RU2742472C1 - Nutrient medium for the cultivation of yeast biomass and a method for its production - Google Patents

Nutrient medium for the cultivation of yeast biomass and a method for its production Download PDF

Info

Publication number
RU2742472C1
RU2742472C1 RU2020126272A RU2020126272A RU2742472C1 RU 2742472 C1 RU2742472 C1 RU 2742472C1 RU 2020126272 A RU2020126272 A RU 2020126272A RU 2020126272 A RU2020126272 A RU 2020126272A RU 2742472 C1 RU2742472 C1 RU 2742472C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nutrient medium
methanol
yeast
ammonia
gas
Prior art date
Application number
RU2020126272A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Дмитриевич Берков
Александр Петрович Коротовских
Алексей Юрьевич Попов
Петр Иванович Соломко
Евгений Васильевич Шулятьев
Original Assignee
Андрей Дмитриевич Берков
Александр Петрович Коротовских
Алексей Юрьевич Попов
Петр Иванович Соломко
Евгений Васильевич Шулятьев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Андрей Дмитриевич Берков, Александр Петрович Коротовских, Алексей Юрьевич Попов, Петр Иванович Соломко, Евгений Васильевич Шулятьев filed Critical Андрей Дмитриевич Берков
Priority to RU2020126272A priority Critical patent/RU2742472C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2742472C1 publication Critical patent/RU2742472C1/en

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A23FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23KFODDER
    • A23K10/00Animal feeding-stuffs
    • A23K10/10Animal feeding-stuffs obtained by microbiological or biochemical processes
    • A23K10/12Animal feeding-stuffs obtained by microbiological or biochemical processes by fermentation of natural products, e.g. of vegetable material, animal waste material or biomass
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/14Fungi; Culture media therefor
    • C12N1/16Yeasts; Culture media therefor
    • C12N1/165Yeast isolates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/20Bacteria; Culture media therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12RINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
    • C12R2001/00Microorganisms ; Processes using microorganisms
    • C12R2001/645Fungi ; Processes using fungi
    • C12R2001/78Hansenula

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mycology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Animal Husbandry (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: biotechnology.SUBSTANCE: group of inventions proposes a nutrient medium for the cultivation of yeast, containing methanol, dimethyl ether, aqueous ammonia, mineral salts and yeast extract, and a method for obtaining the proposed nutrient medium. The method includes dissolving in water a certain concentration of raw methanol and ammonia hydroxide obtained from the process gas by purifying associated petroleum gas, as well as mineral salts and yeast extract.EFFECT: inventions provide expansion of the range of nutrient media for the cultivation of methylotrophic yeast in production of protein fodder product.2 cl, 1 ex

Description

Изобретение относится к биотехнологии и предназначено для использования попутного нефтяного газа в качестве источника получения питательной среды на основе метанола для производства кормового белкового продукта - биомассы дрожжей.The invention relates to biotechnology and is intended for the use of associated petroleum gas as a source of production of a nutrient medium based on methanol for the production of a protein feed product - yeast biomass.

Непрерывно растущая численность населения земного шара ставит все более актуальной задачу обеспечения населения полноценным питанием, в частности, по содержанию белка. Корма, используемые в сельском хозяйстве, также должны иметь оптимальный состав питательных веществ и прежде всего белка. Недостаток белка только для целей кормопроизводства для сельского хозяйства Российской федерации оценивается 2 млн. тонн. Одним из источников белка может служить биомасса микроорганизмов (например, дрожжей), получаемых с помощью биотехнологических процессов, осуществляемых в промышленных условиях.The constantly growing population of the world makes it increasingly important to provide the population with adequate nutrition, in particular, in terms of protein content. Feed used in agriculture must also have an optimal composition of nutrients, especially protein. The lack of protein only for the purposes of fodder production for agriculture in the Russian Federation is estimated at 2 million tons. One of the protein sources can be the biomass of microorganisms (for example, yeast) obtained using biotechnological processes carried out in an industrial environment.

Возможным источником непищевого сырья для производства белка в виде биомассы микроорганизмов является природный газ, содержащий метан.A possible source of non-food raw materials for the production of protein in the form of biomass of microorganisms is natural gas containing methane.

Источником природного газа, содержащего метан, является природный газ, добываемый на газовых месторождениях и транспортируемый потребителям либо по газотранспортным трубопроводам, либо в сжиженном виде. Другим источником природного газа, содержащего метан, является попутный газ нефтяных месторождений. Если первый источник природного газа широко используется в виде топлива и сырья для химической промышленности, то второй источник природного газа, получаемый в местах нефтедобычи, как правило, не используется, из-за отсутствия необходимой инфраструктуры для его транспортировки потребителям. Поэтому попутный газ сжигается в местах нефтедобычи, являясь источником загрязнения окружающей среды продуктами сгорания.The source of natural gas containing methane is natural gas produced from gas fields and transported to consumers either through gas transmission pipelines or in liquefied form. Another source of natural gas containing methane is associated gas from oil fields. While the first source of natural gas is widely used as a fuel and raw material for the chemical industry, the second source of natural gas obtained in oil production sites is usually not used, due to the lack of the necessary infrastructure for its transportation to consumers. Therefore, associated gas is burnt in oil production areas, being a source of environmental pollution by combustion products.

Заявленный способ направлен на использование попутного газа нефтяных месторождений для получения основного компонента питательной среды, используемой для культивирования микроорганизмов - дрожжей рода Hansenula polymorphs При этом ставится техническая задача создания максимально простого для эксплуатации, использующего минимальную инфраструктуру технологического процесса получения из попутного нефтяного газа питательной среды на основе метанола.The claimed method is aimed at the use of associated gas from oil fields to obtain the main component of the nutrient medium used for the cultivation of microorganisms - yeast of the genus Hansenula polymorphs. At the same time, the technical task of creating the most simple for operation, using the minimum infrastructure of the technological process of obtaining from the associated methanol.

