PL238781B1

PL238781B1 - Sposób i układ do przetwarzania śruty z nasion roślin oleistych

Info

Publication number: PL238781B1
Application number: PL421356A
Authority: PL
Inventors: Marek Kułażyński; Marcin ŁUKASZEWICZ; Marcin Łukaszewicz; Anna Krasowska
Original assignee: Boruta Zachem Biochemia Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2017-04-21
Filing date: 2017-04-21
Publication date: 2021-10-04
Also published as: PL421356A1; CN110785087A; JP2020517309A; US11717006B2; CA3060594A1; WO2018193421A1; EP3612033A1; US20200187524A1; JP7201664B2

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do przetwarzania śruty z nasion roślin oleistych po ekstrakcji oleju.

Obecnie jedną z najbardziej dostępnej śruty jest śruta rzepakowa. Aż 24% mąki z nasion oleistych, stosowanych w paszy pochodzi z nasion rzepaku w porównaniu do 59% z soi i 12% ze słonecznika. Wadą śruty rzepakowej jest to, że w porównaniu do śruty sojowej, zawiera ona większy odsetek polisacharydów ścian komórkowych, które w większości nie są trawione przez endogenne enzymy zwierząt monogastrycznych. Z kolei śruta rzepakowa jest lepsza od śruty sojowej w odniesieniu do zawartości niektórych aminokwasów. Na przykład śruta rzepakowa zawiera więcej metioniny i cysteiny. Nasiona roślin oleistych zawierają około 40% oleju. Po ekstrakcji śruta, poza trudno przyswajalnymi lub nietrawionymi węglowodanami, może zawierać od 38% do 43% białka. Często jednak śruta może zawierać związki antyżywieniowe lub toksyczne. Na przykład rzepak mógłby być znaczącym źródłem białka zastępując w dużej mierze soję, gdyby nie zawartość toksycznych glukozynolanów i innych składników antyżywieniowych, które mogą powodować powiększenie tarczycy, uszkodzenie wątroby, a nawet śmierć zwierząt. Z biegiem lat, zawartość glukozynolanów w odmianach rzepaku stopniowo spadała i obecnie jest o rząd wielkości mniejsza. Dlatego też pasza dla brojlerów i kur niosek, może teraz zawierać do 20% śruty rzepakowej bez wywoływania jakichkolwiek negatywnych skutków ubocznych. Tworzenie nowych odmian jest jednak wieloletnim procesem bardzo kosztochłonnym. Znane są biotransformacje biomasy w celu uzyskania wartości dodanej, które są stosowane w tradycyjnych potrawach czy napojach fermentowanych. Znany jest szczep Bacillus subtilis var natto używany do wytwarzania produktów fermentowanej soi - natto. W produkcji natto istotną rolę odgrywają proteazy wydzielane przez Bacillus subtilis (natto): mające optimum aktywności przy pH=8,5 i pH=10,3-10,8, które hydrolizując białka soi, przyczyniają się do powstawania charakterystycznego smaku natto. B. subtilis var natto wytwarza enzym subtylizynę, która degraduje alergen występujący w niefermentowanych, ale także i w fermentowanych produktach sojowych, takich jak np. natto. Mimo, że od wielu lat Bacillus subtilis var natto stosuje się do produkcji cennej żywności dla ludzi, proces ten nie został wykorzystany do produkcji paszy dla zwierząt o podwyższonej wartości odżywczej. W szczególności nie były izolowane szczepy Bacillus subtilis var natto i testowane do biotransformacji różnych produktów mogących zostać wykorzystane w paszach dla zwierząt.

Znany jest ze zgłoszenia P.406135 sposób wytwarzania biosurfaktantów, substancji z grupy lipopeptydów, przeznaczonych do produkcji środków chemii gospodarczej i kosmetyków. Charakteryzuje się tym, że fermentacje przeprowadza się metodą wgłębną w środowisku pH 7, w temperaturze 27°C, które zapewnia pseudo homogeniczność układu, przy odpowiednim natlenieniu hodowli, przez 48 godzin, w obecności mikroorganizmów z gatunku Bacillus hodowanych na podłożu składającym się ze śruty poekstrakcyjnej zmieszanej z makuchami rzepakowymi w stosunku 1:1,25 w ilości od 19,5 do 35,5% wagowych, następnie powstałą mieszankę uzupełnia się wodą w ilości od 60 do 70% wagowych i przeprowadza inokulację płynną kulturą bakterii Bacillus, rosnącej na podłożu mineralnym M9 z nocnej kultury, absorbancja OD600 = 1χ10^-8. Substancje po fermentacji oczyszcza się za pomocą odwrotnej osmozy i/lub dalej oczyszcza się przez ekstrakcje rozpuszczalnikiem organicznym eterem metylowo-tert-butylowym (MTBE).

