Способ культивирования микроорганизмов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТЗУ

Союз Советских

Соцкапкстмческмх

Респубики (iii945173 (89 126704(Г,ПР) (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 28.11.77 (21) 777045/28-13 (23) Приоритет —,(32) 16.12,76 (31) WPC 12d/196391 (33) ГДР (5! )М. Кл.

С 12 N 1/28

1Ъаударстланай «лмятет

СССР ае делам лзееретеи«й

«ат«ритий (53) УД К 663.18 (088.8) Опубликовано 23.07.82 Б«»ллетень № 27

Дата опубликования описания 23.07.82 (72) Авторы изобретения юнтер, Иностранцы

Любберт Густав — Адольф, Рейхелт Лотар, Гейденрейх

Рейтер Урэула, Баух Йоахим и Гентцш Герберт (ГДР)

Иностранное предприятие

"ФЕБ Петролхемишес Комбинат Шведт" (ГДР) (7I ) Заявитель (54) СПОСОБ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

Изобретение касается способов культивирования микроорганизмов на прямоцепных углеводородах, в особенности культивирования микроорганизмов с поглощением кислорода, причем микроорганизмы культивируются для получения

5 простейших протеинов, для целей кормления или также для питания людей. Изобретение относится к технической микробиологии и может быть использовано в установках, в которых из углеводородов получают протеины.

При промышленном использовании способа наряду с качеством продукции решающую роль играет экономичность способа, причем стремятся к следующим главным целям:

Высокая степень использования применяемого источника углеводородов для синтеза клеточного вещества.

Высокая степень использования подаваемого кислорода для синтеза клеточного вещества, -20 так как цля диспергирования кислорода или кислородсодержашего газа должна потребляться энергия, и поглощение кислорода приводит кроме того к потерям углерода.

Если биомасса дочжна быть переработана в продукты кормления или питания, стремятся. к высокому содержанию основы протеина и . выгодной степени использования израсходованного азота для легко усваиваемого протеина, так что, например, поддерживается возможно низкое содержание азота в нуклеиновой кислоте.

Достижение высокой концентрации биомассь1 в ферментере, чтобы снизить затраты на переработку..

Разработаны ферментеры с высокой интенсивностью гаэации и высокой степенью превращения азота, например ферментеры с подачей потока (экономический патент 111 144). Для улучшения обмена веществ с кислородом из воздуха в ферментационной среде.предложено использовать поверхностно-активные Вещества (выкладное описание изобретения к неак цептованной заявке 1 442 296).

Исследовано . и предложено большое количество различных микроорганизмов соответственно их различным специфическим хлракте. ристикам производительности и качестве.

3 . 945!

Предложены также различные вещества в качестве стимуляторов роста и качества (выкладное описание изобретения.к неакцептован: ной заявке 1 470 490, выкладное описание изобретения к неакцептованной заявке

1 470 507, экономический патент ГДР 50 543 и выкладное описание изобретения к неакцептованной заявке 2 043 206).

Использование источника углерода с предпочтительным числом С 10 — 14 для фер ментации на н-парафинах в фазе логарифмического. роста дрожжевых клеток между 0,08 и 0,10 вес. ч. суспензии культуры (патент исключительного права ГДР 113 927).

Используемые микроорганизмы имеют зна- 15 чительные резервы относительно использования израсходованного углерода, кислорода и также азота в пользу желаемого чистого протеина.

Цель изобретения — повышение экономичности способа культивирования микроорганиз- 2п мов на прямоцепных углеводородах, вследствие лучшего использования микроорганизмов, а также создание таких условий способа, чтобы достигался оптимальный коэффициент созревания клеток микроорганизмов. 25

Состав н-парафинов по характеристике используемого углеводородного сырья в связи, с определенными условиями способа оказывает значительное влияние на коэффициент созревания клеток микроорганизмов, а также на качество продукции.

Для культивирования микроорганизмов исходные продукты источника углеродов используются так,. как они поступают на рафинированное очищение.

С другой стороны . л-парафиносодержащие

35 углеводородные фракции используются так, что после микробиологичесокй депарафинизации они удовлетворяют предусмотренным целям применения. Связи между созреванием клеток микроорганизмов, качеством конечно40 го продукта протеина относительно исходной фракции и условиями ферментации до сих пор еще не известны.

