Способ получения иммобилизованных дрожжей для сбраживания питательных сред

 

Изобретение относится к биотехнологии, в частности к способам иммобилизации микроорганизмов, например дрожжей, и может быть использовано в биотехнологических производствах, основанных на применении дрожжей. Целью изобретения является ускорение процесса иммобилизации. Способ заключается в том, что размножение дрожжей на питательной среде проводят при расходе сжатого воздуха 20-30 м 3/м 3 среды в 1 ч до концентрации 40-60 г/л, а затем иммобилизацию дрожжей осуществляют путем циркулирования культуральной жидкости в течение 2-4 ч за счет подачи сжатого воздуха в количестве 4-6 м 3/м 3 в среды 1 ч относительно полотна из волокнистого материала из карбонизированных сополимеров целлюлозы (АУВМТИлона). Применение способа позволяет ускорить процесс иммобилизации в 2-4 раза и получить целевой продукт с высоким содержанием дрожжевых клеток.

СОЮЗ ССВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУЬЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОВ ЕТЕНИЯМ И ОтНРЫТИЯМ

Г1РИ ГКНТ СССР

1 (21) 4358811/31-13 (22) 05.01.88 (46) 23.09.90, Бюл. У 35 (71) Киевский технологический инсти-. тут пищевой промьппленности и Киевский .институт общей и неорганической химии АН УССР (72) В.Н.Швец, С.Р.Тодосийчук, С.В,Михайловский, Д.A.Äûëü, В.В.Стрелко и А.Б.Смолинская . (53) 577.15(088.8) (56) Иа8азЬЬа М. et а1., Biotechnology апй Bioengineering, 1984, .ч. 26, Ф 8, р. 992-997.

Авторское свидетельство СССР

В &85254, кл. С 12 Р 7/Об, 1981. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИММОБИЛИЗОВАННЫХ ДРОЖЖЕЙ ДЛЯ СБРАЖИВАНИЯ ПИТАТЕЛЬНЫХ СРЕД (57) Изобретение относится к биотехнологии, в частности к способам иммоВ

Изобретение относится к биотехнологии, в частности к способам иммобилизации микроорганизмов, например дрожжей, и может быть использовано в биотехнологических производствах, основанных на применении дрожжей.

Целью изобретения является ускорейие процесса иммобилизации.

Способ получения иммобилизованных дрожжей для сбраживания питательных сред включает размножение дрожжей на производственном сусле и последующее закрепление их на носителе. Pas иножение дрожжей на питательной сре- де проводят при расходе сжатого воз.ЯО.„Ы азу А1

fQ)$ С 12 И 11/00 С 12 Р 7/06

2 билизации микроорганизмов, например дрожжей, и может быть использовано -в биотехнологических производствах, основанных на применении дрожжей.

Целью изобретения является ускорение .процесса иммобилизации. Способ заключается в том, что размножение дрожжей на питательной среде проводят при расходе воздуха 20-30 м /м среды в 1 ч до концентрации 40-60 г/л, а затем иммобилизацию дрожжей осуществляют путем циркулирования культуральной жидкости в течение 2-4 ч за счет попачи сжатого воздуха в количестве 4-6 м /м среды в 1 ч отно9 сительно полотна из волокнистого материала из карбонизированных сополимеров целлюлозы (АУВМТИлона). Применение способа позволяет ускорить процесс иммобилизации в 2-4 раза и получить целевой продукт с высоким содержанием дрожжевых клеток.

1 духа 20-30 м >/м З среды.ч до концентрации 40-60 г/л, а затем нммобилизацию дрожжей осуществляют путем циркулирования культуральной жидкости в течение .2-4 ч sa счет подачи сжатого воздуха в количестве 4-6 м /м среЭ 3 ды сч относительно полотна из волок.. нистого материала, полученного из привитых сополимеров целлюлозы, каро бонизированного при 800 С в инертной атмосфере и актиэированного при 700900 С водяным паром, с удельным объемом межволоконного пространства 0,70,8 см /см носителя. Данный волок3 нистый материал имеет торговое наз1594215 начение AySYIИлон. Проведение размножения дрожжей в частично аэробных условиях при расходе сжатого воздуха

20-30 м /м среды ° ч позволяет значи5 тельно увеличить концентрацию дрожжей в среде, что вместе с применением нового волокнистого носителя и йроведением циркуляции за счет подачи сжатого воздуха (4-6 м /м среды ° ч) ускоряет процесс иммобилизации дрожжей в 2-4 раз (12 ч вместо

1-2 сут/.