Известно, что получение кормового белка осуществляют с использованием управляемого культивирования микроорганизмов в питательной среде, содержащей источники углерода, азота, фосфора, калия, магния, железа, кальция, ростовых веществ (аминокислот и витаминов). При получении белка на питательной среде из природного газа, в качестве источника углерода используется метан (СН4), в качестве источника азота используется аммиак (NH3), соли аммония или нитраты, в качестве источника фосфора используется фосфорная кислота или фосфаты, в качестве источника калия используют калийные соли (например, фосфаты, сульфаты, хлориды), в качестве источника магния используются сульфаты магния, в качестве источника железа используются сульфаты железа, а в качестве источника кальция используется хлорид кальция.It is known that the production of fodder protein is carried out using controlled cultivation of microorganisms in a nutrient medium containing sources of carbon, nitrogen, phosphorus, potassium, magnesium, iron, calcium, growth substances (amino acids and vitamins). When protein is obtained on a nutrient medium from natural gas, methane (CH4) is used as a carbon source, ammonia (NH3), ammonium salts or nitrates are used as a nitrogen source, phosphoric acid or phosphates are used as a source of phosphorus, as a source of potassium potassium salts (for example, phosphates, sulfates, chlorides), magnesium sulfates are used as a source of magnesium, iron sulfates are used as a source of iron, and calcium chloride is used as a source of calcium.

В частности, известна питательная среда для культивирования микроорганизмов, содержащая газообразный метан. Данная питательная среда используется для получения белкового продукта - гаприна («газового протеина»), в состав которого входят витамины группы В, аминокислоты и микроэлементы (см. статью Глухих С. Метан угольных пластов и шахт - источник кормового белка. "Комбикорма", №5, 2015 г., с. 84-87). Для обеспечения основных технологических стадий процесса предусмотрены вспомогательные стадии: прием, приготовление растворов и подача в ферментеры аммиачной воды, ортофосфорной кислоты, солей и других химикатов в необходимых концентрациях; подготовка и подача кислорода воздуха. Основной непрерывный технологический процесс выращивания гаприна происходит в ферментерах. Перемешивание и аэрирование в них ведется с помощью циркуляционных насосов с эжекторами с напорной стороны насосов для ввода воздуха и организации рециркуляции газовой фазы. Природный газ и, при необходимости, дополнительный воздух вводятся через барбатеры. Состав газовой фазы (кислород, метан, уг лекислый газ) на выходе ферментера контролируют газоанализаторы.In particular, a nutrient medium for the cultivation of microorganisms containing methane gas is known. This nutrient medium is used to obtain a protein product - haprin ("gas protein"), which includes B vitamins, amino acids and trace elements (see article Deaf S. Methane from coal seams and mines - a source of feed protein. "Compound feed", No. 5, 2015, pp. 84-87). To ensure the main technological stages of the process, auxiliary stages are provided: reception, preparation of solutions and supply of ammonia water, orthophosphoric acid, salts and other chemicals in the required concentrations to the fermenters; preparation and supply of air oxygen. The main continuous technological process of growing haprin takes place in fermenters. Mixing and aeration in them is carried out with the help of circulation pumps with ejectors on the pressure side of the pumps for air injection and organization of gas phase recirculation. Natural gas and, if necessary, additional air are introduced through the bubblers. The composition of the gas phase (oxygen, methane, carbon dioxide) at the outlet of the fermenter is monitored by gas analyzers.

Известны также другие способы (RU 2064016, 20.07.1996; RU 2699986, 11.09.2019) получения белка на питательной среде, полученной из природного газа, содержащего метан, в которых метан подают в смеси с воздухом в водный раствор минеральных солей, содержащих источники азота, фосфора, калия, магния, железа, кальция, и некоторых других микроэлементов, необходимых для роста микроорганизмов. Подача указанной газовой смеси в водный раствор солей служит для обогащения этого раствора источником углерода, которым является метан, и кислородом воздуха. Таким образом, получают жидкую питательную среду, содержащую все необходимые компоненты для роста микроорганизмов.Other methods are also known (RU 2064016, 20.07.1996; RU 2699986, 11.09.2019) for producing protein on a nutrient medium obtained from natural gas containing methane, in which methane is fed in a mixture with air into an aqueous solution of mineral salts containing nitrogen sources , phosphorus, potassium, magnesium, iron, calcium, and some other trace elements necessary for the growth of microorganisms. The supply of the specified gas mixture to an aqueous solution of salts serves to enrich this solution with a carbon source, which is methane, and atmospheric oxygen. Thus, a liquid nutrient medium is obtained containing all the necessary components for the growth of microorganisms.

Указанные способы обладают целым рядом недостатков.These methods have a number of disadvantages.

