Способ получения биомассы метанокисляющих бактерий
METHOD OF PRODUCING BIOMASS OF METHANE-OXIDISING BACTERIA

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к способам получения метанокисляющих бактерий и может быть использовано в угольной, горнодобывающей, химической и других отраслях промышленности.
Известны способы получения метанокисляющих бактерий при аэрировании и рециркуляции биомассы, в частности авторское свидетельство СССР № 811846, КП С 12 № 1/16, 1979 г.
Недостатком этих способов является получение биомассы метанокисляющих бактерий без активации молекулярного кислорода при постоянной аэрации и контроля растворенного кислорода в ферментере, а также смешение газовых потоков, что снижает взрывобезопасность процесса.
Целью изобретения является повышение выхода биомассы, снижение ее потерь и достижение полной взрывобезопасности процесса выращивания биомассы метанокисляющих бактерий.
Предлагаемый способ получения биомассы метанокисляющих бактерий основывается на биохимической реакции активации молекулярного кислорода восстановленным NAD (NAD соответствует названию химического соединения никотинамидадениндинуклеотида) с последующим окислением органического субстрата – метана.
2
Поставленная цель достигается путем осуществления процесса выращивания с использованием переменного аэрирования, т.е. прекращения подачи воздуха (кислорода) в ферментер до полного поглощения растворенного кислорода в культуральной среде, выдерживания биомассы в ферментере без кислорода до достижения максимального значения НАD·Нс последующим окислением метана при аэрации по реакции:
HAD x H<sub>2</sub><sup></sup>+ O<sub>2 </sub>+ CH<sub>4 </sub>
HAD<sup>+</sup> + CH<sub>3</sub>OH + H<sub>2</sub>O
При этом осуществляется раздельная подача газовых потоков (метана и воздуха). Метан подается в максимально торбулентную, аэрированную зону ферментера непрерывно.
На основании проведенных экспериментальных исследований было установлено, что выдерживание биомассы по времени без кислорода и   подачей кислорода в соотношении от 1:4 минут до 1:6 минут позволяет достигнуть максимальных показателей по производительности процесса выращивания и обеспечить взрывобезопасность процесса.
Выращивание биомассы метанокисляющих бактерий проводят на питательных средах, содержащих в качестве источника углерода – метан, а в качестве минерального питания используют азот, фосфор, калий, магний,  медь  другие необходимые для питания метанокисляющих бактерий элементы.
-1
Процесс выращивания ведут при температуре  40-42°С, PH 5-7, удельной  скорости роста микроорганизмов 0,2-0,25 час при соотношении воздуха: метан от 1:3 до 1:4.
Со стадии выращивания бактериальную суспензию направляют на сгущение и сушку.
Отработанную культуральную жидкость (ОКЖ) после сгущения биомассы возвращают в ферментер.
В результате осуществления предлагаемого способа получили выход биомассы по потребленному субстрату до 99 % и снижению потерь биомассы до 4,0%.
Анализ приведенных в таблице данных указывает на существенность выбранных интервалов значений предлагаемого способа.
Процесс выращивания ведут с использованием датчика растворенного кислорода.
Сравнительные показатели процесса выращивания метанокисляющих бактерий при переменном аэрировании.
№
Соотношение времен без аэрации/с аэрацией, мин.
Концентрация растворенного кислорода анаэробный/аэробный, мг/л
Выход биомассы по потреблённому субстрату, %
Потери биомассы, %
1 контр.
непрерывная аэрация
3,9
79
7,1
2
1:1
0/2,9
81
6,9
3
1:2
0/2,4
85
6,1
4
1:3
0/2,2
90
5,6
5
1:4
0/2,1
94
5,2
6
1:5
0/1,9
97
4,5
7
1:6
0/1,8
99
4,0
8
1:7
0/2,4
86
5,8
Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известными повышает выход биомассы по потребленному субстрату до 99% и позволяет снизить потери до 4,0%
Приведенные примеры иллюстрируют, но не ограничивают использование предлагаемого способа.
Пример 1.
Получение биомассы метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus, штамм ВСБ874, осуществляется на питательной среде следующего состава из расчета на 1 г, абсолютно сухой биомассы (АСБ)
3
4
НРО(80% р-р) – 0,09 мл.
Макроэлементы, г
4
2
MgSOx 7HO    – 0,02
2
4
КSO                  – 0,0025
Микроэлементы, мг
4
2
Zn SO7HO        – 0,3
4
2
Mn SO4HO       – 0,8
4
2
Cu SO5HO        – 0,5
4
2
Fe SO7HO         – 0,1
4
2
Co SO7HO        – 0,048
4
Na Mo O– 0,045
3
3
HBO– 0,3
3
Аммиачная вода NH ON (20% раствор)- 4,0 г/л
4
Метан CH – 10 г/л культуральной жидкости (КЖ)
3
2
В качестве источника азота используется аммиачная вода из расчета 110 / 120 мг на 1 г АСБ. Соотношение азота метана к воздуху NH / O– 3:1.
Подачу метана осуществляли в зону аэрирования при максимальном перемешивании жидких и газообразных фаз при переменном аэрировании.
Переменное аэрирование осуществляли с выдерживанием биомассы по времени без кислорода и   подачей кислорода в соотношении 1:6 минут.
-1
Процесс выращивания вели при температуре 40°С, PH-6,  с удельной скоростью роста 0,25 час
Биомассу со стадии выращивания  направляли на обезвоживание – сепарацию, выпарку. Сгущенную биомассу направляли на окончательное обезвоживание – сушку.
В результате получили выход биомассы 99%, потери на стадии обезвоживания 4,0%. Полученный продукт содержит 71% белка, 6,5 % золы.
Пример 2
Биомассу метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus штамм ВСБ874 получили как в примере 1, за исключением того, что переменное аэрирование с выдерживанием биомассы по времени без кислорода и с подачей кислорода в соотношении 1:4
В результате получили выход биомассы по потребленному субстрату 94%, потери биомассы на стадиях обезвоживания 5,2%.
Получен продукт с содержанием белка 70,3%, золы 6,8%
Пример 3
Получение биомассы метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus штамм ВСБ874 осуществляли аналогично, как в примере 2, за исключением того, что биомассу на стадии выращивания выдерживали по времени без кислорода и с подачей кислорода в соотношении 1:7. В результате получили выход биомассы по потребленному субстрату 86%, потери биомассы на стадиях обезвоживания 5,7%.
Получен продукт с содержанием белка 69,5%, золы 6,9%.
Пример 4
Получение биомассы метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus штамм ВСБ874 осуществляли при непрерывной аэрации и непрерывной подачи метана в ферментер при интенсивном перемешивании.
В результате получили выход биомассы по потребленному субстрату 79%, потери биомассы на стадиях обезвоживания 7,1%.
Получен продукт с содержанием белка 68%, золы 7,1%.
Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известными (при постоянной аэрации) повышает выход биомассы на 20% и снижает потери биомассы на 3,1%.