Способ выделения выращенных клеток микроорганизмов из питательного бульона

 

Изобретение относится к биотехнологии и касается способа выделения выращенных клеток микроорганизмов из питательного бульона. Питательный бульон подкисляют, концентрируют в тарельчатом сепараторе, рН бульона, выходящего из тарельчатого сепаратора , снижают до 3,5-4,0 добавлением серной или соляной кислоты, затем бульон нагревают до 80-90°С в теплообменнике, в который на первую ступень подают питательный бульон, а на вторую ступень - горячую воду или пар, при указанной температуре выдерживают 10-15 мин. и разделяют бульон на жидкую и твердую фазы с помощью шнековой центрифуги. Процесс осуществляют непрерывно. 5 з. п. ф-лы, 1 ил.

союз советских социАлистических

РЕСПУБЛИК (я)5 С 12 N 1/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕ НТУ (21) 4743125/13 (22) 23.01.90 (46) 23,08.93. Бюл. М 31 (31) Р 3901954.3 (32) 24.01.89 (33) ОЕ (71) Вестфалия Сепаратор АГ и Геэельшафт фюр Биотехнологише форшунг мбХ (DE) (72) Хайнрих Хустер, Харальд Шмитт, ЙергДитер Ортс, Хельмут Хуштедт и Карл-Хайнц

Кронер (DE) (56) Патент ГДР ¹ 212388, кл. С 12 N 1/02, 1984. (54) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ВЫРАЩЕН-.

НЫХ КЛЕТОК МИКРООРГАНИЗМОВ ИЗ

ПИТАТЕЛЬНОГО БУЛЬОНА

Изобретение относится к способу выделения выращенных клеток микроорганизмов из питательного бульона, предусматривающий подкисление питательного бульона с последующим его предварительным концентрированием в тарельчатом сепараторе.

Биомасса возникает в результате ферментации различных микроорганизмов на различных питательных средах, например, использующие метан или метанол бактерии или использующие сахар дрожжи. Ферментация протекает обычно в питательном бульоне, в котором микроорганизмы содержатся в незначительных концентрация(0,53,0 мас. $ сухой субстанции).

Размеры этих микроорганизмов от 0,1 до 10 мкм. Питательный бульон содержит

„„. Ж„„ 183642Q /АЗ (57) Изобретение относится к биотехнологии и касается способа выделения выращенных клеток микроорганизмов иэ питательного бульона. Питательный бульон подкисляют, концентрируют в тарельчатом сепараторе, рН бульона, выходящего иэ тарельчатого сепаратора, снижают до 3,5 — 4,0 добавлением серной или соляной кислоты, затем бульон нагревают до 80 — 90 С в теплообменнике, в который на первую ступень подают питательный бульон, а на вторую ступень — горячую воду или пар, при укаэанной температуре выдерживают 10-15 мин. и разделяют бульон на жидкую и твердую фазы с помощью шнековой центрифуги. Процесс осуществляют непрерывно, 5 э. и. ф-лы, 1 ил. кроме того питательные соли, которые еще не используются микроорганизмами. Выделение клеточной массы иэ питательного бульона является одним из этапов переработки.

Целью этого этапа является повышение концентрации клеток и при этом лишь незначительное повреждение, чтобы избежать перехода протеина иэ содержимого клетки в суспензию и таким образом потери протеина.

С целью использования массы, например, при производстве одноклеточного протеина, необходимо обеспечить, чтобы она оставалась пригодной для использования в питании людей или животных, т.е., чтобы она могла биологически превращаться в этих организмах. Кроме того, целью может О) (д)

@:, (,C « !

3»

ice

1836420 быть самое значительное сохранение биологической активности микроорганизмов, чтобы тем самым можно было обеспечить использование в качестве биологически активных начальных бульонов, при использовании которых получаются биологически активные, белковые компоненты, например, энзимы, С технологической точки зрения переработка питательных бульонов в большинстве случаев оказывается сложной, так как размеры клеток очень невелики и концентрация твердого вещества в ферментиом бульоне низка. Так как в большинстве случаев в качестве ферментиого бульона служат водные растворы солей, различие в плОтности микроорганизмов в большинстве случаев очень невелико.

Известный уровень техники предусматривает предварительное концентрирование 20 бульона. Например, с помощью тарельчатых сепараторов. При этом предварительная концентрация достигается в 2-20 раз больше, т.е. содержание сухой субстанции выходящей из сепаратора, предварительно 25 концентрированной суспеизии находится в . пределах От 5 до 207 сухой субстанции. В этой связи под сухой субстанцией понимается доля биологической сухой массы в граммах на 100 мл осадка. 30

Осветлениый глютеиовый сход (супернатант) такого сепаратора содержит обычно менее 0,1 4 биологической сухой субстанции, причем речь прежде aeего идет о неотделяемых растворенных веществах. В 35 настоящее время, например, при получении одноклеточного протеина, содержащая твердое вещество фаэг обезвоживается дальше с помощью второго каскада распылительиого сепаратора или, если допускает 40 микроорганизм, в камерном фильтр-прессе, прежде чем полученная такйм образом суспензия при получении Одноклеточного протеина или при получении начальных культур будет подана в сушилку. 45

Задачей настоящего изобретения является создание Такого способа упомянутого вначале типа, чтобы при центробежном повышении концентрации достигалось значительное увеличение достигнутых до сих пор 50 значений сухой субстанции.