Во-первых, газ метан имеет очень низкую растворимость в водной среде. Из-за этого осуществляют многократное циркулирование газовой смеси метана с воздухом через жидкую питательную среду, чтобы обеспечить более полное использование метана микроорганизмами. Из-за этого сильно усложняется конструктивное исполнение ферментеров (биоректоров), в которых культивируются микроорганизмы. Более того, сильно усложняется управление процессом культивирования микроорганизмов, т.к. в процессе роста последних образуются газообразные продукты жизнедеятельности (метаболизма) микроорганизмов, которые постепенном накапливаются в циркулирующей смеси метана с воздухом и при определенной концентрации могут угнетать рост микробной культуры. По этой причине циркулирующую смесь метана с воздухом необходимо периодически обновлять. Для своевременного обновления газовоздушной смеси необходимо осуществлять постоянный мониторинг ее состава. Это приводит к усложнению как оборудования, так и системы управления процессом культивирования микроорганизмов. Более того, периодическое обновление газовоздушной смеси приводит к выбросу в атмосферу значительной части нерастворенного в питательной среде метана. Следствием этого является как низкая эффективность использования природного газа в качестве основы питательной среды как источника углерода для роста микроорганизмов, при этом происходит загрязнение окружающей среды неиспользованным метаном.First, methane gas has very low solubility in aqueous media. Because of this, the gas mixture of methane with air is repeatedly circulated through the liquid nutrient medium in order to ensure a more complete utilization of methane by microorganisms. Because of this, the design of fermenters (biorectors), in which microorganisms are cultivated, is greatly complicated. Moreover, the control of the process of cultivation of microorganisms becomes much more complicated, because during the growth of the latter, gaseous waste products (metabolism) of microorganisms are formed, which gradually accumulate in a circulating mixture of methane with air and, at a certain concentration, can inhibit the growth of a microbial culture. For this reason, the circulating methane-air mixture must be periodically renewed. For the timely renewal of the gas-air mixture, it is necessary to constantly monitor its composition. This leads to the complication of both the equipment and the control system for the cultivation of microorganisms. Moreover, periodic renewal of the gas-air mixture leads to the release of a significant part of the methane undissolved in the nutrient medium into the atmosphere. The consequence of this is the low efficiency of using natural gas as the basis of a nutrient medium as a source of carbon for the growth of microorganisms, while the environment is polluted with unused methane.

Во-вторых, существенным недостатком известных способов получения питательной среды из природного газа является то, что газ метан образует с воздухом взрывоопасную смесь. Чтобы избежать взрыва ферментеры (биореакторы) вынуждены изготавливать во взрывобезопасном исполнении и оснащать газоанализаторами содержания метана воздухе и специальными средствами автоматики, чтобы избежать образования взрывоопасной концентрации метана в воздухе. Причем состав газовой смеси надо подвергать непрерывному мониторингу и контролю не только внутри оборудования, но и в производственном помещении, где ведется производство микробного белка из природного газа. Это приводит к сильному усложнению и удорожанию оборудования, а также системы управления технологическим процессом.Secondly, a significant disadvantage of the known methods for producing a nutrient medium from natural gas is that methane gas forms an explosive mixture with air. To avoid an explosion, fermenters (bioreactors) have to be manufactured in an explosion-proof design and equipped with gas analyzers for the methane content in the air and with special automation equipment to avoid the formation of an explosive concentration of methane in the air. Moreover, the composition of the gas mixture must be continuously monitored and controlled not only inside the equipment, but also in the production area where microbial protein is produced from natural gas. This leads to a strong increase in the complexity and cost of equipment, as well as a process control system.

Известен способ культивирования метанотрофных бактерий Pseudomonas methylotropha и Psendomonas rosea на питательной среде, содержащей метанол (GB 13708992 A, US 3989594 A). Недостатком этого способа является использование в качестве микроорганизмов-продуцентов белка бактерий, которые растут на питательной среде с рН 6,8 и температуре близкой к 37°С. Указанные значения рН и температуры являются благоприятными для роста посторонних микроорганизмов. По этой причине производство белка по упомянутому способу ведется в стерильных условиях и в питательной среде, приготовленной на деминерализованной воде. Указанные условия сильно усложняют и удорожают процесс производства белка из метанола, требуют наличие высококвалифицированного производственного персонала умеющего осуществлять промышленное производство белка в стерильных условиях. Этот недостаток метанолокисляющих бактерий особенно затрудняют применение известного способа при производстве белка из попутного газа в удаленных местах нефтедобычи с неразвитой инфраструктурой и при отсутствии высококвалифицированных биотехнологов.A known method of cultivating methanotrophic bacteria Pseudomonas methylotropha and Psendomonas rosea on a nutrient medium containing methanol (GB 13708992 A, US 3989594 A). The disadvantage of this method is the use of bacteria as microorganisms-producers of protein, which grow on a nutrient medium with a pH of 6.8 and a temperature close to 37 ° C. The indicated pH and temperature values are favorable for the growth of foreign microorganisms. For this reason, the production of protein by the mentioned method is carried out under sterile conditions and in a nutrient medium prepared in demineralized water. These conditions greatly complicate and increase the cost of the process of protein production from methanol, require the presence of highly qualified production personnel who can carry out industrial production of protein in sterile conditions. This disadvantage of methanol-acid bacteria makes it especially difficult to use the known method for the production of protein from associated gas in remote oil production areas with undeveloped infrastructure and in the absence of highly qualified biotechnologists.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является питательная среда, содержащая метанол и используемая для культивирования метанотрофных бактерий Methylocystis или Methylosinus, и способ ее приготовления (SU 770174, 07.09.1981). Питательная среда содержит источники азота, фосфора, минеральные соли и метанол в качестве источника углерода и энергии, при этом в питательную среду дополнительно вводят угольную кислоту в виде бикарбоната натрия в концентрации 0,1-0,25% или в виде углекислого газа до концентрации в газовой фазе 3-10%.The closest analogue of the claimed invention is a nutrient medium containing methanol and used for the cultivation of methanotrophic bacteria Methylocystis or Methylosinus, and the method for its preparation (SU 770174, 07.09.1981). The culture medium contains sources of nitrogen, phosphorus, mineral salts and methanol as a source of carbon and energy, while carbonic acid is additionally introduced into the culture medium in the form of sodium bicarbonate at a concentration of 0.1-0.25% or in the form of carbon dioxide to a concentration of gas phase 3-10%.