Celem wynalazku było opracowanie metody biotransformacji śruty i kaskadowej, sekwencyjnej jej rafinacji prowadzącej do wydzielenia produktu lub produktów o wysokiej wartości dodanej i otrzymanie w efekcie końcowym pozostałej biomasy o podwyższonej wartości odżywczej w porównaniu do materiału początkowego śruty poekstrakcyjnej.

Istotę wynalazku stanowi sposób do przetwarzania śruty, z nasion roślin oleistych po ekstrakcji oleju, metodą biotransformacji przy zastosowaniu do fermentacji w fazie stałej lub ciekłej mikroorganizmów, charakteryzujący się tym, że śrutę z nasion roślin oleistych, dodatki stymulujące biosyntezę produktów, poddaje uwodnieniu wodą ze zbiornika wody do zawartości wody od 20% do 85% i zaszczepia się mikroorganizmami, które stanowi Bacillus subtilis natto przy czym śrutę z nasion roślin oleistych poddaje się obróbce wstępnej w zbiorniku przygotowania składników śruty, polegającej na jej jałowieniu. A następnie dozuje się do bioreaktora, w którym poddaje inkubacji od 6 godz. do 48 godz. w temp. od 20 do 50°C, a po przeprowadzonej fermentacji mieszaninę kieruje się do separatora gdzie oddzielana jest frakcja stała od frakcji płynnej, która to frakcja stała jest następnie suszona w temperaturze nie przekraczającej temperatury denaturacji enzymów, a potem, jako gotowy produkt w postaci biośruty, dozowana jest do zbiornika komponentu mieszanki paszowo uzupełniającej MPU. Z kolei

PL 238 781 B1 frakcję płynną kieruje się do wirówki, w której odwirowuje się komórki mikroorganizmów oraz zanieczyszczenia stałe o wielkościach średnicy większych niż 0,1 μm i kieruje ponownie do bioreaktora. A oczyszczoną frakcję płynną kieruje się albo zgodnie z opcją pierwszą do absorbera, w którym na węglu aktywnym przeprowadza się sorpcję wytworzonych przez mikroorganizmy biosurfaktantów, których desorpcja przeprowadzana jest poprzez poddawanie ekstrakcji CO2 w warunkach nadkrytycznych, węgla aktywnego z zaadsorbowanymi biosurfaktantami, w reaktorze ciśnieniowym, który uprzednio poddaje się suszeniu w osuszaczu, lub zgodnie z opcją drugą poddaje się ekstrakcji, w reaktorze pod ciśnieniem atmosferycznym albo z wirówki oczyszczoną frakcję płynną kieruje się zgodnie z opcją trzecią do precypitacji w reaktorze, lub zgodnie z opcją czwartą zagęszcza się w odwadniaczu, a uzyskana frakcja stała zawierająca wydzielone surowe surfaktanty kierowana jest do zbiornika surowych surfaktantów, a roztwór wodny kieruje się do zbiornika wody. Natomiast frakcję płynną po wydzieleniu surfaktantów, która zawiera polimery zagęszcza się w zagęszczaczu, przy czym oddzieloną wodę odprowadza się ponownie do zbiornika wody, a następnie z zagęszczonej frakcji płynnej w separatorze polimerów w obecności etanolu wydzielany jest polimer w postaci surowego polimeru, który kierowany jest do zbiornika surowego polimeru, a płynna frakcja dozowana jest do urządzenia do odzysku etanolu, którego wydzielony etanol kierowany jest ponownie do separatora polimerów, a pozostała płynna frakcja oczyszczona z etanolu, zawierająca bioprodukty, kierowana jest do bioreaktora. Z kolei surowe surfaktanty oraz surowe polimery poddaje się dalszej rafinacji i/lub frakcjonowaniu znanymi metodami i kierowane są do zbiornika oczyszczonej surfaktyny lub zbiorników oczyszczonego polimeru w urządzeniu do frakcjonowania polimerów i/lub surfaktantów.

