RU2080388C1 - Способ микробиологического получения уксусной кислоты - Google Patents
Способ микробиологического получения уксусной кислоты Download PDFInfo
- Publication number
- RU2080388C1 RU2080388C1 RU94032090A RU94032090A RU2080388C1 RU 2080388 C1 RU2080388 C1 RU 2080388C1 RU 94032090 A RU94032090 A RU 94032090A RU 94032090 A RU94032090 A RU 94032090A RU 2080388 C1 RU2080388 C1 RU 2080388C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acetic acid
- cells
- carried out
- homoacetate
- immobilized
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
Abstract
Использование: биотехнология, в частности способы микробиологического получения уксусной кислоты. Сущность изобретения: способ состоит в проведении процесса с помощью термофильных анаэробных гормоацетатных бактерий Acotogenium kivin, иммобилизованных в 8-12 % криогель поливинилового спирта, при этом достигается более высокая концентрация конечного продукта и снижаются требования к стерильности и анаэробиозу процесса. 1 з. п. ф-лы, 2 табл.
Description
Изобретение относится к биотехнологии, в частности к способам микробиологического получения уксусной кислоты.
В настоящее время уксусная кислота производится путем энергоемкого химического синтеза при каталитическом карбонилировании метанола (процесс Монсанто) или более дешевым ферментативным путем из этанола при участии аэробных мезофильных бактерий из рода Acetobacter [1] В свою очередь, этанол получают при ферментации углеводсодержащих сред, используя культуру дрожжей. Однако теоретический выход уксусной кислоты низкий, а используемое сырье является ценным продуктов, находящим широкое применение.
Известны анаэробные гомоацетатные бактерии, способные при гетеротрофном и автотрофном питании синтезировать уксусную кислоту (ацетат) из сахаров и газовых смесей с более высоким выходом продукта, чем упомянутый аэробный процесс [2 и 3] но, лишь немногочисленные исследования посвящены разработке ферментаций с использованием дешевых газовых субстратов, таких как CO, H2 и CO2, для получения ацетата [4 и 5]
Так, известен способ синтеза уксусной кислоты из углекислого газа и водорода с помощью растущей термофильной анаэробной бактерии Acetogenium kivui, штамм LKT [6] позволяющий проводить процесс при повышенной температуре, что обеспечивает защиту от заражения посторонней мезофильной микрофлорой. При этом конечная концентрация продукта достигает 24 г/л, а продуктивность процесса составляет 0,17 г/л час. Недостатками способа являются использование растущей культуры, необходимость дорогостоящей очистки газов от примесей кислорода и поддержания строго анаэробных условий.
Так, известен способ синтеза уксусной кислоты из углекислого газа и водорода с помощью растущей термофильной анаэробной бактерии Acetogenium kivui, штамм LKT [6] позволяющий проводить процесс при повышенной температуре, что обеспечивает защиту от заражения посторонней мезофильной микрофлорой. При этом конечная концентрация продукта достигает 24 г/л, а продуктивность процесса составляет 0,17 г/л час. Недостатками способа являются использование растущей культуры, необходимость дорогостоящей очистки газов от примесей кислорода и поддержания строго анаэробных условий.
Наиболее близким к изобретению является способ получения ацетата из газовой смеси H2 и CO2 с помощью свободных и иммобилизованных в альгинатный гель клеток мезофильной бактерии Acetobacterium (штамм BR-446) [7] осуществляемый в непрерывном режиме с использованием мембранного реактора и позволяющий достичь концентрации конечного продукта уксусной кислоты в элюате 4,0 г/л и 2,0 г/л для иммобилизованных и свободных клеток, соответственно.
Процесс проводится с помощью растущих клеток, в строго анаэробных условиях, поэтому газовый субстрат смесь H2 и CO2 должен быть тщательно очищен даже от следов кислорода. Кроме того, недостатками способа являются также повышенная опасность заражения посторонней микрофлорой (процесс проходит при 35oC) и невысокие конечные концентрации продукта в растворе.
Задача изобретения преодоление указанных недостатков известных технических решений, т.е. использование растущей культуры, строгие требования к анаэробиозу процесса и чистоте используемых газовых субстратов.
Задача решается тем, что получение ацетата проводят в отсутствии заметного бактериального роста с использованием клеток, включенных в частицы 8 12% -ного криогеля поливинилового спирта (ПВС), причем процесс по предлагаемому способу может быть проведен из смеси водорода и CO2, содержащих до 1 об. кислорода, т.е. нет очищенной от его примесей.