Вместо общеизвестных используемых исходных фракций кипящего положения 200 — 45 .300 С используются определенные срезы и-парафинов или н-парафиносодержащих углеводородных смесей более высокого уровня кипения и соответственно для срезов выбираются условияя наиболее благоприятного результата выращивания, достигаются значительно лучшие результаты при улучшении удельного расхода кислорода, углерода и азота в пользу чистого протеина.

Высокая концентрация биомассы достигает- 55 ся, если используемые срезы н-парафинов или и-парафинссодержащих смесей имеют температуо ру начала кипения выше на 60-120 С, в.осо73 4 бениости на 80 — 100 С, т. е. необходимо более высокое число С н-парафинов, при одновремен ном сужении диапазона числа С.

Это значение достигается, если по меньшей мере 7(Y используемых прямоцепных углеводородов имеют число С больше, чем 15.

Продолжительность контакта ферментационной смеси с микроорганизмами (источником углерода), водяным раствором питательного вещества в ферментере не должно быть сокращено ниже определенного граничного значения. Это граничное значение составляет примерно на 1 — 2 ч больше, чем было бы возможно соответственно естественной скорости роста микроорганизмов нри условиях углеводородной ферментации, и используется до сих пор в известных способах.

При введении нормальных смесей устанавливают возможно короткое время реакции, чтобы избежать высокой степени поглощения использованного источника углерода и подаваемого кислорода при более длинном времени реакции. Это короткое время реакции имеет недостаток, «оскольку может привести к неполному соэрсванию клеток. Различия в биологическом общем ходе реакции синтеза клеточного вещества при использовании предлагаемого способа имеют чреэвычайпо сложную природу

В целом из этого различия вытекают результирующие преимущества, что при синтезе клеточного вещества из более длинных цельных н-парафиновых цепочек из клетки отдается мало энергии и продуктов обмена веществ, и,что при найденном более высоком оптимуме времени реакции возможно наилучшее созревание клеток, например, в клетках с более высоким коэффициентом созревания более выгодное отношение клеточной плазмы к ядру клетки, так что в клеточном ядре относительно уменьшаются связанные неусваиваемые азотные соединения..

Очевидно, что расходуется меньше кислорода, углерода и азота для продуктов обмена веществ и неусваиваемых азотных соединений, причем более высокая степень поглощения, при удлиненной продолжительности реакции. олагодаря получающимся преимуществам, более чем компенсируется или по меньшей мере компенсируется.

Таким образом возможно достижение опти1 мального коэффициента созревания клеток микроорганизмов для получения протеина при выгодных экономических условиях.

Преимущество при применении более высокого среза получается в таком виде, что при ферментации с поглощением кислорода естественные потери углеводородов при испарении уменьшаются почти наполовину.

945 173

40

200- 300

50-100

60 — 90

10-15

20 — 30

3 — 6

Если рассматривать предлагаемый способ в связи с переработкой продукции из минеральных масел или на нефтеперерабатывающем или нефтехимическом комбинате, то можно получить ряд преимуществ относительно 5 экономного использования составных частей тяжелых нефтяных фракций для получения протеинов и также в таком виде, что легкие до сих пор используемые составные части могут найти экономичное или выгодное для народного хозяйства применение .

Представлены два варианта способа при использовании в качестве производительной культуры Candida gui11ermondii.

Использование Candida gui11iermondii еле- 15 дует принимать как пример, а не как ограничение.

Принципиальные тенденции имеют доказанную термодинамическим способом силу для всех микроорганизмов, которые для синтеза клеточ- 20 ного вещества могут использовать преимущественно н-парафины.

Пример 1. В экспериментальном ферментере с котлом с мешалкой емкостью

500 л, который оснащен всеми исполь- 25 зуемыми для непрерывного выращивания микроорганизмов с поглощением кислорода устройствами и необходимой измерительной техникой, выращена Candida gui11ermondii на очищенных н-парафинах при следующих условиях: 30

Начало кипения и-парафиновой фракции, С 300

Конец кипения и-парафиновой фракции, С 380

Среднее число С и-парафина 19

Фсрментационная смесь в ферментере, кг 200

Продолжительность реакции ферментационной смеси, ч 8

Подача н-парафинов, кг/ч 1,05

Температура, С 34

Значение рН 4,2

Концентрация питательных и микроэлементов в ферментационной смеси благодаря непрерывной дозировке при соответствующем пи45 татсльном растворе поддерживалась, мг/л:

NH4 100-155

Ро „

ВОа

К 50

М Я

Еп

Ìn 3 — 6

Cu+ 0,02

Fe 5 — 7

Удельная степень обдува 70 л воздух/кг ферментационной смеси, удельное питание мощ. ности 10 Вт/кг ферментационной смеси через мешалку (нетто) .

