Метод за производство на биомаса от дрожди
Собственици на патент RU 2384612:
Методът за получаване на дрождена биомаса включва култивиране на дрожди в условия на аерация при температура 25÷40°C и pH 3,0÷6,0 върху хранителна среда, съдържаща източници на въглерод, азот, минерални добавки и стимулатори на растежа. Като хранителна среда се използват хидролизати или ферментолизати от зърнени суровини и/или отпадъци от мелничката. Като биостимулатори на растежа на клетките на дрождите се използват (тегл.%): натриев сулфит (1 10 -4 ÷1 10 -8 ), гиберелови киселини (1 10 -7 ÷1 10 -12 ), водоразтворими хитинови олигозахариди (1 10 -5 ÷1 10 -9 ) в тяхната обща концентрация (1 10 -5 ÷1 10 -10 )% по обем. Методът позволява да се увеличи растежа на биомасата, да се намалят разходите за нейното получаване и да се подобри качеството на готовия продукт по отношение на съдържанието на протеин. Съдържанието на суров протеин в готовия продукт е 42,1%. 2 т.п. f-ly, 2 табл.
Изобретението се отнася до областта на биотехнологиите, микробиологичната, фуражната и преработвателната промишленост и може да се използва за получаване на биомаса от дрожди чрез отглеждането им върху хранителни среди на базата на зърнени суровини и отпадъци от мелница за използване като фуражна добавка в диетата на селскостопански животни и птици.
Като стимуланти се използват както отделни вещества, като витамини, аминокиселини, микроелементи, повърхностноактивни вещества, пуринови или пирамидални бази, така и смеси със сложен състав - композитни биостимуланти. Разкрит е синергичен ефект на такива стимуланти, който се състои в това, че прирастът на биомасата при съвместното им подаване е по-висок от аритметичната сума на прирастите на биомасата при разделното им подаване. Концентрацията на всеки от стимулантите в сравнение с необходимото количество за постигане на подобноефектът, когато се дават поотделно, рязко намалява.
Използването на стимулатори на клетъчния растеж в процеса на получаване на биомаса, както при периодично, така и при непрекъснато култивиране, води до по-пълно използване на субстрата, което позволява да се повиши ефективността на растежа на дрождите при намалени коефициенти на потребление на суровини и електроенергия.
Известен е метод за отглеждане на дрожди при условия на аериране върху минерална хранителна среда, съдържаща източници на въглерод, азот, фосфор и микроелементи, като се използва една или повече α-аминокарбоксилни киселини, които са част от естествени компоненти, като аргинин, левцин и лизин, както и витамини от група В, особено пантотенова киселина, и пиридоксин, като стимулатор на растежа на дрожди (френски патент № 153895 7, клас C12C, 1 969)
Недостатъкът на известния метод е високата цена на използваните суровини.
Известен метод за отглеждане на дрожди с използване на кротонбетаин и бутилбетаин като промотор на растежа (японски патент No. 54-17026, клас C12C 11/08, 1979). Въпреки това, ефектът на стимулантите беше тестван само при периодични условия чрез разклащане на колбите при ниски концентрации на биомаса. Друг недостатък на известния метод е значителният разход на кротонбетаин и бутилбетаин, който е 0,1 mg на 1 литър хранителна среда.
Най-близкият аналог на предлагания метод по техническа същност и постигнат ефект, взет за прототип, е метод за отглеждане на дрожди от родовете Pichia, Sacharomyces Schia saccharomyces, Candida и Torulopsis върху среди с въглеводороди, въглехидрати, алкохоли или органични киселини, при който културалната течност, получена след отглеждане на нуждаещи се, се използва като стимулатор на растежа.тиаминови дрожди, където хранителна среда, обогатена с биотин, калциев пантотенат, фолиева киселина, инозитол, α-аминобензоена киселина, пиридоксин, рибофлавин, тиамин се използва за отглеждане на дрожди, изискващи тиамин, и след като растежът на дрождите спре, клетките се отделят чрез центрофугиране и културалната течност се добавя към оригиналната среда (японски патент № 5 4-1946, клас C12 от 20 ноември 1971 г.).
Когато се използва за стимулиране на растежа на дрождите 0,1-10,0% от културалната течност, използвана в прототипа, има увеличение на биомасата със 7-30% или увеличение на добива на биомаса с 5-15%.
Недостатъкът на прототипа е, че стимулиращият ефект на използваната културална течност се проявява само в комбинация с изброените витамини, което прави метода много скъп и икономически неефективен.
Целта на изобретението е да увеличи растежа на биомасата, да намали разходите за нейното получаване и да подобри качеството на крайния продукт по отношение на съдържанието на протеин.