Korzystnie, gdy śrutą z nasion roślin oleistych jest śruta rzepakowa.

Korzystnie, gdy proces fermentacji prowadzony jest w warunkach napowietrzania w ilości 0,01 do 10 objętości powietrza na jedną objętość bioreaktora na 1 min.

Korzystnie, gdy węgiel aktywny występuje w postaci granulowanej.

Korzystnie, gdy desorpcja surfaktantów jest uzyskana przez odpłukanie rozpuszczalnikami takimi jak woda, etanol lub ich mieszanina.

Korzystnie, gdy stosuje się kwaśną precypitację.

Korzystnie, gdy węgiel aktywny jest suszony do uzyskania wilgotności równej maksymalnej wilgotności śruty.

Korzystnie, gdy wysuszony węgiel aktywny poddawany jest ekstrakcji CO2 w warunkach nadkrytycznych z zastosowaniem kosolwentów takich jak etanol lub metanol lub nimi samymi bez użycia CO2.

Korzystnie, gdy frakcja płynna po wydzieleniu surfaktantów zawierająca polimery w pierwszym etapie jest zagęszczana poprzez filtrowanie, korzystnie filtr membranowy.

Korzystnie, gdy polimery są otrzymywane przez wytrącanie etanolem w stosunku wagowym od 50 do 90% korzystnie w temperaturze od -15 do +20°C.

Kolejną istotą wynalazku jest układ do przetwarzania śruty, z nasion roślin oleistych po ekstrakcji oleju, charakteryzujący się tym, że ma zbiornik mikroelementów, zbiornik śruty, zbiornik dodatków, zbiornik wody, które połączone są przewodami z bioreaktorem, który z kolei połączony jest z wirówką poprzez wytłaczarkę oraz przewód odprowadzania bakterii, natomiast wytłaczarka połączona jest z suszarką i zbiornikiem komponentów MPU. Natomiast wirówka połączona jest poprzez absorber i przewody wyposażone w zawór z ekstraktorem ciśnieniowym, lub ekstraktorem pod ciśnieniem atmosferycznym, natomiast ekstraktor ciśnieniowy połączony jest przewodem wyposażonym w zawór poprzez osuszacz oraz wirówka połączona jest z reaktorem i odwadniaczem poprzez przewody wyposażone w zawory, a każdy z nich z kolei połączony jest ze zbiornikiem surowej surfaktyny, ponadto ekstraktor ciśnieniowy, ekstraktor pod ciśnieniem atmosferycznym i reaktor połączone są z separatorem polimerów poprzez zagęszczacz, który połączony jest ze zbiornikiem wody, z kolei separator polimerów połączony jest ze zbiornikiem surowego polimeru oraz urządzeniem do odzysku etanolu, który przewodami podłączony jest do separatora polimerów i bioreaktora, natomiast odwadniacz połączony jest ze zbiornikiem wody.

Korzystnie, gdy zbiornik surowej surfaktyny połączony jest ze zbiornikami oczyszczonej surfaktyny poprzez urządzenie do frakcjonowania, i/lub zbiornik surowych polimerów połączony jest ze zbiornikami oczyszczonych polimerów poprzez urządzenie do frakcjonowania.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest uzyskanie wysokiej jakości produktów nowych jak polimery, biosurfaktanty, biomasa stosowana jako komponent MPU konkurujące z istniejącymi na rynku niższymi kosztami wytwarzania, ceną i unikalnością rynkową i wytwarzane metodami przyjaznymi dla środowiska. W porównaniu do produktów istniejących na rynku nie zawierają one nawet

PL 238 781 B1 śladowych ilości substancji szkodliwych takich jak pozostałości po ekstrakcji cieczowej przez różnego rodzaju rozpuszczalniki. W wyniku zastosowania rafinacji na sorbentach węglowych produkty te cechują się bardzo wysoką czystością umożliwiającą ich zastosowanie w wielu preparatach spożywczych czy farmaceutycznych a także kosmetycznych. Zastosowanie dedykowanych sorbentów pozwala na obniżenie energochłonności procesu.

