RU2779644C1 - Способ получения микробной белковой массы и система для его осуществления - Google Patents
Способ получения микробной белковой массы и система для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2779644C1 RU2779644C1 RU2020139441A RU2020139441A RU2779644C1 RU 2779644 C1 RU2779644 C1 RU 2779644C1 RU 2020139441 A RU2020139441 A RU 2020139441A RU 2020139441 A RU2020139441 A RU 2020139441A RU 2779644 C1 RU2779644 C1 RU 2779644C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fermenter
- gas
- injector
- gas separator
- inlet
- Prior art date
Links
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 title claims abstract description 25
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 title claims abstract description 25
- 230000000813 microbial Effects 0.000 title claims abstract description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 99
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 claims abstract description 40
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 40
- 230000001580 bacterial Effects 0.000 claims abstract description 18
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims abstract description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 14
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000002572 peristaltic Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 20
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 16
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 12
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 12
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 10
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 6
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims description 5
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 5
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 claims description 2
- 159000000007 calcium salts Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 claims description 2
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000002906 microbiologic Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 16
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 15
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 12
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 10
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 9
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 7
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 6
- 241000589346 Methylococcus capsulatus Species 0.000 description 6
- 239000002609 media Substances 0.000 description 6
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 5
- 230000035764 nutrition Effects 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 3
- 230000001450 methanotrophic Effects 0.000 description 3
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 3
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000011684 sodium molybdate Substances 0.000 description 3
- 235000015393 sodium molybdate Nutrition 0.000 description 3
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 3
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N Boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000589348 Methylomonas methanica Species 0.000 description 2
- 229910015621 MoO Inorganic materials 0.000 description 2
- TVXXNOYZHKPKGW-UHFFFAOYSA-N Sodium molybdate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Mo]([O-])(=O)=O TVXXNOYZHKPKGW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 239000012531 culture fluid Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L mgso4 Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 2
- 230000005501 phase interface Effects 0.000 description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- KTVIXTQDYHMGHF-UHFFFAOYSA-L Cobalt(II) sulfate Chemical compound [Co+2].[O-]S([O-])(=O)=O KTVIXTQDYHMGHF-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L Copper(II) sulfate Chemical compound [Cu+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 235000010469 Glycine max Nutrition 0.000 description 1
- 240000007842 Glycine max Species 0.000 description 1
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L Iron(II) sulfate Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- SQQMAOCOWKFBNP-UHFFFAOYSA-L Manganese(II) sulfate Chemical compound [Mn+2].[O-]S([O-])(=O)=O SQQMAOCOWKFBNP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 241000589350 Methylobacter Species 0.000 description 1
- 241000589345 Methylococcus Species 0.000 description 1
- 241001533218 Methylococcus sp. Species 0.000 description 1
- 241000589964 Methylocystis parvus Species 0.000 description 1
- 241001533197 Methylomicrobium agile Species 0.000 description 1
- 241000589353 Methylomonas rubra Species 0.000 description 1
- 241000589354 Methylosinus Species 0.000 description 1
- 241000589349 Methylosinus sporium Species 0.000 description 1
- 235000019764 Soybean Meal Nutrition 0.000 description 1
- 229940029983 VITAMINS Drugs 0.000 description 1
- 229940021016 Vitamin IV solution additives Drugs 0.000 description 1
- 229940091251 Zinc Supplements Drugs 0.000 description 1
- NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L Zinc sulfate Chemical compound [Zn+2].[O-]S([O-])(=O)=O NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L cacl2 Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052803 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 229910000361 cobalt sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940044175 cobalt sulfate Drugs 0.000 description 1
- KYYSIVCCYWZZLR-UHFFFAOYSA-N cobalt(2+);dioxido(dioxo)molybdenum Chemical compound [Co+2].[O-][Mo]([O-])(=O)=O KYYSIVCCYWZZLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 229910000365 copper sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000002255 enzymatic Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable Effects 0.000 description 1
