Способ получения гидролизата для приготовления питательной среды для выращивания микроорганизмов

Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен способ получения гидролизата для приготовления питательной среды для выращивания микроорганизмов. Способ включает гидролиз измельченной соломы фосфорной кислотой при температуре 180-190°С в течение 20 минут и при концентрации фосфорной кислоты в гидролизуемой массе 1 мас.%. Затем проводят отделение твердой фазы. Преимуществом изобретения является снижение расхода гидролизующего агента и сокращение продолжительности процесса гидролиза при увеличении выхода редуцирующих веществ. 1 табл., 5 пр.

 

Изобретение относится к области биотехнологии, микробиологической, комбикормовой и перерабатывающей промышленности и может быть использовано для получения питательных сред, используемых в процессах выращивания посевных культур микроорганизмов.

Целлюлозосодержащее сырье имеется практически в неограниченных количествах в виде древесины, соломы, отходов переработки сельхозпродукции. Однако его эффективное превращение в биологически усвояемые сахара является сложной задачей. Проблема использования ресурсов целлюлозосодержащего сырья осложняется тем, что существующие традиционные технологии гидролиза растительного сырья с применением сильных кислот и щелочей связаны с образованием значительного количества побочных продуктов, ингибирующих рост микроорганизмов и биосинтез ими ряда целевых веществ. Поэтому важнейшей задачей является разработка оптимального способа приготовления питательных сред для выращивания биомассы микроорганизмов на основе гидролизатов целлюлозосодержащего сырья, например пшеничной соломы.

Известен способ получения питательного субстрата для производства кормовых дрожжей, включающий гидролиз растительного сырья концентрированной серной кислотой, инверсию, нейтрализацию гидролизата натронным щелоком до рН 4,5-6,0 и отделение лигнина от субстрата, субстрат после отделения от лигнина упаривают в 2-3 раза, осаждают сульфат натрия (А.с. СССР №973612, C12N 1/22, 1982).

К недостаткам известного способа относится необходимость нейтрализации остаточного количества кислоты щелочами, что приводит к образованию в гидролизате дополнительных количеств минеральных солей в виде сульфатов. Также к недостаткам данного аналога можно отнести высокие расходы гидролизующих агентов, большую длительность процесса, сложность аппаратурного оформления, высокую трудоемкость и фондоемкость производства.

Известен способ быстрого кислотного гидролиза лигноцеллюлозного материала минеральными кислотами с одновременным десорбированием части продуктов гидролиза (патент РФ 2189996, С08Н 5/04, D21C 3/20, D21C 3/04, D21C 7/00, C07G 1/00, B01J 19/24, 2002). Известный способ включает непрерывный кислотный гидролиз с одновременной делигнификацией и осахариванием в одном реакционном цикле с использованием растворяющего лигнин органического растворителя и сильной неорганической кислоты с выделением высококонцентрированного сахара.

К недостаткам данного способа относится то, что сахаросодержащие гидролизаты загрязняются продуктами распада лигнина. Кроме того, применение органических растворителей (сорбентов) при рабочих температурах гидролиза создает повышенную пожароопасность.

Известен способ гидролиза и фракционирования биомассы, основанный на новых видах кинетики углеводородного гидролиза, предусматривающий подачу твердой исходной биомассы или твердой частично фракционированной лигноцеллюлозной биомассы, по крайней мере, в один проточный реактор непрерывного действия со сжимающимся слоем (патент RU 2194078, С13К 1/00, 2002).

К недостаткам данного способа относится то, что при этом способе непрерывно вводится разбавленная минеральная кислота в объеме, превышающем объем аппарата в 2 раза. Эта операция приводит к повышенному расходу кислоты и разбавлению гидролизата, что ограничивает его применение в микробиологических синтезах или требует дополнительных затрат энергии на упаривание.

Известен способ приготовления питательной среды для выращивания дрожжей, включающий гидролиз смеси измельченных соломы и отрубей сернистой кислотой сначала при температуре 120-130°С в течение 60-90 минут, затем при температуре 165-190°С в течение 25-40 минут с последующей отгонкой остаточного количества сернистого газа с абсорбцией его водой. Гидролизат разделяют центрифугированием, и осветленный гидролизат используют для приготовления питательной среды (патент РФ №2510842, МПК C12N 1/22, C12N 1/16, 2014).