Ponadto w przetworzonej śrucie przez mikroorganizmy zostają wytworzone i wprowadzane do pasz krótkie kwasy organiczne o krótkich łańcuchach np. masłowy czy mlekowy, które obniżają zbyt wysokie pH, co spowoduje zwiększenie funkcji prebiotycznych przez pozostałe w śrucie fruktany i surfaktanty. Mikroorganizmy poprzez wydzielane metabolity istotnie zwiększają ilość form chelatowanych, lepiej przyswajalnych dla minerałów. Dużym atutem jest ich aktywność przeciwdrobnoustrojowa metabolitów wydzielanych do śruty np. biosurfaktantów czy bakteriocyn, chroniąc zwierzęta przed zatruciami spowodowanymi przez Salmonella i Enterobacteriaceae. Stosując pasze z dodatkami mikroorganizmów zaobserwowano u kur zwiększenie wzrostu masy ciała w krótszym czasie niż przy stosowaniu tradycyjnych pasz, zmniejszenie spożycia paszy, lepszą kondycję zdrowotną i mniejszą emisję wydzielanych przez nie gazów. W początkowym etapie rozwoju kurcząt wzrost masy ciała wynosił do 8% więcej w porównaniu z żywieniem stosowania biomasy.

Układ według wynalazku pozwala na wydzielanie wielu bioproduktów takich jak: biośruty jako składniki mieszanki paszowej uzupełniającej - MPU, z możliwością dowolnego jej komponowania poprzez wprowadzanie dodatków stymulujących biosyntezę produktu, pozyskanie surfaktyny i polimerów i uwidoczniony na rysunku, który przedstawia układ w tym lewanu z wykorzystaniem energooszczędnych, ekologicznych, bezodpadowych, metod. Elastyczność układu przejawia się w tym, że można stosować opcjonalnie różne procesy wydzielania surfaktyny.

Przedmiot wynalazku objaśniony jest w przykładzie wykonania uwidoczniony na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia układ do przetwarzania śruty, z nasion roślin oleistych po ekstrakcji oleju do pozyskania gotowych produktów w postaci biośruty, surowej surfaktyny i surowego polimeru, a Fig. 2 - układ do pozyskania gotowych produktów w postaci biośruty, oczyszczonej surfaktyny i oczyszczonego polimeru.

P r z y k ł a d 1

Sposób do przetwarzania śruty, z nasion roślin oleistych po ekstrakcji oleju polega na tym, że śrutę poekstrakcyjną II poddaje się jałowieniu w zbiorniku śruty 1B a następnie miesza się w stosunku wagowym 50:50 z 24 godz. hodowlą Bacillus subtilis I w podłożu dodatków stymulujących syntezę produktu III o składzie - 50 g/L sacharozy, 15 g/L soli sodowej kwasu glutaminowego, 5 g/L MgSO4, 5 mg/L CuSO4, 3 mg/L Fe2(SO4)3, 15 mg/L MnSO4, 3 g/L KH2PO4, 5 g/L NH4NO3, ekstrakt drożdżowy 1 g/L. Tak powstałą mieszankę poddaje się uwodnieniu a następnie fermentacji typu SSF w bioreaktorze 2, w temperaturze 37°C, w warunkach zapewniających napowietrzanie w ilości 0,1 objętości powietrza na jedną objętość bioreaktora na 1 min, z utrzymaniem stałej wilgotności podłoża przez dodatek wody ze zbiornika wody 1D i/lub frakcji płynnej bioproduktu z urządzenia do odzysku etanolu 17.

Po zakończeniu fermentacji oddziela się frakcję stałą V od frakcji płynnej VI w separatorze 3, korzystnie przez wyciskanie na prasie. Frakcja stała V jest suszona w temperaturze nie przekraczającej denaturyzacji enzymów w osuszaczu biośruty 4 i jako gotowy komponent mieszanki paszowej uzupełniającej (MPU) kierowana jest do zbiornika komponentów MPU 5. W ten sposób otrzymana frakcja stała V stanowi probiotyczny i prebiotyczny dodatek paszowy, który może być modyfikowany znanymi metodami jak: sterylizacja, ekstrakcja, granulacja, mieszanie z innymi dodatkami, w celu optymalizacji pod kątem żywieniowym dla określonej grupy zwierząt. Komponent MPU ma właściwości enzymatyczne oraz ma zdolność do rozkładu mykotoksyn poprzez obecność w nim mikroorganizmów. Ma również właściwości chelatujące minerały przez co zwiększa ich przyswajalność, poprzez wydzielane przez mikroorganizmy metabolity.