- 239000011790 ferrous sulphate Substances 0.000 description 1
- 235000003891 ferrous sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 239000001963 growth media Substances 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910000359 iron(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 229940099596 manganese sulfate Drugs 0.000 description 1
- 239000011702 manganese sulphate Substances 0.000 description 1
- 235000007079 manganese sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000357 manganese(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- ISPYRSDWRDQNSW-UHFFFAOYSA-L manganese(II) sulfate monohydrate Chemical compound O.[Mn+2].[O-]S([O-])(=O)=O ISPYRSDWRDQNSW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000002503 metabolic Effects 0.000 description 1
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 1
- 244000005706 microflora Species 0.000 description 1
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 description 1
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 1
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- -1 sodium molybdate sulfates Chemical class 0.000 description 1
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000009331 sowing Methods 0.000 description 1
- 239000004455 soybean meal Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 1
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 1
- 229930003231 vitamins Natural products 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000368 zinc sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229960001763 zinc sulfate Drugs 0.000 description 1
- XAEWLETZEZXLHR-UHFFFAOYSA-N zinc;dioxido(dioxo)molybdenum Chemical compound [Zn+2].[O-][Mo]([O-])(=O)=O XAEWLETZEZXLHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Группа изобретений относится к микробиологической промышленности, а именно к технологии получения микробной белковой массы штамма метанокисляющих бактерий. Предложены способ и система получения микробной белковой массы штамма метанокисляющих бактерий. Ферментацию осуществляют в замкнутой системе с использованием трубного ферментера, газоотделителя, теплообменника и инжектора, через который подают природный газ. Исходные растворы для жизнедеятельности бактерий дозируют из ёмкостей перистальтическими насосами в промежуточную ёмкость, откуда насосом подают в блок ферментера. Из ферментера суспензию подают в газоотделитель, затем из газоотделителя с помощью циркуляционного насоса через теплообменник направляют на инжектор. Из инжектора газовая эмульсия снова подается в трубный ферментер. После ферментера бактериальную суспензию распыляют форсункой газоотделителя и отводят из блока ферментера насосом. Газовая фаза из ферментера выводится через газоотделитель. Технический результат – повышение производительности микробного белка на основе метанокисляющих бактерий. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к технологии получения микробной белковой массы штамма метанокисляющих бактерий, являющихся продуцентом микробной белковой массы, и используемых в сельском хозяйстве для кормления животных.
На сегодняшний день в России имеется дефицит кормовых продуктов.
Основным источником белкового продукта является соевый шрот. Однако природные условия России не благоприятны для выращивания сои в достаточных количествах и оптимальным решением является поиск других способов производства кормового белка.
Одним из перспективных путей получения полноценного белкового кормового продукта являются метанотрофные бактерии, продуцирующие белок. Метанотрофные бактерии в подходящих условиях активно перерабатывают природный газ, быстро размножаются и наращивают свою биомассу, богатую ценным белком, витаминами и иными биологически активными веществами.
В настоящее время в качестве таких бактерий используют штаммы: Pseudomonas methanica, Methylococcus capsulatus BKM B-2116, Methylocystis parvus BKM B-2129, Methylosinus sporium BKM B-2123, Methylosinus trichospohum BKM B-2117, Methylobacter acidophilus, Methylomonas rubra ВСБ-90, Methylococcus sp. ЧМ-9, Methylococcus capsulatus ВСБ-874, Methylococcus minimus, Methylomonas methanica, Methylomonas agile.
К недостаткам указанных штаммов относится невысокая скорость роста и нестабильное содержание белка, которое в большинстве случаев ниже 70%, а также потребность в повышенных количествах биостимулятора, в частности автолизата, которая проявляется при выращивании штамма в асептических лабораторных условиях.
Известен патент RU2613365, опубл.: 16.03.2017., в котором описан способ получения микробного белка на основе метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus ГБС-15 в непрерывном режиме в ферментере эжекционного типа объемом 40 л (рабочий объем - 25 л) с непрерывной подачей питательной среды содержащей следующие компоненты (на 1 л среды):
Фосфорная кислота H3РО4 (70%) - 0,35 мл
Хлористый калий KCl - 0,125 г
Сульфат магния MgSO4×7H2О - 0,105 г
Сульфат железа FeSO4×7H2О - 10,75 мг
Сульфат меди CuSO4×5H2О - 10 мг
Сульфат марганца MnSO4×5H2О - 9,5 мг
Борная кислота H3ВО3 - 6,25 мг
Сульфат цинка ZnSO4×7H2О - 1,5 мг
Сульфат кобальта CoSO4×7H2О - 0,25 мг
Натрий молибденовокислый Na2МоO4×2H2О - 0,25 мг
Процесс выращивания осуществляли при температуре 42°С и рН среды выращивания 5,6-5,8. Значение рН поддерживали 10%-ным раствором аммиачной воды. Регулирование температуры процесса осуществляли подачей охлаждающей воды в теплообменник аппарата.
Расход природного газа и воздуха на 1 л культуральной среды составляли 15 и 45 л/час соответственно.
Культуру выращивали при атмосферном давлении, температуре 42°С и при перепаде температур от 40° до 45°С, величине рН 5,6 и при коэффициенте скорости протока 0,25 ч-1, концентрация биомассы в ферментере составляла 10-11 г/л.