Пример 1. Ферментер, оборудованный вертикальными металлическими перфорированными цилиндрами, на которых закреплен в один слой толщиной 7-9 мм волокнистый материал

АУВМТИлон, полученный из сополимеров целлюлозы, карбониэированный при

800 С в инертной атмосфере и активи,рованный при 700-900 С водяным па ром, с объемом межволоконного про1 Э странства 0,7-0,8 см /см носителя ,на 1/2 объема, заполняют мелассным с.услом и передают из аппарата чистой культуры дрожжи Saccharomyces .cerevisiae расы В в количестве 25Х объема ферментера. В распределительное устройство порают сжатый воздух из расчета 2030 м /м среды ° ч, поддерживают температуру культуральной жидкости 2830 С. С интервалом в 2 ч в два приема равными порциями приливают мелассное сусло до полного рабочего объема ферментера, после чего дрожжи культивируют в течение 2 ч. Затем удельный расход воздуха уменьшают до

4-6 мз/м среды ° ч и в течение 3 ч закрепляют дрожжевые клетки за счет циркулирования культуральной жидкости.

Пример 2. Способ осуществляют по примеру 1 с тем лишь отличием, что после заполнения ферментера дрожRH I

Пример 3. Способ осуществляют по примеру 1 с тем лишь отличием, что после заполнения ферментера дрож56 жи культивируют 5 ч.

Пример 4. Способ осуществляют по примеру 1 с тем лишь отличием, что после заполнения ферментера дрожжи культивируют б ч.

Пример 5. Способ осуществля- ют по примеру 1 с тем лишь отличием, что после заполнения ферментера дрожжи культивируют 8 ч.

Пример 6, Способ осуществляют по примеру 1 с тем лишь отличием, что культивируют и затем закрепляют на

HocHTerre porn Saccharomyces cerevisiae расы V — 30, Пример 7 ° Способ осуществляют по примеру 2 с тем лишь отличием, что культивируют и затем закрепляют на носителе дрожжи Saccharomyces cerevisiae расы V-30.

n p и м е р 8. Способ осуществляют по примеру 3 с тем лишь отличием, что культивируют и затем закрепляют на носителе дрожжи Saccharomyces сегеч1Ciae расы V — 30.

Пример 9. Способ осуществляют по примеру 4 с тем лишь отличием, что культивируют и затем закрепляют

Ha Saccharomyces cerevisiae расы Ч - 30.

Пример 10. Способ осуществляют по примеру 5 с тем лишь отличием, что культивируют и затем закрепляют на носителе дрожжи Saccharomyces cere.

visiae расы V — 30.

П р и и е р 11. Способ осуществляют по примеру 1 с тем лишь отличием, что питательной средой было пивное сусло и на нем культивируют и затем закрепляют на носителе дрожжи Saccharomyces carlsbergensis расы 8а(М) °

Пример 12. Способ осуществляют по примеру 2 с тем лишь отличием, что питательной средой было пивное сусло и на нем культивируют и затем закрепляют на носителе дрожжи Saccharomyces carlsbergensis расы 8а(И)м.

Пример 13. Способ осуществляют по примеру 3 с тем лишь отличием, что питательной средой было пивное сусло и на нем культивируют и затем закрепляют на носителе дрожжи Saccharomyces carlsbergensis расы 8а(М).

Пример. 14. Способ осуществляют по примеру 4 с тем лишь отличием, что питательной средой было пивное сусло и на нем культивируют и затем закрепляют на носителе дрожжи Saccharomyces garlsbergensis расы Ba(N).

Пример 15. Способ осуществляют по примеру 5 с тем лишь отличием, что питательной средой было пивное сусло и на нем культивируют и затем закрепляют на носителе дрожжи БассЬаromyces carlsbergensis расы 8а(М).

В табл. 1 приведены технологические показатели процессов дрожжегенерирования и иммобилизации црояокей.

5 159421

Из приведенных данных видно, что независимо от вида и расы дрожжей с ,повышением концентрации биомассы дрожжей в культуральной жидкости от

30 до 40 г/л количество закрепленных на носителе дрожжей заметно увеличи,вается. В диапазоне концентраций биомассы дрожжей 40-60 г/л эта тенденция сохраняется, но проявляется в меньшей степени. Дальнейшее повышение содержания биомассы дрожжей в среде не оказывает существенного влияния на количество иммобилизованных дрожжжей. Таким образом, иммобилиэацию дрожжей иэ культуральной жидкос15 ти целесообразно производить после накопления в ней 40-60 r биомассы дрожжей в 1 л. Удельный расход носителя, исходя иэ необходимой концент- 20 рации иммобилизованных дрожжевых клеток в сбраживаемой среде 60-70:млн/мл.

Э % составляет в среднем 6 м /м среды.

Циркулирование дрожжевой суспензии с целью иммобилизации дрожжей достигается эа счет подачи в аэрирующее устройство сжатого воздуха в количестве 4-6 м /и среды ч. ПоскольЭ 3 ку в производственных- условиях абсо- . лютно точное регулирование количества подаваемого воздуха невозможно, 30 расход его приведен в узком интервале с учетом лишь погрешности регулирования данного параметра.

Сокращение длительности процесса достигается за счет того, что в отличие от известного, в котором накопление дрожжей в культуральной жидкости происходит в анаэробных условиях с удельной скоростью роста

0,02-0,04 ч, согласно предлагаемо» му способу накопление происходит в частично аэробных условиях (расход воздуха составляет 20-30 и /м сре-.