Następnie odwirowuje się frakcję płynną VI w celu usunięcia komórek mikroorganizmów VII oraz innych zanieczyszczeń stałych o wielkościach średnicy większych niż 0,1 μm, którą kieruje się do bioreaktora 2. Oczyszczoną frakcję płynną VIA zawierającą biosurfaktanty kieruje się do absorbera 7, kolumny wypełnionej węglem aktywnym, przez którą jest przepuszczany. Węgiel aktywny preferowany jest w postaci granulowanej i charakteryzuje się możliwie jak najbardziej rozwiniętą powierzchnią mezoporów, czyli porów o szerokości 2-50 nm. Charakter chemiczny powierzchni sorbentu, nie powinien być zasadowy, a powierzchnia porów powinna być słabo utleniona.

Kolejnym etapem procesu jest desorpcja. W tym celu węgiel aktywny po procesie adsorpcji oddziela się od roztworu, suszy w temperaturze nie wyższej niż 80°C, w osuszaczu 8 i umieszcza

PL 238 781 B1 w ekstraktorze ciśnieniowym 9, w którym przeprowadza się ekstrakcję za pomocą płynów w stanie nadkrytycznym. Jako ekstrahent zastosowano ditlenek węgla w stanie nadkrytycznym. Ekstrakcję prowadzi się w temperaturze 50°C w czasie prowadzenia procesu wynoszącym 1 godz., stosując 100 cm³ ciekłego ditlenku węgla na 15 g węgla aktywnego z zaadsorbowaną surfaktyną w ilości ok. 80 mg/g. Surowa surfaktyna IX kierowana jest do zbiornika surowych surfaktantów 13 jako gotowy produkt.

Płynna frakcja po usunięciu surowej surfaktyny X zawierająca inne bioprodukty w tym polimery jest poddawana dalszemu frakcjonowaniu w celu oddzielenia z niej polimerów od frakcji płynnej. W pierwszym etapie frakcja płynna po usunięciu surowych surfaktyny X jest kierowana do zagęszczacza 14, w którym zagęszczana jest 4-krotnie, korzystnie na membranach filtracyjnych typu cross-flow, co pozwala zmniejszyć ilość etanolu niezbędnego do wytrącenia polimerów, a frakcja płynna stanowiąca roztwór wodny IVD odprowadzana jest do zbiornika wody 1D. Polimery wytrącane są w separatorze polimerów 15 etanolem XI w stosunku wagowym w zakresie od 50 do 90% korzystnie w temperaturze od -15 do +20°C.

Wytrącony osad surowego polimeru oddzielany jest od frakcji płynnej przez 24 godz. sedymentację a jego frakcja stała po separacji polimeru XII kierowana jest do zbiornika surowych polimerów 16. Z kolei frakcja płynna po separacji polimeru XIII z etanolem i pozostałymi bioproduktami przepływa przez urządzenie do odzysku etanolu 17, w którym wydziela się etanol XIV i skierowany jest ponownie do separatora polimerów 15, a frakcja płynna bioproduktu po odparowaniu etanolu XV podawana jest do bioreaktora 2.

Surowe surfaktanty i surowe polimery podlegają dalszej rafinacji i frakcjonowaniu znanymi metodami. W tym celu produkty ze zbiornika surowego surfaktantu 13 lub ze zbiornika surowych polimerów 16 poddaje się frakcjonowaniu na urządzeniach do frakcjonowania 18 korzystnie metodami chromatograficznymi i kieruje oczyszczone surfaktyny do zbiorników S-1, S-2, S-3, a oczyszczone polimery do zbiorników P-1, P-2, P-3.

P r z y k ł a d 2

Do uzyskania śruty rzepakowej o podwyższonej wartości odżywczej oraz surfaktantów i polimerów zastosowano proces jak w przykładzie 1 z tą różnicą, że wysuszony węgiel w osuszaczu 8 po sorpcji surfaktantów poddawany jest ekstrakcji CO2 w warunkach nadkrytycznych z zastosowaniem kosolwentów takich jak etanol lub metanol lub nimi samymi bez CO2.

P r z y k ł a d 3

Do uzyskania śruty rzepakowej o podwyższonej wartości odżywczej oraz surfaktantów i polimerów zastosowano proces jak w przykładzie 1 z tą różnicą, że w reaktorze pod ciśnieniem atmosferycznym 10 prowadzi się desorpcję rozpuszczalnikami, korzystnie etanolem bezwodnym.