Наиболее близким аналогом является способ получения микробного белка на основе метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus ГБС-15 (патент RU2720121, опубликовано: 2020.04.24), который предусматривает приготовление питательной среды, состоящей из калия, магния, железа (II), меди, марганца, цинка, кобальта и молибдата натрия заданной концентрации с добавлением фосфорной кислоты, ферментацию бактериальных культур с постоянной подачей культуральной жидкости, раствора аммиака и газовой смеси при температуре 40-45°С в непрерывном протоке 0,2-0,3 объема ферментера в час. Затем осуществляют сепарацию с получением готового продукта. При этом отработанную культуральную жидкость после сепарации возвращают через накопительную емкость на стадию ферментации в объеме от 10 до 95% от общего количества используемой воды, обогащают недостающими минеральными солями до заданных концентраций в культуральной жидкости с последующим продолжением ферментации бактериальной культуры.
Получение микробного белка на основе природного газа представляет ферментативный процесс на минеральной питательной среде. Процесс приготовления питательной среды состоит из нескольких стадий:
- приготовление индивидуальных растворов минеральных солей заданной концентрации на подготовленной воде (сульфаты калия, магния, железа (II), меди, марганца, цинка, кобальта, борной кислоты и молибдата натрия);
- приготовление концентрированного раствора солей путем дозирования в отдельную емкость расчетного количества готовых индивидуальных растворов минеральных солей, фосфорной кислоты и подготовленной воды;
- подготовку воды осуществляют путем очистки ее от механических примесей, отдельных нежелательных компонентов и микроорганизмов.
Засев ферментера осуществляют штаммом культуры Methylococcus capsulatus ГБС-15 ассоциацией микроорганизмов, которые позволяют утилизировать органические продукты метаболизма основной культуры.
Процесс ведут в протоке (0,2-0,3 объема ферментера в час) с непрерывной подачей раствора минеральных солей и фосфорной кислоты, раствора аммиака, растворов солей кальция, натрия и газовой смеси при температуре 40-45°С.
Образующуюся в процессе ферментации суспензию сепарируют, разделяя биомассу и отработанную культуральную жидкость, состоящую из непотребленных элементов минерального питания, продуктов жизнедеятельности бактерий, таких как пептиды, аминокислоты, растворимые углеводы и др.
В прототипе разработан процесс возврата отработанной культуральной жидкости от 10 до 95% в процесс ферментации вместо воды. При этом контролируется как подача отработанной культуральной жидкости, так и подача концентрированного раствора солей для сбалансированности состава минерального питания. Кроме того, оставшаяся после сепарации живая микрофлора, состоящая как из основной культуры, так и спутников, перерабатывающих метаболиты основной культуры, позволяют повысить продуктивность процесса на 10-30%. Качество получаемого продукта соответствует всем требованиям, предъявляемым к микробному белку на основе углеводородного сырья, производимого с использованием очищенной воды.
Культуру выращивали при атмосферном давлении, при коэффициенте скорости протока 0,25 ч-1, концентрация биомассы в ферментере составляла 10-11 г/л.
При использовании такого режима культивирования в течение длительного времени, с использованием природного газа различного состава (с содержанием метана от 85% об. до 99,9% об.) процесс шел стабильно и качество получаемой биомассы соответствовало по составу биомассе, получаемой при культивировании без возврата отработанной культуральной жидкости.
Технической проблемой прототипа при получении микробного белка на основе метанокисляющих бактерий является невозможность подбора оптимальных условий перемешивания суспензии и газовой фазы в инжекторе, обеспечивающих дробление газовой составляющей с образованием мелкодисперсной газовой эмульсии, что снижает площадь контакта фаз газ-жидкость и как следствие - снижает массообмен (меньше газа может быть поглощено бактериями). Все это уменьшает количество выработки культуры на единицу времени.
Кроме того, в способе по прототипу не описано, что используют средства для удаления из газовой эмульсии углекислого газа и насыщение её кислородом.
Задача изобретения - устранение указанных технических проблем.
Технический результат - повышение производительности микробного белка на основе метанокисляющих бактерий.
Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен способ получения микробной белковой массы, характеризующийся:
- приготовлением индивидуальных растворов минеральных солей заданной концентрации на подготовленной воде;
- приготовлением концентрированного раствора солей путем дозирования в отдельную емкость расчетного количества готовых индивидуальных растворов минеральных солей, фосфорной кислоты и подготовленной воды;
- засевом ферментера осуществляют штаммом культуры бактерий;
- ведением процесса в протоке с непрерывной подачей исходного раствора минеральных солей, кислот, растворов солей кальция, натрия и газовой смеси при температуре 40-45°С;
- сепарацией образующейся в процессе ферментации суспензии,
отличающийся тем, что ферментацию осуществляют в замкнутой системе с использованием трубного ферментера, газоотделителя, теплообменника и инжектора, причем в ферментор подают питательный раствор, воздух компрессором и природный газ через инжектор; сепарацию образующейся в процессе ферментации суспензии осуществляют через газоотделитель, в нижнюю часть которого подводят воздух, а через верхнюю насосом подают исходные растворы, необходимые для жизнедеятельности бактерий, которые предварительно дозируют в общую промежуточную ёмкость; из ферментора суспензию подают в газоотделитель, затем из газоотделителя с помощью циркуляционного насоса через теплообменник направляют на инжектор; из инжектора газовая эмульсия снова подается в трубный ферментер, где готовую бактериальную суспензию распыляют форсункой газоотделителя и отводят из блока ферментера насосом, а газовая фаза из ферментора выводится через газоотделитель.
