SU1089117A1 - Способ получени биомассы дрожжей - Google Patents

Abstract

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОМАССЫ ДРОЖЖЕЙ, предусматривающий выращивание их в ферментере на питатель .ной среде, содержащей гидролизат растительного сьфь  в качестве источника углерода, источника азота,, минеральные соли, аэрацию среды воздухом в процессе вьфащивани  с последующим отделением биомассы от питательной жидкости, о т л и ч а ющ и и с тем, что, с целью увеличени  выхода биомассы, а.также ускорени  и упрощени  способа, аэрацию воздухом осуществл ют путем непрерывного пропускани  восход щего или нисход щего воздушного потока со скоростью 6-40 м/с через цилиндрическую трубкуз установленную в ферментере, с образованием жидкостной пленки, перемещаемой по поверхности трубки, при поддержании температуры воздушного потока.и поверхности трубки 38-39 С. 2.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что на поверхность трубки нанос т слой катализатора титана. 3.Способ по п. 1 о т л и ч а ющ и и с   тем, что, с целью обезвреживани  питательной среды, жидкостную пленку создают путем пропускани  воздущного потока через питательную среду с последующим введением микроорганизмов. 4.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что по мере потреблени  микроорганизмами из жидкостной пленки и воздушного потока питательных веществ последние ввод т путем 00 распылени  в закрученный поток воздуха .

Description

Изобретение относитс  к микробиологической промышленности, в частности к способам получени  биомассы дрожжей.

Известен способ получени  биомасciji микроорганизмов, предусматриваюлулй вьфащивание их на жидкой питательной среде при посто нной подаче в нее газов и регулировании его расхода, рециркул ции полученной газожидкостной смеси и дегазации лшдасости в циркулиционном контуре ПЗНедостатками указанного способа  вл ютс  низка  интенсификаци  процесса вьфащивани  микроорганизмов и высокие энергетическим затраты.

Наиболее близким к предлагаемом  вл етс  способ получени  биомассы дрожжей, предусматривающий выращивание их в ферментере на питательной среде, содержащей гидролизат растительного .сьфь  в качестве источника углерода источника азота и г гаиеральные соли5 аэрацию воздухом в процессе выращивани  с последующим отделением биомассы от питательной жидкости 2..

Микроорганизмы культивируют под давлением при аэрации среды кислородом и внешней циркул ции части культуральной жидкости с последующим отделением выращенных мгшроорганизмов одним из известных способов и частичным выделением и возвратом неиспользованного кислорода на аэрацию . Врем  вьфащивани  4-6 ч, выход биомассы 2,5-4% (по сухому веществу ) .

Недостатками известного способа  вл ютс  низка  интенсификаци  процесса вьфащивани  микроорганизмов, и высокие энергетические затраты.

Низка  интенсификаци  процесса выращивани  микроорганизмов вызвана небольшой поверхностью контакта микроорганизмов с кислородом, азотом и другими питательными веществами, невысокой турбулизацией фаз. Небольша  поверхность контакта обусловлена тем, что микроорганизмы контактируют с кислородом только через поверхность пузырьков кислорода газа, назсод щегос  в культуральной жидкости ., а эта поверхность невелика. .Невысока  турбулизаци  фаз вызвана самим процессом их взаимодействи , при котором коэффициент массопередачи имеет небольшую вешичину.

Высокие энергетические затраты вызваны большим расходом энергии на ггеремешивание культуральной жидкости Кроме Toroj значительна  часть энергии затрачиваетс  на создание давлени  в линии подачи воздуха с целью обеспечени  барбот-ажа воздуха через слои жидкости в промьшшенных аппаратах , которые имеют большую высоту 6-10 м, что обуславливает давление в линии подачи воздуха 0,06-0,1 МПа,

Цель изобретени  - увеличение выхода биомассы, а также ускорение к упрощение способа.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу получени  биомассь дрожжей, предусматривающему вьфащивание их в ферментере на питательной среде, содержащей гидролизат растителыУого сьфь  в качестве источника углерода, источник азота, минеральные соли, аэрацию среды воздухом в процессе вьфащивани  с последующим отделением биомассы от питательной жидкости, аэрацию воздухом осуществл ют путем непрерывного пропускани  восход щего или нисход щего воздушного потока со скоростью 6-40 м/с через цилиндрическую трубку, установленную в ферментере , с образованием жидкостной пленки, перемещаемой по поверхности трубки, при поддержании температуры воздушного потока и поверхности трубки, равной 38-39с.

При этом на поверхность трубки нанос т слой катализатора титана с целью обезвреживани  питательной среды , жидкостную пленку создают путем пропускани  воздушного потока через питательную среду с последующим введением микроорганизмов, а по мере потреблени  микроорганизмами из жидкостной пленки и воздушного потока питательных вещестэ последние ввод т путем распылени  в закрученньш поток .

На чертеже изображена установка, позвол юща  реализовать способ.