Данная питательная среда и способ ее приготовления предназначены для использования в горнодобывающей промышленности для снижения метаноносности угольных пластов, т.е. имеет ограниченную область применения, соответственно данное изобретение не предназначено для промышленного производства белкового продукта.This nutrient medium and the method for its preparation are intended for use in the mining industry to reduce the methane content of coal seams, i.e. has a limited field of application, therefore, the present invention is not intended for industrial production of a protein product.

Технической проблемой, решаемой заявленной группой изобретений, является создание способа получения питательной среды, получаемой из попутного газа нефтяных месторождений (далее для краткости называемого попутным газом) и питательная среда, полученная этим способом. Заявляемый способ также может быть применим для получения питательной среды из трубопроводного природного газа.The technical problem solved by the claimed group of inventions is the creation of a method for producing a nutrient medium obtained from associated gas of oil fields (hereinafter referred to as associated gas for short) and a nutrient medium obtained by this method. The inventive method can also be applied to obtain a nutrient medium from pipeline natural gas.

Для решения указанной технической задачи заявленный способ характеризуется следующими операциями.To solve this technical problem, the claimed method is characterized by the following operations.

Предварительно проводят анализ попутного газа для конкретного месторождения с целью определения химического состава газа, используя при этом известные способы. С учетом полученных результатов анализа состава попутного газа производят очистку попутного газа от воды, неорганических соединений серы (в том числе, сероводорода и меркаптана), пентакарбонила железа и тяжелых углеводородов, с получением технологического газа. Очистку попутного газа от вышеуказанных загрязнений проводят известными методами в установке комплексной подготовки газа (УКПГ) (Российская газовая энциклопедия. М., 2004. С. 462-464. - ISBN 5-85270-327-3).A preliminary analysis of the associated gas for a specific field is carried out in order to determine the chemical composition of the gas, using known methods. Taking into account the results of the analysis of the associated gas composition, the associated gas is purified from water, inorganic sulfur compounds (including hydrogen sulfide and mercaptan), iron pentacarbonyl and heavy hydrocarbons, with the receipt of process gas. The purification of associated gas from the above contaminants is carried out by known methods in a complex gas treatment unit (GPP) (Russian Gas Encyclopedia. M., 2004. S. 462-464. - ISBN 5-85270-327-3).

Технологический газ, полученный после очистки попутного газа в УКПГ, используют для получения жидких компонентов питательной среды, являющихся источниками углерода и азота, и при этом хорошо растворимых в воде в отличие от газа метана, содержащегося в попутном газе.The process gas obtained after cleaning the associated gas in the gas processing plant is used to obtain liquid components of the nutrient medium, which are sources of carbon and nitrogen, and are readily soluble in water, unlike the methane gas contained in the associated gas.

Компонент питательной среды, являющийся источником углерода, получают в виде метанола-сырца.The carbon source component of the culture medium is obtained in the form of raw methanol.

Метанол-сырец, используемый в заявленном способе и являющийся основой для питательной среды, представляет собой бесцветную или слегка желтоватую прозрачную жидкость, содержащую метанол, диметиловый эфир и воду. В качестве примесей используемый в заявленном способе метанол-сырец может содержать изобутиловый спирт и олефины.The crude methanol used in the claimed method and which is the basis for the nutrient medium is a colorless or slightly yellowish transparent liquid containing methanol, dimethyl ether and water. The raw methanol used in the inventive method may contain isobutyl alcohol and olefins as impurities.

Компонент питательной среды, являющийся источником азота, получают в виде аммиака с последующим растворением аммиака в воде. Метанол-сырец и аммиак получают технологически из попутного газа совместно. При этом используют один из известных способов, например, способ, описанном в патенте РФ №2174953. На первой стадии технологического процесса получают метанол-сырец в виде смеси метанола (СН3ОН), диметилового эфира (СН3ОСН3) и воды. При этом метанол-сырец, как компонент питательной среды, являющийся источником углерода, получают с содержанием метанола от 84,0% до 96,0%, диметилового эфира от 0,1% до 3,6%, воды от 3,0% до 15,0%.The component of the nutrient medium, which is a source of nitrogen, is obtained in the form of ammonia, followed by dissolution of ammonia in water. Raw methanol and ammonia are produced from associated gas together. In this case, one of the known methods is used, for example, the method described in RF patent No. 2174953. At the first stage of the technological process, crude methanol is obtained in the form of a mixture of methanol (CH3OH), dimethyl ether (CH3OCH3) and water. In this case, raw methanol, as a component of the nutrient medium, which is a source of carbon, is obtained with a methanol content from 84.0% to 96.0%, dimethyl ether from 0.1% to 3.6%, water from 3.0% to 15.0%.

На второй стадии технологического процесса получают аммиак как компонент питательной среды, являющийся источником азота. Для целей производства белкового продукта (биомассы дрожжей) аммиак растворяют в воде с получением водного раствора аммиака - гидроокиси аммония (NH4OH) с содержанием от 5% до 22%.At the second stage of the technological process, ammonia is obtained as a component of the nutrient medium, which is a source of nitrogen. For the production of a protein product (yeast biomass), ammonia is dissolved in water to obtain an aqueous solution of ammonia - ammonium hydroxide (NH4OH) with a content of 5% to 22%.

Проводят приготовление питательной среды для культивирования микроорганизмов, растворяя в воде в определенной концентрации углеродсодержащий компонент (метанол-сырец), азотсодержащий компонент (гидроокись аммиака), минеральные соли, являющиеся источниками калия, фосфора, магния, железа и кальция, а также компонент, являющийся источником ростовых свойств питательной среды, например, дрожжевой экстракт.A nutrient medium for the cultivation of microorganisms is prepared by dissolving in water at a certain concentration a carbon-containing component (raw methanol), a nitrogen-containing component (ammonia hydroxide), mineral salts that are sources of potassium, phosphorus, magnesium, iron and calcium, as well as a component that is a source growth properties of the nutrient medium, for example, yeast extract.