Недостатками данного способа являются необходимость проведения отгонки остаточного количества сернистого газа, проведение нескольких стадий гидролиза и большая продолжительность процесса.

Известен способ получения гидролизата для ферментационной среды, в котором жом сахарного тростника гидролизуют фосфорной кислотой в течение 300 минут при температуре 122°С и концентрации фосфорной кислоты в гидролизуемой массе 4 масс. % (Study of the hydrolysis of sugar cane bagasse using phosphoric acid / S. Gamez [and ets.] // Journal of Food Engineering. - 2006. - №74. - P. 78-88). Затем от полученного гидролизата отделяют твердую фазу. Доля сахаров (редуцирующих веществ) от содержания растворимых веществ в растворимых продуктах гидролиза составляет не менее 55 масс. %. Данный способ выбран в качестве прототипа.

К недостаткам прототипа относятся большая продолжительность процесса, что вызывает образование побочных токсичных продуктов, таких как уксусная кислота, фурфурол и гидроксиметилфурфурол, что требует очистки полученного гидролизата, и перерасход гидролизующего агента, приводящий к высокому остаточному количеству фосфорной кислоты в конечном продукте, что снижает скорость роста микроорганизмов.

Задачей заявляемого технического решения является снижение расхода фосфорной кислоты и уменьшение продолжительности процесса гидролиза.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения гидролизата для приготовления питательной среды для выращивания микроорганизмов, включающем гидролиз измельченного растительного сырья фосфорной кислотой, отделение твердой фазы, согласно изобретению гидролизу подвергают солому при концентрации фосфорной кислоты в гидролизуемой массе 1 масс. % и гидролиз проводят при температуре 180-190°С в течение 20 минут.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение расхода гидролизующего агента и сокращение продолжительности процесса гидролиза при увеличении выхода редуцирующих веществ (РВ).

В предлагаемом способе гидролизу подвергают солому. Это доступное сырье, имеющееся в больших количествах и содержащее до 70% полисахаридов. Гидролиз осуществляют при температуре 180-190°С. Применение более высоких температур гидролиза по сравнению с прототипом позволяет сократить расход фосфорной кислоты. Достаточной является концентрация фосфорной кислоты в гидролизуемой массе 1,0 масс. %. При этом остаточное количество фосфатов в полученном нейтрализованном гидролизате соответствует потребности микроорганизмов, культивируемых на гидролизных средах, и в 3-4 раза меньше, чем в прототипе. При концентрации фосфорной кислоты менее 1,0 масс. % увеличивается продолжительность процесса гидролиза. Повышение концентрации кислоты более 1 масс. % приводит к образованию побочных продуктов и снижению доли РВ в гидролизате, и концентрация фосфатов в получаемых средах будет избыточной.

Известно, что при высоких температурах гидролиза ускоряются реакции разрушения и карамелизация сахаров, полученных при гидролизе полисахаридов, однако воздействие высокой температуры в предлагаемом способе кратковременно и составляет 20 минут, при этом разрушение сахаров незначительно, не более 0,1-0,2 масс. %. Снижение температуры процесса гидролиза ниже 180°С приводит к увеличению его продолжительности, а увеличение температуры выше 190°С даже при уменьшении продолжительности процесса приводит к образованию побочных продуктов, вызывающих потемнение гидролизата, и, следовательно, к уменьшению доли РВ в гидролизате.

Заявляемые режимные условия проведения гидролиза в совокупности обеспечивают достижение концентрации редуцирующих веществ в гидролизате не менее 2,5 масс. %, что соответствует оптимальной концентрации для роста микроорганизмов.

Изобретение поясняется следующими конкретными примерами выполнения способа.

Во всех примерах использовали пшеничную солому 17% влажности. Измельченное сырье предварительно высушивали до постоянного веса.

Пример 1.