Установка состоит из верхней и нижней емкости дл  сбора жидкости 1, цилиндрической трубки 2 и переливного устройства 3, соедин ющего емкости дл  сбора жидкости 1,

Ц1-миндрическа  трубка 2 своим нижним концом входит в газовый патрубок 4s которьш закреплен в днище нижней

образу  совместно с ним

емкости 3 коаксиальный кольцевой зазор 5. А в верхней части цилиндрической труб ки 2 закреплен дырчатый сепаратор 6, предназначенный дл  отделени  жидкости от воздуха. Внутри цилиндрической трубки 2 закреплены завихр тели газожидкостного потока 7, а пе ред завихрителем установлены патруб ки дл  подвода питательных веществ 8. На наружной поверхности цилиндри ческой трубки 2 выполнена теплообменна  рубашка 9. Воздух на аэрацию подаетс  через газовьш патрубок 4. Питание поступает через штуцер 10, нечиста  культура подаетс  в штуцер 11, готовые микроорганизмы отво д тс  через штуцер 12, закрепленный в верхней емкости 1. Установка работает следующим образом . Воздух, предназначенный дл  аэра ции, проход  через газовый патрубок 4 с большой скоростью, поступает во внутрь контактного устройства 2, где захватывает с собой жидкость и микроорганизмы, поступающие туда через коаксиальный кольцевой зазор, и транспортирует их в виде тонкой жидкостной пленки по внутренней поверхности цилиндрической трубки 2. При этом происходит интенсивный мас сообмен между микроорганизмами в жидкостной пленке и воздухом, интен сивный рост микроорганизмов и интен сивна  теплопередача от жидкостной пленки к теплоносителю. По мере исчерпывани  питательных веществ из жидкостной пленки и воздуха в закру ченный завихрителем 7 воздушный поток ввод тс  указанные компоненты питательных веществ, которые под действием вращательного движени  воздушного потока интенсивно переме шиваютс  и поступают в жидкостную пленку, обуславлива  тем самым своевременный подвод питательных ве ществ к микроорганизмам и их интенсивный рост. На выходе из цилиндрической трубки жидкостна  пленка попадает на внутреннюю поверхность ды чатого сепаратора 6 и оттуда вьщавливаетс  через отверсти  в верхнюю полость емкости 1, а воздух, очищен ный от жидкости и микроорганизмов, удал етс  с верхнего торца дьфчатого сепаратора в атмосферу При этом питательное сусло посто нно подаетс  в штуцер 10, а Чиста  культура 7 в штуцер 11. Температуру поверхности цилиндрической трубки 2, по которой транспортируютс  микроорганизмы совместно с культуральной жидкостью , поддерживают, равной 38 С, за счет подачи теплоносител  (воды) в теплообменную рубашку 9. Посто нство температуры воздуха, равной 38 С, обеспечиваетс  с помощью электрокалорифера. Готовый продукт отводитс  через штуцер 12. Параметры установки: Высота цилиндрической трубки 8 м Диаметр цилиндрической трубки 0,05 м Материал трубки х 18Н10Т. Восход щее пр моточное движение фаз возможно только при скорости газа более 6 м/с, В случае нисход щего двинсени  воздушного потока и жидко.стной пленки при скорости газа не менее- 6 м/с не наблюдаетс  равномерности распределени  жидкост ной пленки по, смачиваемой поверхности у жидкость стекает в виде струй ( низких касательных напр жений на границе газ - пленка жидкости ) 5 что обуславливает недостаточное насыщение дсидкости кислородом и гибель микроорганизмов. При скорости воздушного потока более 40 м/с, как в случае -восход щего , так и нисход щего движени  потоков , происходит разрушение пленки жидкости, срыв ее с твердой поверхности (в виде капель) в воздушный поток, что ведет к резкому снижению подвода кислорода к шкpoopгaнизмaм (скорость массоотдачи в капл х на пор док ниже, чем в пленке жидкости). и уменьшению выхода микроорганизмов, При поддержании температуры воздушного потока и поверхности трубки, равной соответственно 36 - 40 С и скорости воздушного потока 15 м/с врем  роста микроорганизмов составит соответственно 5, 3 , 8, 3, 3, 3, б ч. Таким образом, наименьшее врем  роста имеет место при температуре воздушного потока и поверхности, равной 37-39 С. С уменьшением или увеличением температуры выше указанного предела происходит замедление роста микроорганизмов. При дополнительном вводе питательных веществ в закрученный (совершающий вращательно-поступательное

движение, после прохождени  через завихритель) воздушный поток путем центробежных сил они отбрасываютс  на поверхность жидкостной пленки и не унос тс  воздушным потоком из цилиндрической трубки. При вводе пи тательных веществ в закрученный поток выход биомассы увеличиваетс  примерно на 20% в сравнении с осевым воздушным потоком. Больша  поверхность контакта создаетс  за счет торо, что контакт микроорганизмов с воздухом происходит не через поверхность пузырьков воздуха (как в прототипе) 5 а ftpes тонкую жидкостнуга апенку, поверхность которой на пор док превосходит поверхность контакта при способед вз том за прототип . Вследствие этого многократно увеличиваетс  насыщение сусла кислородом из воздуха и подвод его к г-дакроорганизмам; улучшаетс  приток питательных веществ к микроорганизмам , что ускор ет их poCTf микроорганизмы лучше усваивают РВ, что увеличивает выход биомассы.