P r z y k ł a d 4

Do uzyskania śruty rzepakowej o podwyższonej wartości odżywczej oraz surfaktantów i polimerów zastosowano proces jak w przykładzie 1 z tą różnicą, że do wydzielenia surfaktantów stosuje się metodę precypitacji i płynna frakcja biosurfaktantów VIA kierowana jest do reaktora 11 bezpośrednio z wirówki 6. Precypitację przeprowadzono przy użyciu dodatku dodatek HCI do uzyskania pH 4.

P r z y k ł a d 5

Do uzyskania śruty rzepakowej o podwyższonej wartości odżywczej oraz surfaktantów zastosowano proces jak w przykładzie 1 z tą różnicą, że płynna frakcja biosurfaktantów VIA kierowana jest do odwadniacza 12, w którym wydzielanie surfaktantów prowadzi się w temperaturze 50°C, i kieruje się do zbiornika surowych surfaktantów 13, a roztwór wodny IVD kieruje się do zbiornika wody 4.

P r z y k ł a d 6

Układ do przetwarzania śruty, z nasion roślin oleistych po ekstrakcji oleju polega na tym, że ma na wejściu zbiornik mikroelementów 1A, zbiornik śruty 1B, zbiornik dodatków 1C, zbiornik wody 1D, które połączone są przewodami z bioreaktorem 2, który z kolei połączony jest z wirówką 6 poprzez wytłaczarkę 3 oraz przewód VII. Natomiast wytłaczarka 3 połączona jest z suszarką 4 i zbiornikiem komponentów MPU 5, z kolei wirówka 6 połączona jest poprzez absorber 7 i przewody wyposażone w zawór z ekstraktorem ciśnieniowym 9, lub ekstraktorem pod ciśnieniem atmosferycznym 10, natomiast ekstraktor ciśnieniowy 9 połączony jest przewodem wyposażonym w zawór poprzez osuszacz 8, oraz wirówka 6 połączona jest z reaktorem 11 i odwadniaczem 12 poprzez przewody wyposażone w zawory, a każdy z nich z kolei połączony jest ze zbiornikiem surowej surfaktyny 13, ponadto ekstraktor ciśnieniowy 9, ekstraktor pod ciśnieniem atmosferycznym 10, reaktor 11 połączone są z separatorem polimerów 15 poprzez zagęszczacz 14, który połączony jest ze zbiornikiem wody 1D, z kolei

PL 238 781 B1 separator polimerów 15 połączony jest ze zbiornikiem surowego polimeru 16 oraz urządzeniem do odzysku etanolu 17, który przewodami podłączony jest do separatora polimerów 15 i bioreaktora 2, natomiast odwadniacz 12 połączony jest ze zbiornikiem wody 1D.

P r z y k ł a d 7

Układ do przetwarzania śruty, z nasion roślin oleistych po ekstrakcji oleju wykonany jak w przykładzie szóstym z tą różnicą, że zbiornik surowych surfaktantów 13 połączony jest ze zbiornikami oczyszczonej surfaktyny (S-1, S-2, S-3) poprzez urządzenie do frakcjonowania 18 oraz zbiornik surowych polimerów 16 połączony jest ze zbiornikami oczyszczonych polimerów (P-1, P-2, P-3) poprzez urządzenie do frakcjonowania 18.