Питательную среду готовят с добавлением следующих минеральных солей. В качестве источника калия используют KH2PO4 и/или KCl, в качестве источника фосфора - KH2PO4 и/или Na2HPO4, в качестве источника магния - MgSO4*7H2O, в качестве источника железа - FeSO4*7H2O, в качестве источника кальция - CaCl2 и/или СаНСО3, в качестве источника ростовых свойств питательной среды - дрожжевой экстракт.The culture medium is prepared with the addition of the following mineral salts. KH2PO4 and / or KCl are used as a source of potassium, KH2PO4 and / or Na2HPO4 as a source of phosphorus, MgSO4 * 7H2O as a source of magnesium, FeSO4 * 7H2O as an iron source, and CaCl2 and / or CaHCO3 as a source of calcium , as a source of growth properties of the nutrient medium - yeast extract.

Питательную среду готовят следующего состава с содержанием в 1 л среды:The culture medium is prepared with the following composition containing 1 liter of medium:

- метанола от 3,00 г до 30,00 г,- methanol from 3.00 g to 30.00 g,

- диметилового эфира от 0,01 г до 0,90 г,- dimethyl ether from 0.01 g to 0.90 g,

- водного раствора аммиака (NH4OH) от 0,50 г до 5,00 г,- an aqueous solution of ammonia (NH4OH) from 0.50 g to 5.00 g,

-K2HPO4 от 1,50 г до 3,50 г,-K2HPO4 1.50 g to 3.50 g,

- MgSO4*7H2O от 0,5 до 2,50 г,- MgSO4 * 7H2O from 0.5 to 2.50 g,

- FeSO4*7H2O от 0,01 г до 0,02 г,- FeSO4 * 7H2O from 0.01 g to 0.02 g,

- CaCl2 от 0,05 до 0,20 г,- CaCl2 from 0.05 to 0.20 g,

- дрожжевого экстракта от 5,00 г до 30,00 г.- yeast extract from 5.00 g to 30.00 g

Для культивирования на вышеуказанной питательной среде используют, преимущественно, метилотрофные дрожжи Hansenula polymorpha.For cultivation on the above nutrient medium, the methylotrophic yeast Hansenula polymorpha is mainly used.

Для культивирования на заявленной питательной среде может быть использован любой штамм дрожжей, относящихся к роду Hansenula polymorpha. Факт, что дрожжи, о тносящиеся к роду Hansenula polymorpha, успешно культивируются как на чистом метаноле, так и на питательной среде, содержащей метанол, давно и широко известен из уровня техники. На это указывают следующие публикации:For cultivation on the claimed nutrient medium, any yeast strain belonging to the genus Hansenula polymorpha can be used. The fact that yeast belonging to the genus Hansenula polymorpha is successfully cultivated both on pure methanol and on a nutrient medium containing methanol has long been widely known in the art. This is indicated by the following publications:

Figure 00000001
Подгорский B.C. Физиология и метаболизм метанолусваивающих дрожжей. Киев: Наукова думка, 1982, с. 48-51;
Figure 00000001
Podgorskiy BC Physiology and metabolism of methanol-assimilating yeast. Kiev: Naukova Dumka, 1982, p. 48-51;

Figure 00000002
Троцеико Ю.А., Торгонская М.Л. Метилотрофные дрожжи. Москва: «ТР-Принт», 2011, с. 9-10.
Figure 00000002
Troceiko Yu.A., Torgonskaya M.L. Methylotrophic yeast. Moscow: "TR-Print", 2011, p. 9-10.

Особенностью указанного рода дрожжей, является то, что они активно растут на питательной среде с метанолом. Вследствие этого нет необходимости производить очистку (ректификацию) метанола-сырца для использования ею в качестве источника углерода при приготовлении питательной среды для роста микроорганизмов. Следовательно, можно исключить ректификацию метанола-сырца, как это делается в известных из уровня техники способах, ив которых в качестве источника углерода при культивировании других метанолокисляющих микроорганизмов-продуцентов белка используется чистый метанол.A feature of this kind of yeast is that it actively grows on a nutrient medium with methanol. As a result, there is no need to purify (rectify) the raw methanol to use it as a carbon source in the preparation of a nutrient medium for the growth of microorganisms. Therefore, it is possible to exclude the rectification of the raw methanol, as is done in the prior art methods, and in which pure methanol is used as a carbon source for the cultivation of other methanol-oxidizing microorganisms that produce protein.

Техническим результатом, получаемым при осуществлении заявленного способа, является возможность использования попутного газа в качестве источника сырья для производства питательной среды, на которой осуществляется культивирование метилотрофных дрожжей как источника кормового белка. При этом из попутного газа одновременно производятся основные компоненты питательной среды, используемой для культивирования метилотрофных дрожжей с целью получения белка, а именно попутный газ является также источником углерода и источником азота. Наличие диметилового эфира в составе питательной среды, а также введение в ее состав водного раствора аммиака и дрожжевого экстракта в качестве источника ростовых свойств увеличивает скорость роста дрожжей и объем конечного продукта - биомассы дрожжей. Для питательной среды техническим результатом является также упрощение технологии и сокращение времени на ее производство за счет использования метанола-сырца (исключение операции ректификации) и воды питьевого качества (не требуется специальная водоподготовка). При этом получение питательной среды полностью основано на переработке попутного нефтяного газа (или природного газа).The technical result obtained in the implementation of the claimed method is the possibility of using associated gas as a source of raw materials for the production of a nutrient medium on which the cultivation of methylotrophic yeast is carried out as a source of fodder protein. At the same time, the main components of the nutrient medium used for the cultivation of methylotrophic yeast in order to obtain protein are simultaneously produced from the associated gas, namely, the associated gas is also a source of carbon and a source of nitrogen. The presence of dimethyl ether in the composition of the nutrient medium, as well as the introduction into its composition of an aqueous solution of ammonia and yeast extract as a source of growth properties, increases the growth rate of yeast and the volume of the final product - yeast biomass. For the culture medium, the technical result is also a simplification of technology and a reduction in the time for its production due to the use of raw methanol (excluding the rectification operation) and drinking water (no special water treatment is required). At the same time, obtaining a nutrient medium is entirely based on the processing of associated petroleum gas (or natural gas).

