed seafood. Lipid Technol. 2015;27:55-58.

8. Jayasinghe P, Hawboldt K. Biofuels from fish processing plant effluents waste characterization and oil extraction and quality. Sustainable Energy Technologies and Assessments 2013; 4:36-44.

9. Innis SM. Dietary omega 3 fatty acids and the developing brain. Brain Res. 2008;1237:35-43.

10. Dunbar BS, Bosire RV, Deckelbaum RJ. Omega 3 and omega 6 fatty acids in human and animal health: an African perspective. Mol Cell Endocrinol. 2014;398:6977.

11. Patterson E, Wall R, Fitzgerald GF, et al. Health implications of high dietary omega-6 polyunsaturated fatty acids. J Nutr Metab. 2012;2012:539426.

12. FAOSTAT Land Use module. Food and Agriculture Organization. 2016.

13. Arable Land Area. The Helgi Library. 2014.

14. Ivanovs K, Blumberga D. Extraction offish oil using green extraction methods: a short review. Energy Procedia 2017; 128: 477-483.

15. Rubio-Rodriguez N, De Diego SM, Beltran S, Jaime I, Sanz MT, Rovira J. Supercritical fluid extraction of fish oil from fish by-products: A comparison with other extraction methods. Journal of Food Engineering 2012;109:238-248.

16. Adeoti IA, Hawboldt K. A review of lipid extraction from fish processing byproduct for use as a biofuel. Biomass and Bioenergy 2014;63:330-340.

17. Sahena F, Zaidul ISM, Jinap S, Karim AA, Abbas KA, Norulaini NAN, Omar AKM. Application of supercritical CO2 in lipid extraction - A review. Journal of Food Engineering 2009;95:240-253.

18. Gedi MA, Bakar J, Maroid AA. Optimization of supercritical carbon dioxide (CO2) extraction of sardine (Sardinella lemuru Bleeker) oil using response surface methodology (RSM). Grasas Aceites 2015;66(2):074.

19. Sarker MZI, Selamat J, Habib Md ASA, Ferdosh S, Akanda MJH, Jaffri JM. Optimization of Supercritical CO2 Extraction of Fish Oil from Viscera of African Catfish (Clarias gariepinus). Int. J. Mol. Sci. 2012;13:11312-11322.

20. Rubio-Rodriguez N, De Diego SM, Beltran S, Jaime I, Sanz MT, Rovira J. Supercritical fluid extraction of the omega-3 rich oil contained in hake (Merluccius capensis-Merluccius paradoxus) by-products: Study of the influence of process parameters on the extraction yield and oil quality. Journal of Supercritical Fluids 2008;47:215-226.

21. Huang C, Chen X, Xiong L, Chen X, Ma L, Chen Y. 2013. Single cell oil production from low-cost substrates: The possibility and potential of its industrialization. Biotechnology Advances 31:129-139.

22. Spalvins K, Ivanovs K, Blumberga D. Single cell protein production from waste biomass: review of various agricultural by-products. Agronomy Research 16 (S2), 1493-1508, 2018.

23. Spalvins K, Zihare L, Blumberga D. Single cell protein production from waste biomass: comparison of various industrial by-products. 2018; Energy Procedia (in press).

24. A. Dobrowolski, P. Mitula, W. Rymowicz, and A. M. Mironczuk. 2016. Efficient conversion of crude glycerol from various industrial wastes into single cell oil by yeast Yarrowia lipolytica. Bioresour. Technol. 207:237-243.

25. Tanaka Y, Takeshi O. 2004. Extraction of Phospholipids from salmon roe with supercritical carbon dioxide and an entrainer. Journal of Oleo Science. Japan Oil Chemists Society. 53 (9): 417-424.

Alriksson B, Hornberg A, Gudnason AE, Knobloch S, Arnason J, Johannsson R. Fish feed from wood. Cellulose Chemestry and Technology 2014; 48 (9-10), 843-848.

Claims (3)

1. PRETENZIJAS

   1. Mikroorganismu eļļas ieguves paņēmiens, kas ietver šādus secīgus soļus: (i) substrāta fermentācija ar mikroorganismu kultivēšanu bioreaktorā, (ii) filtrēšana, (iii) biomasas pirmsekstrakcijas apstrāde un (iv) ekstrakcija, kas atšķiras ar to, ka par substrātu izmanto biodegradējamus rūpnieciskus blakusproduktus un (iv) soli veic ar superkritisko CO2 ekstrakciju.
2. 2. Paņēmiens saskaņā ar 1. pretenziju, kas atšķiras ar to, ka solī (iv) superkritisko CO2 ekstrakciju veic ar spiedienu 20-40 MPa, 31-80 °C temperatūrā, ar CO2 daudzumu 1-12 kg CO2/stundā un ekstrakcijas laiks ir no 45 minūtēm līdz 6 stundām.
3. 3. Paņēmiens saskaņā ar 1. pretenziju, kas atšķiras ar to, ka solī (i) par substrātu izmanto biodegradējamus ražošanas blakusproduktus, kas izvēlēti no industriālā glicerīna, piena pārstrādes sūkalām, sulfītu atkritumplūsmām, melases, augļu un dārzeņu pārstrādes atlikumiem.