Решението на този проблем се осигурява от факта, че методът за получаване на биомаса от дрожди включва култивиране на дрожди при условия на аерация при температура 25-40 ° C и pH 3,0-6,0 върху смесена въглехидратна хранителна среда, съдържаща източници на въглерод, азот и (функционално необходими минерални добавки и стимулатори на растежа, хидролизати или ензимни лизати на зърнени суровини и / или флуида отпадъците от мелницата, както и биостимулаторите на растежа на дрождените клетки се използват като хранителна среда zhey, включително антиоксиданти от органична и неорганична природа, тегл.%: натриев сулфит (1 10 -4 -1 10 -8), като фитохормони - гиберелинови киселини (1 10 -7 -1 10 -12), водоразтворими хитинови олигозахариди (1 10 - 5 -1 10 -9 ), чиято специфична концентрация се определябиотехнологични задачи, с тяхната обща концентрация (1·10 -5 -1·10 -10)% обемни.
Като микроорганизми се използват щамовете дрожди Sacharomyses serevisiae, Candida scotti.
Като източник на въглерод се използват субстрати, съдържащи въглехидрати: хидролизати или ферментолизати на зърнени суровини и / или отпадъци от мелница.
В края на процеса на култивиране биомасата се отделя и отработената културална течност се връща в процеса на култивиране на дрожди, след като е предварително обработена с прегрята водна пара, докато температурата на течната фаза достигне 80-95°C.
Култивирането на дрожди се извършва при непрекъснати или периодични условия с разбъркване и аериране на средата с кислородсъдържащ газ, като въздух, в присъствието на източник на азот, като амониев фосфат или сулфатни соли, източници на фосфор, като фосфати, минерални соли на калий, магнезий и микроелементи - соли на желязо, цинк, манган и др.
Като микроорганизъм - продуцент на протеини - се използват щамове дрожди Sacharomyses serevisiae, Candida Scotti.
Като източник на въглерод се използват субстрати, съдържащи въглехидрати; хидролизати или ферментолизати на зърнени суровини и/или отпадъци от мелницата на брашно.
Многокомпонентният композитен биостимулатор (CBS) включва антиоксиданти от органична и неорганична природа, тегл.%: натриев сулфит (1 10 -4 -1 10 -8), като фитохормони - гиберелови киселини (1 10 -7 -1 10 -12), водоразтворими хитинови олигозахариди (1 10 -5 -1 10 -9), със степен на полимерност изация на 3-8, получена чрез обработка на концентрирана сярна киселина от хитин, образуван като отпадък по време на изолирането на месо от ракообразни (RU № 2126012 C1, клас C07H 3/06, 1997), при тяхната обща концентрация (1 10 -5 -1 10-10) % по обем.
Съставът и съотношението на тези компоненти се избират според известните им свойства, в зависимост от техническите изисквания към продукта. В такива случаи е удобно да ги наричате по номера - KBS1, KBS2 и т.н.
В този случай отделните компоненти на съставния биостимулатор се подават в апарата за отглеждане на биомаса или едновременно, т.е. синхронно или поотделно, редувайки подаването им, в количество (1×10 -5 -1×10 -10 )% обемни. По-малката стойност на диапазона не дава желания ефект, а по-голямата намалява икономическата ефективност на метода поради значителни разходи за закупуване на компоненти.
Биостимулаторът се подава в апарата за чиста култура веднага след подаването на инокулума в него и отглеждането на дрождите в периодичен режим, след което активираната дрождена биомаса се прехвърля във ферментатора, където съставният биостимулатор се въвежда изцяло или на периодични порции.
Култивирането на дрожди се извършва при температура 25-40°C и рН 3,0-6,0 в непрекъснат процес в един или няколко етапа.
В края на процеса на отглеждане биомасата се отделя, а течната фаза, т.е. отработената културална течност (OCL), останала след изолирането на целевия продукт, се връща в процеса на отглеждане чрез апарата за приготвяне на хидролизат от растителни суровини. В същото време, преди хранене на етапа на втечняване или озахаряване на зърнени суровини, OKZH се подлага на обработка с прегрята водна пара, докато температурата на течната фаза се установи на 80-95 ° C.
Примери за внедряване на метод
Пример 1. Приготвя се хранителна среда, за която 37,5 g трева и 87,5 g ръжени трици се изсипват в 875 ml чешмяна вода. Хидромодул: твърди и течни фракции - 1: 7. Суспензията се подлага на термична обработка във вряща водна баня в продължение на 4 часа при рН 6,7. Следтермична обработка, сместа се охлажда до стайна температура, регулира се с 10% сярна киселина до pH 5,0 и се добавят соли: 3 g/l (NH4)2SO4 и 0,8 g/l KH2PO4, след което към суспензията се добавят 2 g/l от ензимния препарат глюкаваморин GZH. Ферментолизата се провежда в продължение на 5 часа, след което суспензията се термостатира за 1,5 часа във водна баня.