Опыт продолжался приблизительно 10 дней, причем биомасса взята очищена и высушена для анализа и отдела для соответствующего опыта, вследствие чего. достигнуты следующие результаты (столбец 2).

В табл. 1 даны для сравнения результаты обычной ферментации со смесью и-парафинов при уровне кипения 200-380 С и обычной продолжительностью реакции 4 ч.

Пример 2. На опытной станции, согласно примеру 1 непрерывно выращена Can.

dida gui11iermondii.

Степень обдува 70 л воздух/кг ферментационной смеси, удельное питание мощности через мешалку 8 Вт/кг ферментационной смеси. Концентрация питательных и микроэлементов поддерживалась аналогично примеру 1.

Температура, С 33

Значение рН 4,2

Продолжительность реакции, ч 7

Использован выделенный из нефти газойль при уровне кипения 295 — 370,который содержит 20,1 вес.% и-парафинов со средним числом

С вЂ” С,а в диапазоне С,,— С а. Концентрация газойля в ферментационной среде составляет

26,5%. Опыт проводят 8 дней. После ферментации неизрасходованный газойль отделен посредством непрерывно работающего дискового сепаратора. В высокой степени освобожденная от газойля дрожжевая суспензия была высушена. затем отдельными порциями экстрагирована с органической смесью растворителя (беизииизопропанол), высушена и соответствующим образом анализирована.

Получены следующие результаты (столбец 2)

В столбце 1 даны для сравнения результаты известного способа с вьщелением газойля при уровне кипения 230 — 350 С (табл. 2). Продолжительность реакции составляет 4 ч. Концентрация газойля 14% при содержании н-парафинов в выделенном газойле 19,8%. Среднее число С в выделенном газойле, содержащем н;парафины, составляет С в диапазоне

С9 22.

943173

Таблица 1

Показатели

1 2

170

Выход биомассы, кг/ч

1,01

085

2,5

1,04

1,23

64,0

58,0

56,0

47,0

87,5

81,0

Показатели

14,2

28,1

0,71

0,804

2,12

2,4

1,13

1,0

ITC

63,0

67,0

51,7

57,5

86,0

82,0

Концентрация биомассы, г/кг

Удельный расход кислорода, кг Оз/кг высокотемпературной суспензии (ВТС) Удельный расход н-парафина, кг и-парафина/кг ВТС

Содержание сырого протеина%

Чистый протеин, %

Содержание израсходованного азота в чистом протеине, %

Концентрация биомассы, г/кг

Выход биомассы, кг/ч

Удельный расход кислорода, кг 0 /кг ВТС

Удельный расход н-парафинов, кг н-.парафинов/кг ВТС

Содержание сырого протеина,%

Содержание чистого протеина, %

Содержание азота в чистом протеине%

Формула изобретения

Способ культивирования микроорганизмов на прямоцепных утлеводородах для получения протеина одноклеточных организмов улучшенным вызреванием клеток микроорганизмов, о т л и- SS ч а ю шийся тем, что примененная н-парафиновая или фракция, содержащая н-парафины, по сравнению с до снх пор применяемыми

Таблица 2

Г фракциями, с температурой начала кипения

200 — 380 С имеет на 60 — 120 С, особенно 80—

100 С; высшую температуру начала кипения и тем самым высшее среднее число атомов угле. рода и-парафинов (не менее 17), причем диапазон числа, атомов углерода ограничивается так, что по крайней мере 70% применяемых прямоцепных углеводородов имеет больше 15 атомов углерода и длительность выдержки

945173

Корректор Г. Orap

Составитель М. Ларина

Техред Т. Маточка

Редактор H. Рогулич

Заказ 5260/34

Подписное

Тираж 505

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

l13035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4/5

Филиал ППН "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

9 ферментационной смеси, состоящей из микроорганизмов, источника углерода, водной питательной среды, в ферментере составляет не менее 5 ч.

Признано изобретением по результатам экс:ь. пертизы, осуществленной ведомством по изобретательству Германской Демократической

Республики.