Допустимо, что суспензия из трубного ферментера подаётся в нижнюю часть газоотделителя, перемешивая находящуюся в нём суспензию.
Допустимо, что природный газ и воздух подводят в нижнюю часть газоотделителя через форсунки.
Допустимо, что исходные питательные растворы подаются в газоотделитель независимо.
Также заявлена система получения микробной белковой массы, состоящая из ферментора, емкостей исходных растворов индивидуальных растворов минеральных солей заданной концентрации на подготовленной воде, сепаратора образующейся в процессе ферментации суспензии, отличающаяся тем, что система является замкнутой и состоящей из трубного ферментера, газоотделителя, теплообменника и инжектора, причем на вход ферментора подведены: патрубок подачи питательного раствора, патрубок подачи воздуха под давлением и патрубок подачи природного газа, который соединен со входом ферментора через ввод в конфузор инжектора; к нижней части газоотделителя подключен патрубок подачи воздуха и патрубок для отвода бактериальной суспензии, а к верхней части газоотделителя подключены: канал отвода газов, выходной канал ферментора и выходной канал промежуточной емкости с исходными растворами, входной канал которой является общим выходным каналом емкостей с исходными растворами, необходимых для жизнедеятельности бактерий; патрубок газоотделителя подключен через циркуляционный насос ко входу теплообменника и через дополнительный насос к выпускному каналу; выход теплообменника подключен ко входу инжектора, а выход инжектора подключен ко входу в трубный ферментер.
Предпочтительно, инжектор выполнен, имеющим приёмную камеру, конфузорно-диффузорный переход и ввод для обеспечения подачи газа в конфузор, причем корпус инжектора представляет собой вытянутую трубку с цилиндрической головной частью, где головная цилиндрическая часть изнутри имеет сужение в форме усеченного конуса, отличающийся тем, что вход в приёмную камеру инжектора расположен тангенциально оси цилиндрической головной части, а конфузорно-диффузорный переход образован сменными шайбами разных диаметров с внутренним отверстием в форме усеченного конуса.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показан пример схемы системы для получения микробной белковой массы, реализующий заявленный способ.
На Фиг.2 показан пример конструктивного исполнения инжектора.
Осуществление изобретения
Изобретение может быть реализовано на примере системы, схема которой показан на Фиг.1.
Исходные растворы, необходимые для жизнедеятельности бактерий дозируются из ёмкостей 5.1-5.9 перистальтическими насосами 11.1-11.8 в промежуточную ёмкость 5.10, откуда насосом 8 подаются в блок ферментера.
Блок ферментера состоит из трубного ферментера 1, газоотделителя 2, инжектора 3, теплообменника 4 и циркуляционного насоса 7. В блок ферментера подводятся: питательные растворы, природный газ и воздух, необходимые для жизнедеятельности бактерий.
Перед началом работы стенд засевается рабочим штаммом бактерий.
В процессе работы стенда циркуляционный насос 7 забирает суспензию из газоотделителя 2 и подаёт её на теплообменник 4 и инжектор 3. Инжектор 3 предназначен для насыщения суспензии природным газом и образования газовой эмульсии с сильно развитой поверхностью раздела фаз, способствующей увеличению массообмена газ-жидкость. Из инжектора 3 газовая эмульсия подаётся в длинную трубу – трубный ферментер 1.
В трубном ферментере 1 природный газ из газовых пузырьков переходит в жидкую фазу, а углекислый газ, образовавшийся в процессе жизнедеятельности бактерий из жидкой фазы в газовую. Бактериальная суспензия из трубного ферментера 1 распыляется форсункой газоотделителя 2.
Природный газ переходит в жидкую фазу за счёт разности концентраций природного газа в газовой фазе и жидкости поскольку в жидкости он постоянно поглощается бактериями. Углекислый газ так же переходит из жидкой фазы в газовую из-за разности концентраций, так как в жидкость выделяется бактериями удаляется из газовой фазы вместе с абгазами в газоотделителе.
В газоотделителе 2 уровень жидкости поддерживается на минимальном значении, достаточном для устойчивой работы циркуляционного насоса 7.
В блок ферментора подаются питательный раствор (насосом 8), воздух компрессором 6 и природный газ через инжектор 3. Газовая фаза из блока ферментора выводится через газоотделитель 2. Жидкая фаза (бактериальная суспензия) выводится насосом 10. Регулировка уровня жидкости осуществляется регулированием подачи насосом 8 и отвода насосом 10.