Дрождите Sacharomyses serevisiae VKPM-y-1985 се отглеждат в колби на шейкър с 200-240 об/мин, при температура 32-34°С за 20 часа с обем на хранителната среда 100 ml.
В хранителната среда се добавя като стимулант композитен биостимулатор KBS1 в количество 1×10 -10, съдържащ, тегл.%: натриев сулфит 1,0·10 -4 -1·10 -8 ; гиберелинова киселина 1 10 -7 -10 -12; хитинови олигозахариди 1·10 -5 1·10 -9 .
При контролните опити не се добавят стимуланти към хранителната среда.
Пример 2. Дрожди Candida scotti VSB-775 се отглеждат съгласно пример 1.
Пример 3. Дрождите Saccharomyces cerevisiae diastaticus (VKPM-y-1218) се отглеждат непрекъснато в промишлен апарат с V=1000 m 3 (Vработа=500 m 3 ) върху ензимен хидролизат от суровини. Композитният биостимулант KBS1 се подава в апарата в количество 10 -9% (тегло/обем).
Технологичните показатели на промишления апарат са представени в табл.1.
| Маса 1. | ||||||||
| № п / стр | опция | Дебит m 3 / час | Време за отглеждане, час | DIA% | Фактор на разходите. за сурово зърно | Суров протеин % | Протеин по Barnstein, % | Производство на дрожди LSV. t/ден |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 1. | контрол | 54 | 8.0 | 8.2 | 1.55 | 39.8 | 29.0 | 80.7 |
| 2. | Опит | 67 | 7.2 | 8.9 | 1.42 | 41.2 | 30.8 | 106.7 |
По този начин въвеждането на композитния биостимулатор KBS1 в хранителната среда с хидролизата на зърнените суровини позволява значително да се интензифицира процесът на отглеждане на дрожди, което се проявява в увеличаване на дебита с 13 m 3 / час (24 rel.%), намаляване на времето за отглеждане с 10 rel.%, увеличаване на дневната продукция на дрожди с 26 t / ден (32 rel.%), намаляване на коефициента на потребление с 8,4 отн.%. Това подобрява качеството на готовия продукт, което се изразява в повишаване на съдържанието на суров протеин с 3,5 отн.% и протеин по Barnstein с 5,2 отн.%.
Пример 4. Дрождите Saccharomyces cerevisiae diastaticus (VKPM-y-1218) се отглеждат непрекъснато в промишлен апарат с Vrab=1000 m3 (Vrab=500 m3) върху ензимен хидролизат от зърно. Композитният биостимулатор KBS2 се подава в апарата в количество 10 -8% обемни.
Технологичните показатели на промишленото устройство са представени в таблица 2.
| Раздел. 2 | ||||||||
| № п / стр | опция | Канал, m 3 / час | Време за отглеждане час | DIA, % | Фактор на разходите. за сурово зърно | Суров протеин, % | Протеин по Barnstein, % | Производство на дрожди DIA, t/ден |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 1. | контрол | 54 | 8.2 | 8.2 | 1.55 | 40.5 | 29.0 | 80.7 |
| 2. | Опит | 75 | 6.6 | 8.6 | 1.37 | 42.1 | 30.6 | 113.7 |
По този начин въвеждането на композитния биостимулатор KBS2 в хранителната среда на промишлен апарат води дозначително подобряване на всички технологични показатели и качеството на биомасата: дебитът се увеличава средно с 21 m 3 /час; времето за отглеждане е намалено с 20%; концентрацията на твърди вещества се увеличава с 4,9%; изчислената производителност на ферментатора се увеличава с 40%; разходният коефициент за сурово зърно е намален с 11,4%; дневното производство на дрожди се увеличава с 33 t/ден, т.е. с 40 отн.%.
1. Метод за производство на дрождена биомаса, включващ култивиране на дрожди в условия на аерация при температура 25÷40°C и pH 3,0÷6,0 върху хранителна среда, съдържаща източници на въглерод, азот, минерални добавки и стимулатори на растежа; като хранителна среда се използват хидролизати или ферментолизати на зърнени суровини и / или отпадъци от мелница, като биостимулатори за растежа на клетките на дрождите се използват, тегл.%: натриев сулфит (1 10 -4 ÷1 10 -8), гиберелинови киселини (1 10 -7 ÷1 10 -12), водоразтворим хитин олигозахар иди (1 10 -5 ÷1 10 -9 ) при тяхната обща концентрация (1·10 -5 ÷1·10 -10 )% обемни.
2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че се използват дрожди: Saccharomyces cerevisiae, Candida scotti.
3. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че в края на процеса на култивиране биомасата се отделя и отработената културална течност се връща в процеса на култивиране на дрожди, като предварително е обработена с прегрята водна пара до температура на течната фаза 80÷95°C.