Wykaz oznaczeń

A - Zbiornik mikroelementów

1B - Zbiornik śruty

1C - Zbiornik dodatków

1D - Zbiornik wody

- Bioreaktor

- Separator do wydzielania frakcji płynnej

- Osuszacz biośruty

- Zbiornik komponentów MPU

- Wirówka

- Absorber

- Osuszacz

- Ekstraktor ciśnieniowy

- Ekstraktor pod ciśnieniem atmosferycznym

- Reaktor

- Odwadniacz

- Zbiornik surowych surfaktantów

- Zagęszczacz

- Separator polimerów

- Zbiornik surowych polimerów

- Urządzenie do odzysku etanolu

- Urządzenie do frakcjonowania polimerów

S-1

S-2 - Zbiornik oczyszczonej

S-3 surfaktyny

P-1

P-2 - Zbiornik oczyszczonego

P-3 polimeru

I - Mikroorganizmy

II - Śruta

III - Dodatki stymulujące biosyntezę produktu

IV - Woda

IVD - Woda po procesie zagęszczania frakcji płynnej polimerów

V - Frakcja stała biosurfaktantów

VI - Frakcja płynna biosurfaktantów

VIA - Frakcja płynna biosurfaktantów po oczyszczeniu z mikroorganizmów

VII - Komórki mikroorganizmów

VIII - Węgiel aktywny

IX - Surowa surfaktyna

X - Frakcja płynna po usunięciu surfaktantów

XI - Etanol

XII - Frakcja stała po separacji polimeru

XIII - Frakcja płynna po separacji polimeru

XIV - Etanol odzyskany

XV - Frakcja płynna bioproduktu po odparowaniu etanolu

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób do przetwarzania śruty, z nasion roślin oleistych po ekstrakcji oleju, metodą biotransformacji przy zastosowaniu do fermentacji w fazie stałej lub ciekłej mikroorganizmów, znamienny tym, że śrutę z nasion roślin oleistych (II), dodatki stymulujące biosyntezę produktów (III) poddaje się uwodnieniu wodą (IV) ze zbiornika wody (1D) do zawartości wody od 20% do 85% i zaszczepia się mikroorganizmami (I), które stanowi Bacillus subtilis natto, przy czym śrutę z nasion roślin oleistych (II) poddaje się obróbce wstępnej w zbiorniku śruty (1B), polegającej na jej jałowieniu, a następnie dozuje się do bioreaktora (2), w którym poddaje inkubacji od 6 godz. do 48 godz. w temp. od 20 do 50°C, a po przeprowadzonej fermentacji mieszaninę kieruje się do separatora (3) gdzie oddzielana jest frakcja stała (V) od frakcji płynnej (VI), która to frakcja stała (V) jest następnie suszona w temperaturze nie przekraczającej temperatury denaturacji enzymów, a potem dozowana do zbiornika komponentu mieszanki paszowo uzupełniającej MPU (5), z kolei frakcję płynną kieruje się do wirówki (6), w której odwirowuje się komórki mikroorganizmów (VII) oraz zanieczyszczenia stałe o wielkościach średnicy większych niż 0,1 μm i kieruje ponownie do bioreaktora (2), a oczyszczoną frakcję płynną (VIA) kieruje się albo zgodnie z opcją pierwszą do absorbera (7), w którym na węglu aktywnym (VIII) przeprowadza się sorpcję wytworzonych przez mikroorganizmy biosurfaktantów, których desorpcja przeprowadzana jest poprzez poddawanie ekstrakcji CO2 w warunkach nadkrytycznych, węgla aktywnego z zaadsorbowanymi biosurfaktantami, w reaktorze ciśnieniowym (9), który uprzednio poddaje się suszeniu w osuszaczu (8), lub zgodnie z opcją drugą poddaje się ekstrakcji, w reaktorze pod ciśnieniem atmosferycznym (10), albo z wirówki (6) oczyszczoną frakcję płynną (VIA) kieruje się zgodnie z opcją trzecią do precypitacji w reaktorze (11), lub zgodnie z opcją czwartą zagęszcza się w odwadniaczu (12), a uzyskana frakcja stała zawierająca wydzielone surowe surfaktanty (IX) kierowana jest do zbiornika surowych surfaktantów (13), a roztwór wodny (IVD) kieruje się do zbiornika wody (4), natomiast frakcję płynną po wydzieleniu surfaktantów (X), która zawiera polimery, zagęszcza się w zagęszczaczu (14), przy czym oddzieloną wodę (IVD) odprowadza się ponownie do zbiornika wody (1D), a następnie z zagęszczonej frakcji płynnej w separatorze polimerów (15) w obecności etanolu (XI) wydzielany jest polimer w postaci surowego polimeru (XII), który kierowany jest do zbiornika surowego polimeru (16), a płynna frakcja (XIII) dozowana jest do urządzenia do odzysku etanolu (17), z którego wydzielony etanol (XIV) kierowany jest ponownie do separatora polimerów (15), a pozostała płynna frakcja oczyszczona z etanolu (XV), zawierająca bioprodukty, kierowana jest do bioreaktora (2), z kolei surowe surfaktanty (IX) oraz surowe polimery (XII) poddaje się dalszej rafinacji i/lub frakcjonowaniu znanymi metodami i kierowane są do zbiorników oczyszczonej surfaktyny (S-1, S-2, S-3) lub zbiorników oczyszczonego polimeru (P-1, P-2, P-3) w urządzeniu do frakcjonowania polimerów i/lub surfaktantów (18).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że śrutą z nasion roślin oleistych jest śruta rzepakowa.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że proces fermentacji prowadzony jest w warunkach napowietrzania w ilości 0,01 do 10 objętości powietrza na jedną objętość bioreaktora na 1 min.