Способ получения ацетата из газовых субстратов (смесь H2 и CO2) с использованием клеток термофильной бактерии Acetogenium kivui [8] включенных в 8 12%-ный криогель ПВС, позволяет, как оказалось, проводить процесс в условиях отсутствия микробного роста. Это новое качество данной культуры, приобретаемое ею после иммобилизации в данный носитель, известно не было, т.е. предлагаемое техническое решение отвечает критериям новизны и неочевидности. Кроме того, оказалось, что включение клеток A. kivui в криогель ПВС делает данную культуру малочувствительной к примесям кислорода в рабочей газовой смеси, что также являлось неочевидным моментом и ранее известно не было.
Способ осуществляют следующим образом.
Наращивание биомассы анаэробной термофильной гомоацетогенной бактерии штамм Acetogenium kivui DSM 2030 проводят с использованием стандартной анаэробной техники в ферментере с постоянным протоком газов, перемешиванием, контролем pH(6,4) и температуры (86oC). Минеральная среда содержит, г/л: KH2PO4 0,22; K2HPO4 0,22; NaH2PO4 • 2H2O 4,5; Na2HPO3 • 12H2O 6,1; NaCl 0,45; MgSO4 • 7H2O 0,09; CaCl2 • 2H2O 0,006; FeSO4 • 7H2O 0,002; NaHCO3 4,5; NH4Cl 0,3; (NH4)SO4 0,22; цистеин 0,5; раствор микроэлементов 10 мл/л [8] Среду стерилизуют автоклавированием, затем охлаждают до 66oC под током азота.
Рабочая газовая смесь, содержащая 80 об. H2 и 20 об. CO2, освобождается от примесей кислорода пропусканием ее через колонку с катализатором. В качестве инокулята используют 100 мл 3х суточной культуры A. kivui. Рост бактерии контролируют по изменению оптической плотности при D660. Клетки собирают в экспоненциальной фазе роста центрифугированием при 5000 об/мин в течение 30 мин, и используют полученную биомассу для иммобилизации. Иммобилизацию проводят путем включения клеток в 8 12% криогель ПВС. Образование гранул происходит в криоиммобилизационной колонне, заполненной пентаном (при -30o), в которую подается смесь раствора полимера с клетками. Гранулы полимера собирают в приемник. Полученный биокатализатор промывают 30-кратным объемом стерильной дистиллированной воды и используют в дальнейшей работе. При включении клеток бактерии в криогель ПВС, содержащий менее 8% матрица биокатализатора имеет недостаточную механическую прочность, а при использовании раствора ПВС с концентрацией более 12% - затрудняется доступ субстратов и отвод продуктов из матрицы геля.
Ферментация с помощью иммобилизованных клеток полунепрерывным способом состоит в следующем.
2 г биокатализатора помещают в 500-миллиметровые сывороточные бутылки, приливают 100 мл стерильной среды указанного выше состава и бутылку герметично закрывают. Затем газовую фазу замещают на рабочую смесь H2:CO2 (80:20). Далее флакон термостатируют при 66oC без перемешивания в течение 8 10 суток, постоянно (через 2 3 сут) отбирая шприцом пробы для определения концентрации ацетата и значения pH. Постоянно проводят также подкачку рабочей газовой смеси. Постоянный микроскопический контроль среды показывает практически полное отсутствие свободных клеток в среде в течение всей ферментации.
В табл. 1 приведены данные, показывающие влияние примесей кислорода на процессе образования уксусной кислоты свободными и иммобилизованными клетками A. kivui. Из таблицы ясно, что роста свободных клеток и, следовательно, накопления ацетата, в присутствии следовых (до 0,1) количества кислорода не наблюдается. Увеличение в 2 раза максимальной концентрации уксусной кислоты в системе с иммобилизованными клетками происходит из-за более полного потреблением субстрата за счет пролонгирования синтетически активной фазы клеток.
Пример 1. Способ получения уксусной кислоты с помощью ферментации иммобилизованных клеток A. kivui в непрерывном режиме. Процесс проводят в термостатируемом проточном колонном реакторе объемом 60 мл. Минеральную среду и рабочую газовую смесь (H2:CO2, 80:20) подают через отдельные патрубки в нижней части колонны. За счет газового потока происходит перемешивание в реакторе. Отвод газов и среды производят через патрубки в верхней части колонны. Соотношение объемов 10%-ного биокатализатора и жидкой фазы составляет 1:1. Скорость подачи газовой смеси 150 мл/мин. Измерение концентрации накопившегося ацетата проводят на выходе из реактора. Состав минеральной среды аналогичен указанному выше. Процесс проводят при различных скоростях подачи жидкой фазы в реактор.
