RU2807059C1 - Способ получения биомассы метанокисляющих бактерий - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к биотехнологии. Предложен способ получения биомассы метанокисляющих бактерий, включающий культивирование микроорганизмов в условиях аэрации на питательной среде, содержащей источники углерода, азота, фосфора, минеральные соли и микроэлементы в мембранном реакторе, при этом 100% отработанной культуральной жидкости очищают в мембранном реакторе с образованием активного ила и очищенной воды, после чего очищенную воду возвращают на стадию культивирования для приготовления минеральной среды и для приготовления титранта в объеме 85% и 15%, соответственно, от общего объема очищенной воды. Изобретение обеспечивает повышение продуктивности процесса получения биомассы метанокисляющих бактерий по потребленному субстрату и позволяет осуществить замкнутое водопотребление по всей технологической цепочке. 4 пр.

Description

Изобретение относится к области биотехнологий и может использоваться для получения биомассы микроорганизмов.

Известен способ выращивания биомассы микроорганизмов (дрожжей) с использованием предварительно подкисленной суспензией мицелия, в котором используется сульфит натрия (Авторское свидетельство СССР №1526223, C12N 1/26, опубл. 30.04.1995).

Однако в описанном способе с целью повышения выхода готового продукта модифицируют один из жидкостных потоков, поступающих в ферментер, при этом не используют отработанную культуральную жидкость после стадии сепарации, которую сразу же передают на очистные сооружения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ получения биомассы микроорганизмов (патент РФ №2677311, С12Р 1/04, опубл. 16.01.2019), согласно которому проводят культивирование микроорганизмов в условиях аэрации на питательной среде, содержащей источники углерода, азота, фосфора, минеральные соли и микроэлементы. При этом до 90% отработанной культуральной жидкости аммонизируют аммиачной водой до достижения рН в диапазоне 9,5-10, после чего аммонизированную отработанную культуральную жидкость возвращают обратно на стадию культивирования в качестве титрующего агента.

Недостатком указанного способа является снижение продуктивности процесса, так как при поступлении неочищенной от соединений белковой природы культуральной жидкости происходит ингибирование процесса биосинтеза метанокисляющих микроорганизмов, снижение доминирования целевой культуры, падение показателя сырого протеина в целевом продукте.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение продуктивности получения биомассы микроорганизмов, обусловленное повышением технологичности процесса за счет полностью замкнутого технологического цикла использования воды, обеспечивающего стабилизацию биосинтеза микроорганизмов и нормализацию содержания целевой культуры.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе получения биомассы микроорганизмов, включающем культивирование микроорганизмов в условиях аэрации на питательной среде, содержащей источники углерода, азота, фосфора, минеральные соли и микроэлементы, 100% отработанной культуральной жидкости очищают в мембранном реакторе с образованием активного ила и очищенной воды. Затем очищенную воду возвращают на стадию культивирования для приготовления минеральной среды и для приготовления титранта в объеме 85% и 15%, соответственно, от общего объема очищенной воды.

Для стабилизации биосинтеза микроорганизмов и нормализации содержания их в биомассе целевой культуры в предлагаемом изобретении используют промежуточную стадию очистки сточных вод (культуральной жидкости) с помощью мембранного биореактора, в котором происходит полная очистка сточных вод от загрязнений, образующихся в ходе микробиологического синтеза микроорганизмов.

По предлагаемому способу осуществляют культивирование микроорганизмов на питательной среде, содержащей источники углерода, макро и микроэлементы, в аэробных условиях с одновременной подачей воздуха и метана. Суспензию микроорганизмов после стадии сепарации направляют на сгущение. Сгущенную биомассу (концентрат) подвергают выпарке и сушке. Отработанную культуральную жидкость, собранную со всех технологических стадий, отправляют в мембранный реактор (можно использовать, например, мембранный реактор производства ЗАО «Владисарт» на базе фильтродержателя АСФ-18), где осуществляют полную очистку сточных вод с образованием избыточного активного ила (по своим характеристикам близкого к кормовому белку) и очищенной воды. При этом процесс очистки в мембранном реакторе занимает от 2 до 6 часов. Очищенную воду затем направляют на стадию культивирования для приготовления минеральной среды в объеме 85% и для приготовления титранта - 15%.

Технологическая цепочка, осуществляемая по предлагаемому изобретению, позволяет полностью использовать всю отработанную культуральную жидкость, обеспечивая замкнутую систему водопотребления. Благодаря использованию мембранного биореактора исключается возможность попадания посторонней микрофлоры в основной технологический процесс, что обусловлено наличием в реакторе мембран. Мембранный реактор полностью исключает попадание органических веществ на стадию приготовления минеральных солей, поступающих на стадию культивирования, а также на стадию приготовления титранта, что позволяет проводить процесс при высокой степени доминирования целевой культуры до 95-100%, а также исключить необходимость использования дополнительных ступеней водоподготовки при проточном культивировании микроорганизмов при низком качестве воды, поступающей на предприятие. Использование очищенной оборотной воды позволяет полностью убрать неблагоприятное влияние загрязняющих веществ, уменьшающее выход биомассы, как при возврате без очистки отработанной воды, так и при аммонизации оборотной воды.