В нижнюю часть газоотделителя 2 подводится воздух.
В газоотделителе 2 при распылении суспензии образуются струи и капли обеспечивающие большую поверхность массообмена. Струи образуются за счёт центробежных сил, возникающих при закручивании потока жидкости в форсунке. А при выходе из форсунки на большой скорости центробежные силы разрывают сплошной поток и образуются капли.
Суспензия насыщается кислородом, а накопившийся углекислый газ удаляется. Кратность циркуляции суспензии в блоке ферментора может быть установлена от 50 до 250 в час. Готовая бактериальная суспензия отводится из блока ферментера насосом 10.
Функциональная роль газоотделителя - удаление из газовой эмульсии углекислого газа и насыщение её кислородом.
Функциональная роль блока приготовления питательных растворов - создание ионного раствора необходимого для жизнедеятельности (питания) бактерий и подача его в блок ферментора. В блок входят ёмкости 5.1-5.10, насосы 11.1-11.8, насос 8, система трубопроводов 16 вплоть до крана 15.
Функциональная роль блока теплообмена – поднятие температуры системы в начале до температуры максимальной активности бактерий (40-45°С), а затем отвод избыточного тепла, выделяемого бактериями при жизнедеятельности, с поддержанием оптимальной температуры (40-45°С). Блок теплообмена состоит из теплообменника 4, калорифера-охладителя 12, нагревателя 13, буферной ёмкости 14 и циркуляционного насоса 9, соединительные трубопроводы (на чертеже отрисованы, но не обозначены). В блоке теплообмена 4 циркулирует вода, поддерживая заданную температуру бактериальной суспензии.
Функциональная роль блока ферментора – поддержание установленного объёма бактериальной массы, обеспечение равномерного снабжения этой массы питательным раствором, природным газом, кислородом, отвод образовавшегося в процессе жизнедеятельности бактерий углекислого газа. В данный блок входит всё не вошедшее в блоки приготовления питательных растворов и теплообмена.
Принцип работы системы и реализации способа состоит в следующем.
Исходные растворы, необходимые для жизнедеятельности бактерий дозируются из ёмкостей 5.1-5.9 перистальтическими насосами 11.1-11.8 в промежуточную ёмкость 5.10, откуда насосом 8 подаются в блок ферментера. В качестве растворов могут использоваться NaOH, CaCl, (NH4)2SO4, Na2SO4, H2SO4, NH4OH, минеральное питание (раствор солей H3РО4, KCl, MgSO4×7H2О, FeSO4×7H2О, СuSО4×5H2О, MnSO4×5H2О, H3ВО3, ZnSO4×7H2О, CoSO4×7H2О, Na2MoO4×2H2О.
В блок ферментера подводятся: питательные растворы природный газ (метан CH4) и воздух, необходимые для жизнедеятельности бактерий.
Компоненты питательных растворов, необходимые для жизнедеятельности бактерий дозируются из ёмкостей 5.1-5.9 перистальтическими насосами 11.1-11.8 в промежуточную ёмкость 5.10, откуда насосом 8 подаются в блок ферментера.
Попадая в промежуточную ёмкость 5.10 растворы смешиваются. В зависимости от подачи насосов 11.1-11.8 можно получить заданную концентрацию итогового питательного раствора по необходимым компонентам. Готовый питательный раствор из промежуточной ёмкости 5.10 насосом 8 подаётся в блок ферментера.
Перед началом работы стенд засевается рабочим штаммом бактерий, например, штаммом метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus ГБС-15 или любым другим штаммом метанотрофных (потребляющих метан как основной источник питания) бактерий.
Суспензия насыщается кислородом, а накопившийся углекислый газ удаляется за счёт разности концентраций кислорода и углекислого газа в распыляемой суспензии и газовой фазе. Происходит абсорбция кислорода и десорбция углекислого газа.
Кратность циркуляции суспензии в блоке ферментора опытным путем проверялась при работе системы в диапазонах от 50 до 250 в час, но может быть скорректирована.
Повышение производительности микробного белка на основе метанокисляющих бактерий обеспечивается ферментацией в замкнутой системе с использованием трубного ферментера, газоотделителя, теплообменника и инжектора.
Сепарацию образующейся в процессе ферментации суспензии осуществляют через газоотделитель 2, в нижнюю часть которого подводят воздух, а через верхнюю насосом подают исходные растворы, необходимые для жизнедеятельности бактерий, которые предварительно дозируют в общую промежуточную ёмкость.
Суспензию подают в газоотделитель 2 из трубного ферментора 1, затем из газоотделителя с помощью циркуляционного насоса через теплообменник направляют на инжектор 3.
