Способ получения биомассы метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus
METHOD OF PRODUCING BIOMASS OF METHANE-OXIDIZING BACTERIA METHYLOCOCCUS CAPSULATUS

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к способам получения биомассы метанокисляющих бактерий, и может быть использовано в пищевой и химической промышленности.
При выращивании метанокислящих бактерий (авторское свидетельство СССР № 811846 1979 г.) рециркуляция газовой фазы происходит при одновременной подаче кислорода и метана в рабочий объём ферментера, что не исключает возможности взрыва.
Раздельная подача кислорода (в ферментер) и метана (в контур рециркуляции) полностью исключают эту возможность.
Целью изобретения является повышение выхода биомассы, снижение ее потерь и достижение полной взрывобезопасности процесса получения биомассы метанокисляющих бактерий.
2
Поставленная цель достигается путем рециркуляции газосодержащей биомассы метанокисляющих бактерий из нижней части аппарата с минимальным содержанием растворенного кислорода (зоны деаэрации) на вход жидкой фазы в эжекторы, где содержание растворенного кислорода имеет максимальные значения (зону аэрации), подачи метана в контур рециркуляции где происходит полное поглощение кислорода за счёт усвоения его микроорганизмами (содержание кислорода в биомассе – 0) и достижения максимального значения НАД·Н, который является активатором молекулярного кислорода в зоне аэрации с последующим окислением органического субстрата – метана по реакции:
2
2
2
НАД·Н + О + RH → НАД + ROH + HO
(НАД соответствует названию химического соединения никотиноамидадениндинуклеотид)
Рециркуляция газосодержащей биомассы осуществляется центробежным насосом со скоростью прокачки  ÷  рабочего объема ферментера в минуту.
-1
Процесс выращивания проводят на питательных средах, содержащих в качестве источника углерода метан, а в качестве минерального питания используют азот, фосфор, калий, магний и другие, необходимые для питания клеток микроорганизмов элементы. Процесс выращивания при температуре 40-42°С, PH 5-7, удельной  скорости роста микроорганизмов 0,2-0,25 час.
Аэрацию при выращивании метанокисляющих бактерий осуществляют путем барботажа или иным способом.
В результате осуществления предлагаемого способа получают повышение выхода биомассы на 20-25%, снижение потерь биомассы 4,1% и достижение полной безопасности процесса выращивания.
Результаты эксперимента приведены в таблице.
Пример 1
Получение биомассы бактерий рода Methylococcus capsulatus ВСБ 874 осуществляли путем выращивания на питательной среде следующего состава, г/л:
метан 120 л/л, аммофос 5,8, сульфат аммония 4,6, аммиачная вода (25%-ный раствор) 3,5, сульфат калия 2,1, сульфат магния 0,8, сульфат железа 0,2, сульфат марганца 0,07, сульфат цинка 0,02, сульфат меди 0,01.
3
3
Выращивание проводим в условиях непрерывной аэрации с расходом воздуха 1 м/м жидкости, отбором биомассы из зоны деаэрации центробежным насосом, осуществляющим рециркуляцию биомассы в зону аэрации со скоростью  рабочего объема ферментера. Подача метана осуществляется в контур рециркуляции постоянно. Со стадии выращивания суспензию бактерий направляли на разделение и сгущение. Сгущенную биомассу окончательно обезвоживали выпаркой и сушкой.
В результате получили выход биомассы 94% и снижение потерь биомассы 4,1%.
Пример 2
Получение биомассы метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus ВСБ 874 осуществляли на питательной среде следующего состава, на 1 г АСБ,
Фосфорная кислота (80%) – 0,09
Сульфат магния (7 водный) – 0,02
Сульфат калия – 0,025
Сульфат цинка (7 водный) – 0,0003
Сульфат марганца (4 водный) – 0,0019
Сульфат меди (5 водный) – 0,001
Сульфат железа (7 водный) – 0,0021
Сульфат кобальта (7 водный) – 0,00048
Аммиачная вода (20% раствор) – 4,0 г/л
Количество подаваемого метана на 1 г АСБ – 120 л/л кж.
-1
Выращивание проводили с удельной скоростью роста 0,24 при температуре 42°С и pH – 5,5 в условиях непрерывной аэрации. При этом биомассу из зоны деаэрации со скоростью в количестве  рабочего объема ферментера ц/б насосом направляли в зону аэрации по контуру рециркуляции биомассы.
Подачу метана осуществляли во внешний контур рециркуляции биомассы. Со стадии выращивания бактериальную суспензию на обезвоживание, сепарацию, выпарку.
Сгущенную биомассу направляли на окончательное обезвоживание  - сушку.
В результате получили выход биомассы 92%, потери на стадии обезвоживания 4,3%. Полученный продукт содержал: белка 71%, золы 6,6%.
Пример 3
Получение биомассы метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus ВСБ 874 осуществляли аналогично, как в примере 2, за исключением того, что биомассу из зоны деаэрации в количестве  рабочего объема ферментера возвращали в зону аэрации.
В результате получили выход биомассы 91%, потери биомассы на стадиях обезвоживания 9,4%. Получен продукт с содержанием белка – 70%, золы – 6,7%.
Пример 4
Биомассу метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus ВСБ 874 получали аналогично, как в примере 2, за исключением того, что возврат биомассы из зоны деаэрации в зону аэрации был  рабочего объема ферментера.
В результате выход биомассы составил 81%, потери биомассы на стадии обезвоживания 8,9%. Получен продукт, содержащий: белок – 70%, золы – 5,9%.
Пример 5
Получение биомассы метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus ВСБ 874 в аналогичных условиях, как в примере 2, но без рециркуляции биомассы из зоны деаэрации. Выход биомассы составил 69%, потери биомассы 11,3%.
Рециркуляция биомассы метаноокисляющих бактерий и контроль процесса выращивания по содержанию кислорода
Таблица 1
Пример
Отбираемая часть микроорганизмов на рециркуляцию
Содержание кислорода вне ферментера
Выход биомассы, %
Потери биомассы, %
контроль
-
-
69
11,3
1
1/50
0
94
4,2
2
1/40
0
82
8,6
3
1/60
0
91
4,3
4
1/70
0
90
4,1
5
1/80
0
85
7,4
6
1/90
0
84
9,1
7
1/100
0
81
8,9
8
9
Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известными позволяет повысить выход биомассы до 25%, и снизить потери биомассы до 4,2%,  при полной взрывобезопасности процесса выращивания.