Э 3 ды - ч) при удельной скорости роста

0,1-0,12 ч 45

Оптимальную продолжительность иммобилизации дрожжей устанавливают, закрепляя на волокнистый материал дрожжевые клетки расы В иэ суспенэии концентрацией биомассы дрожжей 50 г/л 50 (среднее в диапазоне 40-60 г/л) в течение 1-5 ч.

Результаты влияния иммобилизации на количество адсорбированных клеток ° приведены в табл. 2. 55

Как видно из данных, представленных в табл. 2, количество иммобилизованных дрожжей возрастает с увеличением продолжительностй эакрепле5 6 ния дрожжей на носителе от до 4 ч при дальнейшем увеличении длительности контакта. дрожжевых клеток и носителя количества иммобилизованных дрожжей не увеличивается. Поэтому в приведенных примерах осуществления предлагаемого способа принята сред- . няя продолжительность процесса иммобилизации 3 ч. Для лучшего контакта носителя с эакрепляемыми дрожжевыми клетками в течение 2-4 ч в ферментере осуществляют интенсивное циркулирование культуральной жидкости, содержащей 40-60 г/л биомассы дрожжей, подавая II аэрирующее устройство 46 м /м среды .ч сжатого воздуха. При з меньшем расходе имеет место лишь барботирование воздуха и не происходит циркулирование культуральной жидкости. Увеличение расхода воздуха выше

6 м /м среды ч нецелесообразно, так

3 как не влияет на скорость иммобилизации и количество закрепленных клеток.

Увеличение скорости процесса иммобилизации достигается также за счет подачи сжатого воздуха в количестве

20-30 ч /и среды ч и вызванного этим повышением удельной скорости размножения дрожжевых клеток.. При дальнейшем увеличении расхода .воздуха количество дрожжей в культуральной жидкости увеличивается, но существенно снижается выход метаболитов, так как растут потери сахаров на биосинтез дрожжей. К тому же, как видно иэ последующих примеров, повышение концентрации биомассы дрожжей свыше 60 г/л не оказывает заметного влияния на эффект иммобилизации дробей.

Вид.и штамм дрожжей не оказывают существенного влияния на количество биомассы дрожжей (в массовых единицах ), к ото рое может был ь. s ак ре пле но на волокнистом материале.. При меньших размерах дрожжевых клеток их больше уместится в одном и том же обьеме межволоконного пространства, и наоборот, но масса иммобилизованных дроюкей при этом практически одинакова. Указанные носители могут быть исгользоьаны для иммобилизации дрожжей, которые применяются для сбраживания питательных сред в спиртовом, пивоваренном и вииодельческом производствах. При зтсм метаболизм иммобилизованных дроюкевых клеток не изменяется по сравнению со свободными, следовательно, не происходит изменений качественных показателей целевых продуктов, Такггм образом, применение предлагаемого способа позволяет значительно ускорить процесс иммобилизации дрожжей (в 2-4 раза), получив при этОм препараты соце зкащие дрожж(гвые клетки в высокой концентрации. нерастворимом носителе, о т л и ч аго гц и и с я тем, что, с целью ускол рения процесса иммобилизации, раз5 множение дрожжей проводят в азробных условиях при расходе сжатого воздуха 20-36 м /м среды в 1 ч до достиэ з женин концентрации биомассы 40-60 F на t л а иммобилизацию проводят в течение 2-4 ч в условиях циркуляции сусла путем подачи сжатого воздуха в количестве 4-6 м /м среды в 1 ч и используют в качестве носителя волокнистый материал АУВИТИлон, полученный при карбониэации привитых сополимеров целлюлозы.

Формула из ob pe тения

Способ получения иммобилизованных дрожжей для сбраживания питательных сред, вклгочающий размножение дрожжей на производственном сусле и их последующуго адсорбционную иммобилизацию на

Таблица1

Биомасса дрожжей в кухгьтуральной жидкости, г/л

Пр оцолжи тел ьность дрожжеКоличество иммобилизоПример ванных дрожжей, кг/м

2 васы генерирова.ния, ч

Басс1.агсгг!Усе s

carevi.s1ае

10 же

О, 590 лл

tл лл

tt

tt

ЯассЬагогггусеэ саг1 БЬетgепa ь а

39

51 .62

8а(И)

8а(И)

8a()t)

8а(М) ft лл лл лг

0,665

0,720

О, 750

О, 770

12

13

14

Таблица2

Температура, а

Условия иммобилизации

Количество иммоб илиэованных дрожжей, кг/м

Расход воз= духа, и /и срез з ды л л-.(Продолжительносгь, ч

28-30

28-30

28-30

28--30

28-30

44-6

2

4

О, 430

О, 686

О 735

О, 745

0„730

4

6

8

Иммобггггизуеггые дролтн

В

В

В

V- 30

V— - 30

V— - 30

Ч- 30

7- 30

8а(И) -8

10 л 2

8

12

41

52

62

67

42

61

69

О, 695

О, 735

0, 775

0, 780

0,610

0,700

О, 740

О, 785

О, 795

0,570