Реализовано это может быть за счет того, что к нижней части газоотделителя подключен патрубок подачи воздуха и выходной патрубок для отвода бактериальной суспензии, а к верхней части газоотделителя подключены: канал отвода газов, выходной канал ферментора и выходной канал промежуточной емкости с исходными растворами, входной канал которой является общим выходным каналом емкостей с исходными растворами, необходимых для жизнедеятельности бактерий.
Выходной патрубок для суспензии газоотделителя подключен через циркуляционный насос ко входу теплообменника и через дополнительный насос к выпускному каналу.
Выход теплообменника подключен ко входу инжектора, а выход инжектора подключен ко входу в трубный ферментер.
Форсунка распыления суспензии в верхней части газоотделителя выполнена с одним соплом зауженного сечения и внутренними завихрителями потока.
Из инжектора газовая эмульсия подается в трубный ферментер, где происходит массообмен между пузырьками газа и бактериальной суспензией. После ферментера бактериальную суспензию распыляют форсункой газоотделителя и отводят из блока ферментера насосом, а газовая фаза из ферментера выводится через газоотделитель.
Конструкция инжектора 3 также имеет свои особенности (см. Фиг.2).
При подборе оптимальных условий культивирования метанокисляющих бактерий, в зависимости от получаемого белка, от исходных растворов, от используемых штаммов метанокисляющих бактерий необходимо регулировать скорость потока внутри инжектора при установленных расходах жидкостного и газового потоков, для обеспечения образования устойчивой мелкодисперсной газовой эмульсии.
Корпус инжектора 3 представляет собой вытянутую трубку с цилиндрической головной частью 24. Головная цилиндрическая часть 24 изнутри имеет сужение 28 в форме усеченного конуса. Вход в приёмную камеру 17 инжектора расположен тангенциально оси цилиндрической головной части 24, что обеспечивает тангенциальный вход потока суспензии и, как следствие, закручивание потока жидкости в инжекторе и более равномерное распределение газовых пузырьков в суспензии.
В средней части корпуса инжектора 3 выполнен конфузорно-диффузорный переход 19 в виде сужения потока до горловины 30 с последующим плавным расширением. Начало сужения 29 потока конфузора 19 по диаметру соответствует малому основанию усеченного конуса сужения 28 головной цилиндрической части 24. При их совмещении возникает плавное сужение от головной цилиндрической части до горловины.
Сужение и расширение в конфузорно-диффузорном переходе 19 образовано шайбами 19.1-19.13 разных диаметров с внутренним отверстием в форме усеченного конуса, подбор которых можно регулировать и менять скорость и давление в месте сужения в зависимости от изменяемых в разных экспериментов объёмных и массовых потоков жидкости и газа.
Конфузор 19 инжектора 3 нужен для перемешивания потоков жидкости и газа. При прохождении через сужение и последующий диффузор происходит дробление крупных пузырей газа на мелкие с образованием газовой эмульсии с высокой площадью контакта фаз.
Благодаря наличию сменных шайб 19.1-19.13 площадь сужения конфузорно-диффузорного перехода 19 можно установить меньше основного проходного сечения инжектора в х2, х4, х8, х16, х32, х64 раза и соответственно увеличить на тоже самое значение скорость.
Через ввод 18 осуществляется подача газа в конфузор инжектора 3.
Наконечник 21 является съемным и обеспечивает возможность смены шайб 19.1-19.13 в инжекторе и подключения инжектора к технологическим трубопроводам.
Ввод 18 имеет наконечник 23 для обеспечения подачи газа в конфузор 19 инжектора при большой начальной скорости, снижающей вероятность образования крупных пузырей. Форма наконечника 23, предпочтительно, выполнена гидродинамической для снижения сопротивления потоку жидкости и исключения образования «карманов» завихрения потока или накопления газа.
Ввод 18 фиксируется на корпусе инжектора в его головной части 24 с помощью крышки 22, которая фиксируется к головной части 24 винтами 20. К самой крышке 22 ввод фиксируется с помощью винтов 25. Для герметичности фиксации крышки 22 к головной части 24 предпочтительно использовать уплотнительное резиновое кольцо 27, установленное на крышке 22 в кольцевой канавке.
Два резиновых кольца уплотнения 26 расположены вокруг ввода и обеспечивают герметичность при возможности смещения ввода 18 в осевом направлении для подбора лучших условий смешения.
Принцип работы инжектора 3 заключается в следующем.
Циркуляционный насос подаёт суспензию в приёмную камеру 17 инжектора тангенциально, благодаря чему происходит завихрение потока суспензии. Завихрение потока сохраняется и на выходе из инжектора, что обеспечивает перемешивание суспензии и более равномерное распределение пузырьков газа. Через ввод 18 в конфузор 19 инжектора подаётся газ. Газовые пузыри увлекаются потоком суспензии в конфузоре 19, дробятся при прохождении сужения и диффузора на маленькие пузыри обеспечивающие большую площадь контакта фаз газ-жидкость.