Навески сырья 3,3 г помещали в просушенные капсулы, добавляли 15,2 г воды и 4 г фосфорной кислоты с концентрацией 5,65 масс. % (концентрация кислоты в гидролизуемой массе - 1 масс. %). Общая масса загрузки каждой капсулы составила 22,5 г. Капсулы закрывали, помещали в прогретую до температуры 180°С ванну термостата. Проводили процесс гидролиза при данной температуре в течение 20 минут. Затем капсулы быстро охлаждали и отделяли негидролизованный осадок центрифугированием. В полученном гидролизате определяли содержание редуцирующих веществ по методу Бертрана (Емельянова И.З. Химико-технологический контроль гидролизных производств / И.З. Емельянова. - М.: Лесная промышленность, 1976. - 405 с.).

Примеры 2-5 аналогичны примеру 1, режимные условия приведены в таблице.

Анализ табличных данных показывает, что доля редуцирующих веществ от растворимых веществ гидролизата в заявляемом способе составляет 64,45 масс. %, а в прототипе - 55 масс. %. При этом общее содержание полисахаридов в пшеничной соломе и жоме сахарного тростника отличается незначительно и составляет 62-71% и 65-80% соответственно (). Следовательно, по сравнению с прототипом, предлагаемый способ, при уменьшении продолжительности процесса и снижении расхода гидролизующего агента, позволяет увеличить выход РВ.

Как видно из табличных данных, снижение температуры гидролиза ниже 180°С (пример 3) приводит к увеличению продолжительности процесса в 1,5 раза и снижению выхода РВ, а увеличение температуры свыше 190°С (пример 5) даже при значительном снижении продолжительности процесса гидролиза приводит к образованию побочных продуктов, вызывающих потемнение гидролизата, что снижает выход РВ.

Повышение концентрации кислоты (пример 4) также приводит к образованию побочных продуктов, поэтому доля РВ в гидролизате снижается.

В предлагаемом способе расход фосфорной кислоты в 5 раз меньше и продолжительность процесса гидролиза в 15 раз меньше, чем в прототипе, а доля РВ в сухих веществах полученного гидролизата на 14% больше. При этом остаточного количества фосфатов в гидролизате достаточно для обеспечения потребности в фосфоре микроорганизмов, культивируемых на гидролизных средах.

Получаемый по заявляемому способу гидролизат может быть использован для приготовления на его основе питательной среды для выращивания посевных культур сахаромицетов, кормовых дрожжей и других аэробных микроорганизмов и их ассоциаций. При этом нет необходимости подачи фосфатов в питательную среду.

Таким образом, предлагаемый способ получения гидролизата для приготовления питательной среды для выращивания микроорганизмов по сравнению с прототипом позволяет снизить расход гидролизующего агента и сократить продолжительность процесса гидролиза при увеличении выхода редуцирующих веществ.

Способ получения гидролизата для приготовления питательной среды для выращивания микроорганизмов, включающий гидролиз измельченного растительного сырья фосфорной кислотой, отделение твердой фазы, отличающийся тем, что гидролизу подвергают солому при концентрации фосфорной кислоты в гидролизуемой массе 1 мас.% и гидролиз проводят при температуре 180-190°C в течение 20 минут.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к гидролизной промышленности, в частности к способам очистки гидролизатов лигноцеллюлозного сырья от ингибиторов ацетонобутилового брожения, и может быть использовано при подготовке питательных сред для получения биоэтанола, биобутанола, ацетона.
Предложены варианты способа переработки биомассы растительного происхождения в переработанную биомассу, которая является подходящей для использования в качестве топлива.
Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано в микробиологии. Питательная среда содержит дигидрофосфат калия, гидрофосфат калия, сульфат магния гептагидрат, хлорид натрия, сульфат кальция дигидрат, молибдат натрия, сульфат железа(II), сахарозу, бентонит и воду.

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано при получении питательных сред для выращивания дрожжей. Способ предусматривает измельчение соломы и отрубей.

Настоящее изобретение относится к области биотехнологии. Предложен способ повышения активности полипептида GH61, обладающего усиливающей целлюлолитическую активность деятельностью, предусматривающий добавление растворимого активирующего катиона двухвалентного металла, выбранного из Mn++, Co++, Mg++, Ca++ и их сочетания, к композиции, содержащей полипептид GH61 и целлюлолитический фермент, где наличие указанного растворимого активирующего катиона двухвалентного металла повышает уровень разложения или преобразования содержащего целлюлозу сырья.