В табл. 2 представлены данные, отражающие зависимость продуктивности процесса от скорости разведения в реакторе. Из таблицы видно, что существует обратная корреляция между концентраций накопленной в среде уксусной кислоты и скоростью разведения в реакторе. Продуктивность непрерывного процесса получения уксусной кислоты является максимальной 0,55 г/л час при скоростях разведения 0,09 и 0,33 ч-1 и превышает более чем в 20 раз продуктивность описанного выше полунепрерывного способа. При этом концентрация конечного продукта составляет 6 г/л, что в 1,5 раза выше известного способа [7] с иммобилизованными клетками Acetobacterium (BR-446), включенными в Ca-альгинатный гелевый носитель.
Пример 2. Получение ацетата проводят по методике примера 1, с той разницей, что используют клетки, включенные в 8%-ный криогель ПВС. При скорости разведения в реакторе 0,0195 л/ч достигается концентрация уксусной кислоты в среде до 1,54 г/л при объемной продуктивности 0,51 г/л ч.
Пример 3. Получение ацетата проводят по методике примера 1, с той разницей, что используют клетки, включенные в 12%-ный криогель ПВС. При скорости разведения в реакторе 0,0195 л/ч достигается концентрация уксусной кислоты в среде до 1,4 г/л при объемной продуктивности 0,462 г/л ч.
Таким образом, создан процесс получения уксусной кислоты, который проводят в условиях отсутствия бактериального роста, с использованием неочищенных от примесей кислорода газовых субстратов ( водорода и углекислого газа). Способ осуществляют с помощью термофильных анаэробных гомоацетогенных бактерий Acetogenium kivui, иммобилизованных в 8 12% криогель поливинилового спирта, в результате чего достигается более высокая концентрация конечного продукта (по сравнению с
Пример 4. Получение ацетата проводят по методике примера 1, с той разницей, что используют клетки Acetogenium kivui штамм 2/89. При скорости разведения в реакторе 0,0195 л/ч достигается концентрация уксусной кислоты в среде до 0,87 г/л при объемной продуктивности 0,29 г/л•ч.
Пример 4. Получение ацетата проводят по методике примера 1, с той разницей, что используют клетки Acetogenium kivui штамм 2/89. При скорости разведения в реакторе 0,0195 л/ч достигается концентрация уксусной кислоты в среде до 0,87 г/л при объемной продуктивности 0,29 г/л•ч.
Пример 5. Получение ацетата проводят по методике примера 3, с той разницей, что используют клетки Acetogenium kivui штамм 5/89. При скорости разведения в реакторе 0,0196 л/ч достигается концентрация уксусной кислоты в среде до 1,1 г/л при объемной продуктивности 0,36 г/л•ч. прототипом и снижаются требования к стерильности и анаэробиозу процесса.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Weimer, P.J. (1986). in Thermophiles. General Molicular and Applied Microbiology (Brock, T. ed.), A.Wiley Sons, Inc. p. 217-255.
1. Weimer, P.J. (1986). in Thermophiles. General Molicular and Applied Microbiology (Brock, T. ed.), A.Wiley Sons, Inc. p. 217-255.
2. Eysmondt von, J. Vasic-Racki, Dj. and Wandrey, Ch. (1990) Appl. Microbiol Biotechnol. 34, 344-349.
3. Parekh, S.R. and Cheryan, M. 1990, Biotechnol. Lett. 12, 861-864.
4. Schoberth, S. (1977) Arch. Microbiol. 114, 143-148.
5. Rainina, E. I. Pusheva, M.A. Ryabokon, A.M. et al (1994) Biotechnol. Appl. Biochem. 19, 321-329.
6. Leigh, J. A. Mayer, F. and Wolfe, R.S. (1981) Arch. Microbiol. 129, 275-280.
7. Morinaga, J. and N.Kawada (1990) J.Biotechnol. 14, 187-194.
8. Пушева М. А. Райнина Е.И. Бородулина Н.П. и др. 1991, Микробиология, 60, 616-621.