Инжектор 3 обеспечивает смешение газа с жидкостью таким образом, чтобы площадь контакта фаз газ-жидкость была максимальной. Чем больше площадь контакта фаз, тем быстрее идёт массообмен, больше газа растворяется в жидкости в единицу времени и может быть поглощено бактериями.
Инжектор может быть также применим для насыщения суспензии воздухом и образования газовой эмульсии с сильно развитой поверхностью раздела фаз, способствующей увеличению массообмена газ-жидкость.
Заявленный инжектор обеспечивает эффективное образование газовой эмульсии и более равномерное распределение пузырьков газа при получении микробного белка на основе метанокисляющих бактерий, что увеличивает площадь контакта фаз газ-жидкость и как следствие - повышает массообмен (больше газа может быть поглощено бактериями). Все это увеличивает количество выработки культуры на единицу времени.
Claims (10)
1. Способ получения микробной белковой массы штамма метанокисляющих бактерий, характеризующийся:
- приготовлением индивидуальных растворов минеральных солей заданной концентрации на подготовленной воде;
- приготовлением концентрированного раствора солей путем дозирования в отдельную емкость расчетного количества готовых индивидуальных растворов минеральных солей, фосфорной кислоты и подготовленной воды;
- засевом ферментера осуществляют штаммом культуры бактерий;
- ведением процесса в протоке с непрерывной подачей исходного раствора минеральных солей, кислот, растворов солей кальция, натрия и газовой смеси при температуре 40-45°С;
- сепарацией образующейся в процессе ферментации суспензии,
отличающийся тем, что ферментацию осуществляют в замкнутой системе с использованием трубного ферментера, газоотделителя, теплообменника и инжектора, через который подают природный газ; сепарацию образующейся в процессе ферментации суспензии осуществляют через газоотделитель, в нижнюю часть которого подводят воздух; исходные растворы, необходимые для жизнедеятельности бактерий, дозируют из ёмкостей перистальтическими насосами в промежуточную ёмкость, откуда насосом подают в блок ферментера; из ферментера суспензию подают в газоотделитель, затем из газоотделителя с помощью циркуляционного насоса через теплообменник направляют на инжектор; из инжектора газовая эмульсия снова подается в трубный ферментер, после которого бактериальную суспензию распыляют форсункой газоотделителя и отводят из блока ферментера насосом, а газовая фаза из ферментера выводится через газоотделитель.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что суспензия из трубного ферментера подаётся в нижнюю часть газоотделителя, перемешивая находящуюся в нём суспензию.
3. Система получения микробной белковой массы штамма метанокисляющих бактерий, состоящая из ферментера, емкостей исходных растворов индивидуальных растворов минеральных солей заданной концентрации на подготовленной воде, сепаратора образующейся в процессе ферментации суспензии, отличающаяся тем, что система является замкнутой и состоящей из трубного ферментера, газоотделителя, теплообменника и инжектора, причем на вход газоотделителя подведены: патрубок подачи воздуха под давлением; патрубок подачи природного газа соединен со входом ферментера через ввод в конфузор инжектора; к нижней части газоотделителя подключен патрубок подачи воздуха и выходной патрубок для отвода бактериальной суспензии, а к верхней части газоотделителя подключены: канал отвода абгазов, выходной канал ферментера и выходной канал промежуточной емкости с исходными растворами, входной канал которой является общим выходным каналом емкостей с исходными растворами, необходимых для жизнедеятельности бактерий; выходной патрубок газоотделителя подключён через циркуляционный насос к входу теплообменника и через дополнительный насос к выпускному каналу; выход теплообменника подключен к входу инжектора, а выход инжектора подключен к входу в трубный ферментер.