4. Sposób według dowolnego z poprzednich zastrz. od 1 do 3, znamienny tym, że węgiel aktywny (VIII) występuje w postaci granulowanej.

5. Sposób według dowolnego z poprzednich zastrz. od 1 do 4, znamienny tym, że desorpcja surfaktantów jest uzyskana przez odpłukanie rozpuszczalnikami takimi jak woda, etanol lub ich mieszanina.

6. Sposób według dowolnego z poprzednich zastrz. od 1 do 5, znamienny tym, że stosuje się kwaśną precypitację.

7. Sposób według dowolnego z poprzednich zastrz. od 1 do 6, znamienny tym, że węgiel aktywny (VIII) jest suszony do uzyskania wilgotności równej maksymalnej wilgotności śruty.

8. Sposób według dowolnego z poprzednich zastrz. od 1 do 7, znamienny tym, że wysuszony węgiel aktywny (VIII) poddawany jest ekstrakcji CO2 w warunkach nadkrytycznych z zastosowaniem kosolwentów takich jak etanol lub metanol lub nimi samymi bez użycia CO2.

PL 238 781 B1

9. Sposób według dowolnego z poprzednich zastrz. od 1 do 8, znamienny tym, że frakcja płynna po wydzieleniu surfaktantów zawierająca polimery w pierwszym etapie jest zagęszczana poprzez filtrowanie, korzystnie filtr membranowy.

10. Sposób według dowolnego z poprzednich zastrz. od 1 do 9, znamienny tym, że polimery są otrzymywane przez wytrącanie etanolem w stosunku wagowym od 50 do 90% korzystnie w temperaturze od -15 do +20°C.

11. Układ do przetwarzania śruty, z nasion roślin oleistych po ekstrakcji oleju, znamienny tym, że ma zbiornik mikroelementów (1A), zbiornik śruty (1B), zbiornik dodatków (1C), zbiornik wody (1D), które połączone są przewodami z bioreaktorem (2), który z kolei połączony jest z wirówką (6) poprzez wytłaczarkę (3) oraz przewód (VII), natomiast wytłaczarka (3) połączona jest z suszarką (4) i zbiornikiem komponentów MPU (5), z kolei wirówka (6) połączona jest poprzez absorber (7) i przewody wyposażone w zawór z ekstraktorem ciśnieniowym (9), lub ekstraktorem pod ciśnieniem atmosferycznym (10), natomiast ekstraktor ciśnieniowy (9) połączony jest przewodem wyposażonym w zawór poprzez osuszacz (8), oraz wirówka (6) połączona jest z reaktorem (11) i odwadniaczem (12) poprzez przewody wyposażone w zawory, a każdy z nich z kolei połączony jest ze zbiornikiem surowej surfaktyny (13), ponadto ekstraktor ciśnieniowy (9), ekstraktor pod ciśnieniem atmosferycznym (10), reaktor (11) połączone są z separatorem polimerów (15) poprzez zagęszczacz (14), który połączony jest ze zbiornikiem wody (1D), z kolei separator polimerów (15) połączony jest ze zbiornikiem surowego polimeru (16) oraz urządzeniem do odzysku etanolu (17), który przewodami podłączony jest do separatora polimerów (15) i bioreaktora (2), natomiast odwadniacz (12) połączony jest ze zbiornikiem wody (1D).

12. Układ według zastrz. 11, znamienny tym, że zbiornik surowej surfaktyny (13) połączony jest ze zbiornikami oczyszczonej surfaktyny (S-1, S-2, S-3) poprzez urządzenie do frakcjonowania (18), i/lub zbiornik surowych polimerów połączony jest ze zbiornikami oczyszczonych polimerów (P-1, P-2, P-3) poprzez urządzenie do frakcjonowania (18).