Интенсивна  турбулизацр1  жидкостной пленки и воздуха обусловлена высокими касательными напр жени ми ,на границе раздела фаз, большой скорости движени  фаз наличием волнообразовани  на поверхности жидкостной пленки.

Интенсивна  турбулизаци  жидкостной гшенки позвол ет полностью перемешивать микроорганизмы в культуральной лидкости, своевременно подводить и отводить тепло от микроорганизмов , а также ускор ет подвод кислорода к микроорганизмам.

Снижение энергетических затрат обусловлено тем, что дл  осуществлени  указанного способа требуетс  давление в линии подачи воздуу а ОJ001-0,03 Шa, что значительно 8ы ше, чем при проведении процесса способом,: вз тым за прототип. Кроме того, в указанном способе не тратитс  энерги  на перемешивание среды специальными перемешивающими устройствами .

Улучшение теплопередачи вызвано увеличением коэффициента теплопередачи от жидкостной пленки к теплоносителю по сравнению с прототипом,, где теплопередача осуществл етс  от значительного объема лшдкости к теплоносителю .

Пример 1. Кормовые дрожжи выраш.ивают на гидролизате с концентрацией 2.5,7 РВ. В качестве посевного материала используют дрожжи расы Тулунска -6, Состав среды - азот 1.,7 г/л; РйОс - 0,18 г/л; КС LО ,72,г/л.

Выращивание провод т при непрерывной подаче питательной среды в воздушньм поток через штуцер до контакта с микроорганизмами. Скорость подачи г гад роли9ата регулируют скоростью их потреблени ,; Рп поддерживают в пределах 4 2-4„б, добавл   водный раствор аммиака с концентрацией 24-25%. Температуру питательной средь с ммкрооргаккзмами поддерживаюТу равной 38-39 С.

Питательную жидкость непрерывно пропускают Б виде тонкой  шдкостной пленки по внутренней поверхности цилиндрической трубки при восход щем потоке. Среду насыщают очи1ценньп.1 подогретым воздухом. Процесс ведут непрерывно.. Скорость воздуп.ногс потока поддерживают, равной 45 6,, 40, 45м/с. .,

Врем  роста шкpoopгaнизмoE при этом составит соответственно 0; 3,5; 3; 4 ч,

Зыхсд биомассь равен О, 38 г/Л;. 45j 36 г/л (прессованных дролокей) ,

При скорости воздушного потока менее б м/с выхода биомассы практически кет. а при скорости более 40 м/с происходит снгшение выхода биомассы и увеличение времени роста микроорганизмов. Ухудшение этих параметров вызвано слабым касьпцением питательной среды кислородом и большим уносом капель жидкости при разруцгении к срыве пленки.

ГГр и м е р 2, Кормовые дрожжи, враЕгивают аналогично примеру 1., но при нисход щем воздушном потоке и гшенки жидкости.

Скорость воздуха поддерживаютj равной 4; 6;, 40, 45 м/с. Врем  роста .микроорганизмоз равно соответственно б,, Зд 7, 3,, 3, 8ч. Выход биомассы - 30j 35з 45J 36 г/л (прессовакньк дрожжей).

При восход щем и нисход щем потоках воздуха к пленки жидкости происходит интенсивньй рост микроорганизмов , Применение восход щего или нт4;сход щего потоков определ в етс  те1гнологией ведени  процесса

Claims (4)

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОМАССЫ ДРОЖЖЕЙ, предусматривающий выращивание их в ферментере на питательной среде, содержащей гидролизат растительного сырья в качестве источника углерода, источника азота,, минеральные соли, аэрацию среды воздухом в процессе выращивания с последующим отделением биомассы от питательной жидкости, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода биомассы, а.также ускорения и упрощения способа, аэра цию воздухом осуществляют путем непрерывного пропускания восходящего или нисходящего воздушного потока со скоростью 6-40 м/с через цилиндрическую трубку, установленную в ферментере, с образованием жидкостной пленки, перемещаемой по поверхности трубки, при поддержании температуры воздушного потока, и поверхности трубки 38-39 °C.

2. Способ поп. 1, отличающийся тем, что на поверхность трубки наносят слой катализатора титана.

3. Способ по π. 1 отличаю щ и й с я тем, что, с целью обезвреживания питательной среды, жидкостную пленку создают путем пропускания воздушного потока через питательную среду с последующим введением микроорганизмов.

4. Способ поп. 1, отличаю щийся тем, что по мере потребления микроорганизмами из жидкостной пленки и воздушного потока питательных веществ последние вводят путем распыления в закрученный поток воздуха.

О

Q0

О