4. Система по п.3, отличающая тем, что инжектор выполнен имеющим приёмную камеру, конфузорно-диффузорный переход и ввод для обеспечения подачи газа в конфузор, причем корпус инжектора представляет собой вытянутую трубку с цилиндрической головной частью, где головная цилиндрическая часть изнутри имеет сужение в форме усеченного конуса, при этом вход в приёмную камеру инжектора расположен тангенциально оси цилиндрической головной части, а конфузорно-диффузорный переход образован сменными шайбами разных диаметров с внутренним отверстием в форме усеченного конуса.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2779644C1 true RU2779644C1 (ru) | 2022-09-12 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4338199A (en) * | 1980-05-08 | 1982-07-06 | Modar, Inc. | Processing methods for the oxidation of organics in supercritical water |
| RU2064016C1 (ru) * | 1992-11-26 | 1996-07-20 | Акционерное общество открытого типа "Биотех" | Способ получения биомассы метанокисляющих микроорганизмов и способ управления непрерывным процессом получения биомассы метанокисляющих микроорганизмов |
| WO2002020728A2 (en) * | 2000-09-01 | 2002-03-14 | E.I. Dupont De Nemours And Company | High growth methanotrophic bacterial strain methylomonas 16a |
| RU2251568C1 (ru) * | 2003-10-01 | 2005-05-10 | Андрюхин Тимофей Яковлевич | Флотационный аппарат для выделения из суспензии микробной белковой массы и её концентрирования |
| RU2580646C1 (ru) * | 2015-08-03 | 2016-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ГИПРОБИОСИНТЕЗ" | Ферментационная установка для метанассимилирующих микроорганизмов |
| RU2720121C1 (ru) * | 2019-10-29 | 2020-04-24 | Ооо "Гипробиосинтез" | Способ получения микробного белка на основе углеводородного сырья |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4338199A (en) * | 1980-05-08 | 1982-07-06 | Modar, Inc. | Processing methods for the oxidation of organics in supercritical water |
| US4338199B1 (ru) * | 1980-05-08 | 1988-11-15 | ||
| RU2064016C1 (ru) * | 1992-11-26 | 1996-07-20 | Акционерное общество открытого типа "Биотех" | Способ получения биомассы метанокисляющих микроорганизмов и способ управления непрерывным процессом получения биомассы метанокисляющих микроорганизмов |
| WO2002020728A2 (en) * | 2000-09-01 | 2002-03-14 | E.I. Dupont De Nemours And Company | High growth methanotrophic bacterial strain methylomonas 16a |
| RU2251568C1 (ru) * | 2003-10-01 | 2005-05-10 | Андрюхин Тимофей Яковлевич | Флотационный аппарат для выделения из суспензии микробной белковой массы и её концентрирования |
| RU2580646C1 (ru) * | 2015-08-03 | 2016-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ГИПРОБИОСИНТЕЗ" | Ферментационная установка для метанассимилирующих микроорганизмов |
| RU2720121C1 (ru) * | 2019-10-29 | 2020-04-24 | Ооо "Гипробиосинтез" | Способ получения микробного белка на основе углеводородного сырья |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ТЕКУТЬЕВA Л.A. и др. Технологический комплекс производства кормовых белковых концентратов, Вестник науки и образования, 2018, no.12(48), с. 67-74. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2607782C1 (ru) | Биореактор для выращивания метанутилизирующих микроорганизмов | |
| RU2580646C1 (ru) | Ферментационная установка для метанассимилирующих микроорганизмов | |
| CN103917652B (zh) | 启动用于由一氧化碳和氢气制备含氧有机化合物的深槽厌氧发酵反应器的方法 | |
| US5362635A (en) | Process for the production of an amino acid using a fermentation apparatus | |
| CN102311924B (zh) | 一种敞开式培养微藻的方法 | |
| US20220325220A1 (en) | Bioreactors for growing micro-organisms | |
| JPS6212988B2 (ru) | ||
| CN102311922B (zh) | 一种微藻高效培养的方法 | |
| CN102741390A (zh) | 厌氧工艺 | |
| CN114806810A (zh) | 一种氧气微纳气泡增强好氧发酵生物反应器及其应用 | |
| RU2779644C1 (ru) | Способ получения микробной белковой массы и система для его осуществления | |
| RU202955U1 (ru) | Инжектор с изменяемой площадью сечения конфузора для создания газовой эмульсии при получении микробного белка на основе метанокисляющих бактерий | |
| RU2743581C1 (ru) | Ферментационная установка для культивирования метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus | |
| RU2762273C2 (ru) | Установка для получения биомассы аэробных микроорганизмов | |
| US4808534A (en) | Method and apparatus for the microbiological production of single-cell protein | |
| Tao et al. | Enhanced Cellulase Production in Fed‐Batch Solid State Fermentation of Trichoderma virideSL‐1 | |
| RU2769129C1 (ru) | Ферментационная установка для культивирования метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus | |
| KR102086617B1 (ko) | 호기성 미생물의 바이오매스 생산방법 | |
| RU203069U1 (ru) | Газоотделитель для получения микробной белковой массы | |
| RU2458147C2 (ru) | Способ управления процессом культивирования фотоавтотрофных микроорганизмов | |
| CN212982940U (zh) | 一种色氨酸发酵生产装置 | |
| RU2720121C1 (ru) | Способ получения микробного белка на основе углеводородного сырья | |
| CN107058087A (zh) | 硝化菌连续培养装置及其培养方法 | |
| RU2128701C1 (ru) | Способ получения биомассы фотоавтотрофных микроорганизмов и установка для его осуществления | |
| RU193750U1 (ru) | Усовершенствованный петельный ферментер |