Осуществление предлагаемого изобретения подтверждается следующими примерами.

Пример 1.

Получение биомассы метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus ВКПМ В-13479 проводили на питательной среде, содержащей в своем составе макро и микроэлементы, в качестве азотного питания и титранта - раствор аммиака 3%. Метановоздушная смесь в соотношении 1:3.

Рабочий объем ферментера 7 л. Процесс культивирования проводили при рН 5,4-5,6 с удельной скоростью роста бактерий 0,28-0,3 час-1, при температуре 42,0-42,5°С.

Бактериальную суспензию разделили на сгущенную бактериальную суспензию (концентрат) и отработанную культуральную жидкость. Концентрат направили на выпарку, сушку. Отработанную культуральную жидкость очистили в мембранном биореакторе в течение 4 часов и возвратили на стадию культивирования в объеме 100%.

В результате получена биомасса метанокисляющего штамма с выходом по потребленному субстрату 87,5%. Доминирование производственного штамма 83%. Содержание сырого протеина 73%.

Пример 2.

Получение бактериальной биомассы (метанокисляющих бактерий) Methylococcus capsulatus ВКПМ В-13479 проводили на питательной среде, содержащей в своем составе макро и микроэлементы, в качестве азотного питания и титранта - раствор аммиака 3%. Метановоздушная смесь в соотношении 1:3.

Рабочий объем ферментера 7 л. Процесс культивирования проводили при рН 5,4-5,6 с удельной скоростью роста бактерий 0,28-0,3 час-1, при температуре 42,0-42,5°С.

Бактериальную суспензию разделили на сгущенную бактериальную суспензию (концентрат) и отработанную культуральную жидкость. Концентрат направляют на выпарку, сушку. Отработанную культуральную жидкость очистили в мембранном биореакторе в течение 5 часов и возвратили на стадию культивирования для приготовления минеральной среды в объеме 90% от общего объема очищенной воды и на стадию приготовления титранта (раствор аммиака) - 10%.

В результате получена биомасса с выходом по потребленному субстрату 92%. Доминирование производственного штамма 87%. Содержание сырого протеина 74%.

Пример 3.

Получение бактериальной биомассы (метанокисляющих бактерий) Methylococcus capsulatus ВКПМ В-13479 проводили на питательной среде, содержащей в своем составе макро и микроэлементы, в качестве азотного питания и титранта - раствор аммиака 3%. Метановоздушная смесь в соотношении 1:3.

Рабочий объем ферментера 7 л. Процесс культивирования проводили при рН 5,4-5,6 с удельной скоростью роста бактерий 0,28-0,3 час-1, при температуре 42,0-42,5°С.

Бактериальную суспензию разделили на сгущенную бактериальную суспензию (концентрат) и отработанную культуральную жидкость. Концентрат направили на выпарку, сушку. Отработанную культуральную жидкость очистили в мембранном биореакторе в течение 5,5 часов и возвратили на стадию культивирования для приготовления минеральной среды в объеме 85% от общего объема очищенной жидкости и для приготовления титранта (раствор аммиака) - 15%.

В результате получена биомасса с выходом по потребленному субстрату 99,5%. Доминирование производственного штамма 91%. Содержание сырого протеина 75-76%.

Пример 4.

Получение бактериальной биомассы Methylococcus capsulatus ВКПМ В-13479 проводили на питательной среде, содержащей в своем составе макро и микроэлементы, в качестве азотного питания и титранта - раствор аммиака 3%. Метановоздушная смесь в соотношении 1:3.

Рабочий объем ферментера 7 л. Процесс культивирования проводили при рН 5,4-5,6 с удельной скоростью роста бактерий 0,28-0,3 час-1, при температуре 42,0-42,5°С.

Бактериальную суспензию разделили на сгущенную бактериальную суспензию (концентрат) и отработанную культуральную жидкость. Концентрат направили на выпарку, сушку. Отработанную культуральную жидкость очистили в мембранном биореакторе в течение 6 часов и возвратили на стадию культивирования для приготовления минеральной среды в объеме 80% от общего объема очищенной жидкости и для приготовления титранта (раствор аммиака) - 20%.

В результате получена биомасса с выходом по потребленному субстрату 93%. Доминирование производственного штамма 88%. Содержание сырого протеина 74,5%.

Таким образом, использование повторно при культивировании микроорганизмов 100% отработанной и очищенной культуральной жидкости (в соотношении 85% для приготовления минеральной среды и 15% для приготовления титранта) обеспечивает повышение выхода биомассы микроорганизмов по потребленному субстрату до 99,5%, с содержанием сырого протеина не менее 75%, с доминированием целевой культуры до 91% и позволяет осуществить замкнутое водопотребление по всей технологической цепочке.

Claims (1)

1. Способ получения биомассы метанокисляющих бактерий, включающий культивирование микроорганизмов в условиях аэрации на питательной среде, содержащей источники углерода, азота, фосфора, минеральные соли и микроэлементы, отличающийся тем, что 100% отработанной культуральной жидкости очищают в мембранном реакторе с образованием активного ила и очищенной воды, после чего очищенную воду возвращают на стадию культивирования для приготовления минеральной среды и для приготовления титранта в объеме 85% и 15%, соответственно, от общего объема очищенной воды.