Существенной особенностью заявленного способа и получаемой питательной среды является:An essential feature of the claimed method and the resulting nutrient medium is:

- упрощение технологии получения питательной среды за счет исключения стадии очистки метанола-сырца от примесей (стадии ректификации),- simplification of the technology for obtaining a nutrient medium by eliminating the stage of purification of raw methanol from impurities (rectification stage),

- приготовления питательной среды не на воде питьевого качества вместо дистиллированной или деионизованной воды.- preparation of the culture medium not with drinking water instead of distilled or deionized water.

Получаемые из попутного газа источник углерода и источник азота представляют собой полностью растворимые в воде источники углерода (метанол и диметиловый эфир) и источник азота (гидроокись аммония). Они входят как необходимые компоненты в питательную среду, и их наличие позволяет уменьшить количество вносимых добавок в виде минеральных веществ. Попутный нефтяной газ и обычный природный газ отличаются по составу, хотя основа у них - метан. В попутном газе метана меньше, чем в природном, но больше примесей, что для заявленного способа является преимуществом. Тем не менее, от части примесей необходимо производить очистку попутного газа, а именно, от неорганических соединений серы (в том числе, сероводорода и меркаптана), а также от пентакарбонила железа, если он имеется.The carbon source and nitrogen source obtained from the associated gas are completely water-soluble carbon sources (methanol and dimethyl ether) and a nitrogen source (ammonium hydroxide). They are included as necessary components in the nutrient medium, and their presence allows you to reduce the amount of additives in the form of minerals. Associated petroleum gas and conventional natural gas differ in composition, although they are based on methane. Associated gas contains less methane than natural gas, but more impurities, which is an advantage for the claimed method. Nevertheless, it is necessary to purify associated gas from some of the impurities, namely, from inorganic sulfur compounds (including hydrogen sulfide and mercaptan), as well as from iron pentacarbonyl, if any.

К преимуществам заявленного способа относится также одновременное с синтезом метанола получение аммиака, водный раствор которого используется в питательной среде как азотсодержащий компонент, что, помимо упрощения способа, позволяет снизить затраты на покупку, транспортировку и хранение солей, являющихся источником азота. Таким образом, основные компоненты, необходимые для получения питательной среды и культивирования микроорганизмов, производятся в рамках единого технологического процесса на месте нефтедобычи.The advantages of the claimed method also include the simultaneous production of ammonia with the synthesis of methanol, an aqueous solution of which is used in the nutrient medium as a nitrogen-containing component, which, in addition to simplifying the method, makes it possible to reduce the cost of purchasing, transporting and storing salts, which are a source of nitrogen. Thus, the main components necessary for obtaining a nutrient medium and cultivating microorganisms are produced within a single technological process at the oil production site.

Кроме того, предлагаемое использование попутного газа позволяет снизить объемы его сжигания, т.е. снизить вредное воздействие этого процесса сжигания на окружающую среду.In addition, the proposed use of associated gas makes it possible to reduce the volume of its combustion, i.e. reduce the harmful effects of this incineration process on the environment.

Дрожжи Hansenula polymorpha, культивируемые на предложенной питательной среде, утилизируют получаемый из попутного газа метанол-сырец с высоким выходом биомассы дрожжей, содержащих микробный белок.The Hansenula polymorpha yeast cultivated on the proposed nutrient medium utilizes raw methanol obtained from associated gas with a high yield of yeast biomass containing microbial protein.

В отношении питательной среды следует также отметить, что используемые жидкие компоненты питательной среды не образуют с воздухом взрывоопасные смеси, по этой причине для осуществления заявленного способа не требуется оборудование в специальном взрывозащищенном исполнении со сложной системой непрерывного мониторинга и контроля состава газовой смеси метан-воздух, напротив, для реализации заявляемого способа используется простое оборудование, традиционно используемое при получении продукции с использованием микроорганизмов (ферментеры для ведения процесса в нестерильных условиях и другое технологическое оборудованиеWith regard to the nutrient medium, it should also be noted that the liquid components of the nutrient medium used do not form explosive mixtures with air, for this reason, to implement the claimed method, equipment in a special explosion-proof design with a complex system of continuous monitoring and control of the composition of the methane-air gas mixture is not required, on the contrary , for the implementation of the proposed method, simple equipment is used, traditionally used in the production of products using microorganisms (fermenters for conducting the process in non-sterile conditions and other technological equipment

Пример реализации указанного способа:An example of the implementation of this method:

Для приготовления питательной среды был использован метанол-сырец, полученный из попутного газа нефтяного месторождения, имеющего следующий состав:For the preparation of the nutrient medium, crude methanol was used, obtained from the associated gas of an oil field, having the following composition:

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Из попутного газа вышеуказанного состава был получен метанол-сырец, содержащий:From the associated gas of the above composition, crude methanol was obtained, containing:

Figure 00000005
Figure 00000005

Из этого же попутного газа был получен аммиак, который растворили в воде для получения гидроокиси аммония (NH4OH) до концентрации 22% вес.Ammonia was obtained from the same associated gas, which was dissolved in water to obtain ammonium hydroxide (NH4OH) to a concentration of 22 wt%.