Claims (2)
1. Способ микробиологического получения уксусной кислоты, включающий культивирование гомоацетатных анаэробных микроорганизмов, их иммобилизацию и последующее получение целевого продукта путем ферментации на газовых субстратах, отличающийся тем, что культивируют термофильные гомоацетатные бактерии Acetogenium kivui, иммобилизацию осуществляют путем включения бактериальных клеток в гранулы 8 12-ого криогеля поливинилового спирта и целевой продукт получают в условиях отсутствия бактериального роста.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве субстрата для получения уксусной кислоты используют смесь водорода и углекислого газа в соотношении 4 1, которая может содержать примесь кислорода.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94032090A RU2080388C1 (ru) | 1994-09-05 | 1994-09-05 | Способ микробиологического получения уксусной кислоты |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94032090A RU2080388C1 (ru) | 1994-09-05 | 1994-09-05 | Способ микробиологического получения уксусной кислоты |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU94032090A RU94032090A (ru) | 1996-07-10 |
RU2080388C1 true RU2080388C1 (ru) | 1997-05-27 |
Family
ID=20160167
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94032090A RU2080388C1 (ru) | 1994-09-05 | 1994-09-05 | Способ микробиологического получения уксусной кислоты |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2080388C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2680835C1 (ru) * | 2015-02-27 | 2019-02-28 | Афирен | Процесс для производства аминокислот из прекурсоров, полученных с помощью анаэробной ферментации из ферментируемой биомассы |
US11891646B2 (en) | 2010-01-15 | 2024-02-06 | Massachusetts Institute Of Technology | Bioprocess and microbe engineering for total carbon utilization in biofuel production |
-
1994
- 1994-09-05 RU RU94032090A patent/RU2080388C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
T. Morinaga and N. Kawada. The production of acetic aсid from carbon dioxide and hydrogen by anaerobic bacterium. J. Biotechnology. 1990, v.14, p. 187-194. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11891646B2 (en) | 2010-01-15 | 2024-02-06 | Massachusetts Institute Of Technology | Bioprocess and microbe engineering for total carbon utilization in biofuel production |
RU2680835C1 (ru) * | 2015-02-27 | 2019-02-28 | Афирен | Процесс для производства аминокислот из прекурсоров, полученных с помощью анаэробной ферментации из ферментируемой биомассы |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU94032090A (ru) | 1996-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2459871C2 (ru) | Способ ферментативного получения 2-гидрокси-2-метилкарбоновых кислот | |
Häggström et al. | Calcium alginate immobilized cells of Clostridium acetobutylicum for solvent production | |
US5229276A (en) | Process for preparing trehalulose and isomaltulose | |
Nilegaonkar et al. | Production of 2, 3-butanediol from glucose by Bacillus licheniformis | |
US4734365A (en) | Process for liquefying starch | |
JPS59205993A (ja) | 連続的発酵法による有機酸の製造方法 | |
RU2288263C2 (ru) | Штамм bacillus coagulans sim-7 dsm 14043 для получения l(+)-лактата и способ получения l(+)-лактата | |
CN102146415A (zh) | 氧化葡萄糖酸杆菌的基因敲除菌及其制备方法 | |
JP2756360B2 (ja) | トレハルロースおよびパラチノースの製造法 | |
RU2080388C1 (ru) | Способ микробиологического получения уксусной кислоты | |
Hwang et al. | Continuous production of acrylamide by Brevibacterium sp. immobilized in a dual hollow fiber bioreactor | |
US3933586A (en) | Method of making l-aspartic acid from fumaric acid | |
JP4742475B2 (ja) | D−乳酸の製造方法 | |
JPH01225487A (ja) | セルロースのアスペルギルス ニガーによるクエン酸若しくはグルコン酸生産を目的としたバイオリアクター担体への利用方法 | |
JP3004509B2 (ja) | 微細藻からのエタノール製造方法及び装置 | |
EP0120370A2 (en) | A mutant strain of Clostridium thermoaceticum useful for the preparation of acetic acid | |
JPS60110298A (ja) | 糖類の発酵によりポリオ−ルを工業的規模で製造する方法 | |
TAKADA et al. | Continuous Production of Vineqar Using Bioreactor with Supports of Porous Ceramics | |
CN1306091A (zh) | 细菌发酵生产l-乳酸 | |
RU2731289C2 (ru) | Способ конструирования на основе бактерий рода Rhodococcus штамма-биокатализатора, обладающего нитрилазной активностью и повышенной операционной стабильностью, рекомбинантный штамм бактерий Rhodococcus rhodochrous, полученный таким способом, способ синтеза акриловой кислоты с использованием этого штамма в качестве биокатализатора | |
John et al. | Coimmobilized aerobic/anaerobic mixed cultures in shaked flasks | |
JPH0632614B2 (ja) | 固定化微生物およびその利用 | |
CN112322672A (zh) | 一种多菌联合发酵制备戊二胺的方法 | |
KR20180134995A (ko) | 다양한 탄소 공급원으로부터 l-락트산 또는 그의 염을 생산하는 바실루스 에어로락티쿠스 | |
JPH06165686A (ja) | 二酸化炭素から生分解性プラスチック製造用バイオポリマーを発酵生産する方法 |