Изобретение относится к области биотехнологии. .

Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано при производстве ферментов, белка, этилового спирта, кормов и др. .

Изобретение относится к способам получения ксилита из водного раствора ксилозы, в частности из гидролизатов гемицеллюлозы, а именно к способам получения ксилита путем ферментации биомассы (гидролизатов гемицеллюлозы) с помощью штамма дрожжей, способного превратить свободную ксилозу в ксилит и свободные гексозы, и обогащения раствора ксилита путем хроматографического разделения фракций.
Изобретение относится к винодельческой промышленности. .
Изобретение относится к области биотехнологии и касается способа выделения смеси ДНК и белков из эпимастиготных форм штамма TPAP/MX/2002/Albarrada культуры Trypanosoma cruzi. Охарактеризованный способ включает получение биомассы культуры указанного штамма.
Изобретение относится к области переработки биомассы. Предложен способ извлечения липидов из биомассы.

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к способам определения активности веществ, обладающих способностью встраиваться в биологические мембраны клеточных стенок с нарушением функционирования клеток.
Настоящее изобретение относится к вакцинной композиции для иммунизации животного против кокцидиоза и способу иммунизации животного. Охарактеризованная вакцина содержит от приблизительно 10 до приблизительно 1000 ооцист из первого штамма Eimeria и от приблизительно 100 до приблизительно 10000 ооцист второго штамма указанного вида, причем первый и второй штаммы имеют асинхронные эндогенные периоды и первый штамм представляет собой неослабленный штамм Eimeria, а второй штамм представляет собой ранний штамм Eimeria.
Изобретение относится к области микробиологии, а именно к применению экзометаболитов морской микроводоросли Phaeodactylum tricornutum. Экзометаболиты, выделенные из морской микроводоросли Phaeodactylum tricornutum путем экстракции этилацетатом культуральной жидкости, получаемой в процессе выращивания морской микроводоросли Phaeodactylum tricornutum с последующим удалением растворителя из этилацетатного экстракта и сушкой этилацетатного экстракта до постоянного веса, применяются в качестве стимулятора роста Yersinia pseudotuberculosis.
Изобретение относится к области ветеринарной паразитологии и биотехнологии и касается вакцины для профилактики кокцидиоза. .
Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для получения питательных сред для выращивания Deinococcus radiodurans. .
Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для культивирования микроорганизмов в искусственных питательных двухфазных средах. .
Изобретение относится к области медицины, а именно лабораторной диагностике, и может быть использовано, в частности, для определения чувствительности трихомонад к лекарственным препаратам с последующим подбором их концентраций, необходимых для уничтожения паразита.

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано при диагностике трихомонадной инфекции. .

Группа изобретений относится к области биохимии. Предложен способ борьбы с размножением Listeria monocytogenes, а также применение дезинфицирующего средства. Способ включает добавление штамма Willaertia magna, депонированного под номером РТА 7824 в АТСС, или штамма Willaertia magna, депонированного под номером РТА 7825 в АТСС, к потоку газа, потоку жидкости или твердой поверхности. Дезинфицирующее средство содержит штамм Willaertia magna, депонированный под номером РТА 7824 в АТСС, или штамм Willaertia magna, депонированный под номером РТА 7825 в АТСС, применяемого в качестве биоцида к Listeria для обработки потока газа, потока жидкости или твердой поверхности. Изобретения обеспечивают эффективную борьбу с размножением и контаминацией листериоза. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен способ получения гидролизата для приготовления питательной среды для выращивания микроорганизмов. Способ включает гидролиз измельченной соломы фосфорной кислотой при температуре 180-190°С в течение 20 минут и при концентрации фосфорной кислоты в гидролизуемой массе 1 мас.. Затем проводят отделение твердой фазы. Преимуществом изобретения является снижение расхода гидролизующего агента и сокращение продолжительности процесса гидролиза при увеличении выхода редуцирующих веществ. 1 табл., 5 пр.

Наверх