Питательную среду готовили на водопроводной воде питьевого качества: с использованием метанола-сырца, гидроокиси аммония и минеральных солей следующего состава в расчете на 1 л:The nutrient medium was prepared using drinking-quality tap water: using raw methanol, ammonium hydroxide and mineral salts of the following composition per 1 liter:

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Процесс получения микробного кормового белкового продукта по заявляемому способу вели в стандартном ферментере с теплообменной рубашкой и мешалкой, изготовленном из нержавеющей стали, и имеющем рабочий объем 30 л (объем, занимаемый питательной средой).The process of obtaining a microbial fodder protein product according to the claimed method was carried out in a standard fermenter with a heat exchange jacket and a stirrer made of stainless steel, and having a working volume of 30 liters (the volume occupied by the nutrient medium).

В указанную питательную среду вносили посевной материал микроорганизмов в виде посевной культуры штамма культуры дрожжей Hansenula polymorpha, полученной на вышеуказанной питательной среде в качалочных колбах на термостатируемой качалке при температуре 42+/-1°С. Объем вносимого посевного материала составлял 10% от рабочего объема ферментера. Процесс культивирования осуществляли в непрерывном режиме со скоростью разбавления 0,12+/-0,02 ч-1. Процесс культивирования вели при температуре 42+/-1°С, значении рН 4,0+/-0,1, концентрации растворенного кислорода 25+/-5%, числе оборотов мешалки 500-800 об/мин, объемной скорости подачи воздуха на аэрацию культуры 40-50+/-2 л/мин, давлении в сосуде ферментера 1,2-2,7+/-0,2 кг/см2. Длительность непрерывного процесса культивирования составила 458 часов. Средняя удельная продуктивность процесса по биомассе дрожжей в пересчете на абсолютно сухой вес составила 14,8 г/л/час.The inoculum of microorganisms was introduced into the specified nutrient medium in the form of a seed culture of the Hansenula polymorpha yeast culture strain obtained on the above nutrient medium in shaking flasks on a thermostatted shaker at a temperature of 42 +/- 1 ° C. The volume of inoculated material was 10% of the working volume of the fermenter. The cultivation process was carried out in a continuous mode with a dilution rate of 0.12 +/- 0.02 h-1. The cultivation process was carried out at a temperature of 42 +/- 1 ° С, a pH value of 4.0 +/- 0.1, a dissolved oxygen concentration of 25 +/- 5%, a stirrer speed of 500-800 rpm, a volumetric air flow rate of aeration of the culture 40-50 +/- 2 l / min, the pressure in the fermenter vessel is 1.2-2.7 +/- 0.2 kg / cm2. The duration of the continuous cultivation process was 458 hours. The average specific productivity of the process in terms of yeast biomass in terms of absolutely dry weight was 14.8 g / l / h.

Полученную биомассу дрожжей концентрировали с помощью центробежной сепарации до концентрации биомассы 15+/-2% по абсолютно сухому весу. Сконцентрированную биомассу гранулировали в грануляторе с добавлением картофельного крахмала с соотношением вносимого крахмала к сырой биомассе в диапазоне 20-30% (вес).The obtained yeast biomass was concentrated using centrifugal separation to a biomass concentration of 15 +/- 2% by absolute dry weight. The concentrated biomass was granulated in a granulator with the addition of potato starch with a starch to wet biomass ratio in the range of 20-30% (weight).

Гранулированную биомассу дрожжей высушивали в вакуумном сушильном шкафу до остаточной влажности 8-10%. Содержание микробного белка в сухом гранулированном продукте составило от 28 до 36%.The granulated yeast biomass was dried in a vacuum drying oven to a residual moisture content of 8-10%. The content of microbial protein in the dry granular product ranged from 28 to 36%.

Claims (10)

1. Питательная среда для культивирования дрожжей, содержащая метанол и минеральные соли, являющиеся источниками калия, фосфора, магния, железа и кальция, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит водный раствор аммиака, диметиловый эфир и дрожжевой экстракт, при этом метанол, диметиловый эфир и аммиак для водного раствора получены из попутного нефтяного газа, при следующем содержании компонентов в 1 л среды:1. Nutrient medium for yeast cultivation, containing methanol and mineral salts, which are sources of potassium, phosphorus, magnesium, iron and calcium, characterized in that it additionally contains an aqueous solution of ammonia, dimethyl ether and yeast extract, while methanol, dimethyl ether and ammonia for an aqueous solution is obtained from associated petroleum gas, with the following content of components in 1 liter of medium: - метанол 23,10 г;- methanol 23.10 g; - диметиловый эфир 0,07 г;- dimethyl ether 0.07 g; - водный раствор аммиака (NH4OH) 3,50 г;- an aqueous solution of ammonia (NH4OH) 3.50 g; - K2HPO4 2,00 г;- K2HPO4 2.00 g; - MgSO4*7H2O 0,50 г;- MgSO4 * 7H2O 0.50 g; - FeSO4*7H2O 0,01 г;- FeSO4 * 7H2O 0.01 g; - CaCl2 0,10 г;- CaCl2 0.10 g; - дрожжевой экстракт 10,00 г.- yeast extract 10.00 g. 2. Способ получения питательной среды по п.1 для культивирования дрожжей, отличающийся тем, что питательную среду получают из попутного нефтяного газа, при этом проводят очистку попутного нефтяного газа от неорганических соединений серы и бензина с получением технологического газа, из которого затем получают метанол-сырец в виде смеси метанола, диметилового эфира и воды при содержании метанола от 84,0 до 96,0%, диметилового эфира от 0,1% до 3,6%, воды от 3,0% до 15% и азотсодержащий компонент в виде водного раствора аммиака - гидроокиси аммония с содержанием аммиака от 5% до 30%, затем готовят питательную среду для культивирования биомассы дрожжей, растворяя в воде в определенной концентрации углеродсодержащий компонент метанол-сырец, азотсодержащий компонент гидроокись аммиака, минеральные соли, являющиеся источниками калия, фосфора, магния, железа и кальция, а также дрожжевой экстракт, являющийся источником ростовых свойств питательной среды. 2. A method of obtaining a nutrient medium according to claim 1 for cultivating yeast, characterized in that the nutrient medium is obtained from associated petroleum gas, while the associated petroleum gas is purified from inorganic sulfur compounds and gasoline to obtain a process gas, from which methanol is then obtained; crude in the form of a mixture of methanol, dimethyl ether and water with a methanol content from 84.0 to 96.0%, dimethyl ether from 0.1% to 3.6%, water from 3.0% to 15%, and a nitrogen-containing component in the form an aqueous solution of ammonia - ammonium hydroxide with an ammonia content of 5% to 30%, then prepare a nutrient medium for the cultivation of yeast biomass, dissolving in water at a certain concentration the carbon-containing component raw methanol, nitrogen-containing component ammonia hydroxide, mineral salts, which are sources of potassium, phosphorus , magnesium, iron and calcium, as well as yeast extract, which is the source of the growth properties of the nutrient medium.
RU2020126272A 2020-08-06 2020-08-06 Nutrient medium for the cultivation of yeast biomass and a method for its production RU2742472C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020126272A RU2742472C1 (en) 2020-08-06 2020-08-06 Nutrient medium for the cultivation of yeast biomass and a method for its production

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020126272A RU2742472C1 (en) 2020-08-06 2020-08-06 Nutrient medium for the cultivation of yeast biomass and a method for its production

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2742472C1 true RU2742472C1 (en) 2021-02-08

Family

ID=74554751

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020126272A RU2742472C1 (en) 2020-08-06 2020-08-06 Nutrient medium for the cultivation of yeast biomass and a method for its production

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2742472C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU825615A1 (en) * 1979-08-02 1981-04-30 Vnii Biosinteza Culture medium for culturing microorganisms
SU952956A1 (en) * 1980-07-30 1982-08-23 Волго-Уральский научно-исследовательский и проектный институт по добыче и переработке сероводородсодержащих газов Culture medium for yeast
RU2174953C1 (en) * 2000-04-10 2001-10-20 Щукин Алексей Владимирович Method of combined preparation of ammonia and methanol
CN105861343B (en) * 2016-05-23 2019-05-07 南京工业大学 One plant of polymorpha and its application for preparing high-lysine single cell protein using methanol

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU825615A1 (en) * 1979-08-02 1981-04-30 Vnii Biosinteza Culture medium for culturing microorganisms
SU952956A1 (en) * 1980-07-30 1982-08-23 Волго-Уральский научно-исследовательский и проектный институт по добыче и переработке сероводородсодержащих газов Culture medium for yeast
RU2174953C1 (en) * 2000-04-10 2001-10-20 Щукин Алексей Владимирович Method of combined preparation of ammonia and methanol
CN105861343B (en) * 2016-05-23 2019-05-07 南京工业大学 One plant of polymorpha and its application for preparing high-lysine single cell protein using methanol

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8409823B2 (en) Integrated process for the production of bio-oil from micro-organisms
CN101748161B (en) Succinic acid purification process through anaerobic fermentation
US20240109028A1 (en) Device and Method for the Sequestration of Atmospheric Carbon Dioxide
RU2749884C2 (en) Method of improved fermentation with the help of microorganisms
Talbot et al. Cultivation of microalgae using flash hydrolysis nutrient recycle
JP2011234676A (en) Biofuel production method using microalgae
EP2670715A1 (en) Installation and method for biomass conversion into methane
RU2742472C1 (en) Nutrient medium for the cultivation of yeast biomass and a method for its production
EP1123896B1 (en) Method for producing high concentration carbon dioxide product
NO146331B (en) PROCEDURE FOR THE PREPARATION OF A SINGLE CELL PROTEIN MATERIAL FOR THE CULTIVATION OF THERMOPHILE BACTERIES
KR20180000427A (en) Sequential Operating System of Mineralization Process and Microalgal Cultivation for Mass Reduction of Carbon Dioxide and Production of High-value Products
RU2731517C1 (en) Method of producing yeast biomass for production of fodder protein product
CN106544293A (en) A kind of method that use Pichia sp. fermentation bacterium mud produces Clostridium butyricum
CN116676233A (en) Method for producing single-cell protein by methane oxidizing bacteria through methane
RU2699293C1 (en) Method of producing biomass of methane-oxidising bacteria
NO140800B (en) PROCEDURE FOR THE PRODUCTION OF SINGLE PROTEIN BY CULTIVATING A MIXED CULTURE OF MICRO-ORGANISMS
CN105039163A (en) Method for cultivating Chlorella by waste water and gas discharged by instant noodles manufacturers
RU2032737C1 (en) Method of growing methane-oxidizing microorganisms
GB2592841A (en) Treatment of carbon dioxide containing materials with algae
RU2755539C1 (en) Method for producing a biomass of methane-oxidising microorganisms and a line for production thereof
RU2811519C2 (en) Nutrient composition and improved methods of obtaining biomass and value added product
FI123751B (en) METHOD FOR PROCESSING BIOLOGICAL MATERIAL
SU1655980A1 (en) Method of producing biomass of microorganisms
SU1712420A1 (en) Method for cultivation of microorganisms
US20130095468A1 (en) Method and Apparatus for Producing Ammonia and Nitrogen Fertilizer Using Nitrogen Fixing Bacteria