Эта задача решается с помощью признаков пункт 1 формулы изобретения.

Предпочтительные усовершенствования изобретения указаны в дополнительных 55 пунктах изобретения.

Сказалось, что с помощью способа в соответствии с изобретением достигаешься ие только улучшенное осаждеиие, но и значительно более высокое повышение коицентрации биомассы, а также что помимо этого клетки биомассы не освобождают содержащиеся в них вещества. При этом способ неожиданно может применяться как на бактериях, так и на дрожжах, В способе в соответствии с изобретением водородный показатель используется в качестве переменного, определяющего производительность коэффициента. Лишь комбинация влияющих величин, как, например, водородный показатель, температура и время обработки, допускает оптимальное приспособление к проблеме отделения, При этом параметры могут выбираться таким образом, что обработка осуществляется при значительном сохранении биологической активности биомассы (например, активностей ферментов).

Теперь способ в соответствии с изобретением приводит к улучшенной сепарируемости, не оказывая отрицательного воздействия на преимущества улучшенного обезвоживания, и впервые .позволяет осуществлять отделение с помощью шнековых центрифуг со сплошной оболочкой.

Способ в соответствии с изобретением логично приводит к агломерации или флокуляции сжатых клеток. Благодаря этому происходит ускоренное осаждение. которое приводит к быстрому компактированию в зоне обезвоживания шнековой центрифуги.

Степень обезвоживания прессованием. В противоположностЬ прочим способам агломерации или флокуляции предотвращается воздействие воды, Это среди прочего определяется выбором надлежащей кислоты, например, соляной или серной, П редложенное двухступенчатое повышение концентрации, т.е, обработка выращенных клеток s высокопроизводительной центрифуге и последующее повышение концентрации после соответствующей предварительной обработки в шнековой центрифуге, дает, в частности, большие преимущества тогда, когда концентрация клеТоК в ферментаторе сравнительно низка (10 )ь и менее), как это, например, имеет место при многих бактериальных ферментациях, Таким образом, производительность отделения и степень повышения концентрации могу оптимизировать независимо друг от друга при использовании машинно-технических особенностей, Помимо этого эко-. номичнее производить предварительную обработку с уменьшенными объемами.

Способ в соответствии с изобретением может осуществляться непрерывно, С помощью нескольких примеров, результаты которых воспроизведены ниже, однозначно подтверждается предпочтительность пред1836420 лагаемого способа по сравнению со способами без температурно-кислотной обработки. При повышении концентрации были достигнуты такие значения которые отчасти более чем на 50 были выше значения,,полученного традиционным способом.

Пример 1а. Предварительно концентрированная с помощью распылительного сепаратора бактериальная суспензия (метиломон М15),,которая содержит 20 — 25 мас. осаждаемых веществ (7 — 8 сухой субстанции), была доведена до водородного показателя 4 и затем осторожно нагрета до температуры 84 С. После тепловой выдержки примерно в течение 10 минут удалось повысить концентрацию обработанной таким образом бактериальной суспензии с помощью шнековой центрифуги со сплошной оболочкой до значения 26 сухой субстанции, Глютеновый сход шнекового сепаратора содержит еще 3,4 осаждаемой биологической сухой массы. Кроме того, в глютеновом сходе было установлено лишь

10 мг/л расворенного протеина. Это значение, которое имело место также при использовании известных способов, и таким образом это доказывает, что не произошло никакого характерного повреждения клеток, Пример 16. Обработанная как в опыте

1а биомасса центрифугировалась в очень быстро вращающейся охлаждаемой ковшовой центрифуге (10000 g, 30 мин). При этом было достигнуто повышение концентрации до 39 сухой субстанции. Без предварительной обработки в соответствии с изобретением при тех же условиях удалось добиться повышения концентрации только до 27 сухой субстанции. По этим результатам можно убедиться, что возможность концентрации биомассы значительно улучшилась благодаря температурно-кислотной обработке.

Пример 2. Ресуспендированные водой пекарные дрожжи (22 объемных процента осаждаемых долей), с помощью которых должен был моделироваться ферментативный бульон. без обработки подавался B шнековую центрифугу, Максимально достижимое повышение концентрации составило 24 сухой субстанции.

После температурно-кислотной обработки этих ресуспендированных пекарных дрожжей с помощью шнековой центрифуги удалось добиться величин до Зб . Это означает увеличение содержания сухой субстанции на 50, Центрифугированная проба обработанных ресуспендированных пекарных дрожжей показала, что первона5

30 е

55 чальное значение в 22 объемных процента было понижено до 12 объемных процентов, П р и и е р 3. В лабораторном масштабе удалось подтвердить, что концентрацию кормовых дрожжей. концентрация которых в необработанном виде может быть повышена до 25 сухой субстанции, благодаря температурно-кислотной обработке можно повысить до 34 сухой субстанции.

Пример выполнения изобретения представлен на чертеже и ниже поясняется более подробно, Позицией 1 на чертеже обозначен ферментатор, в котором находи"ся содержащий биомассу питательчый бульон. C целью предварительной концентрации биомасса подается в распылительный сепаратор 2, Выходящий из распылительного сепаоатора 2 концентрат с помощью серной кислоты доводится до значения водородного показателя 3,5 — 4,0 и затем нагревается в теплообменнике 4 до температуры 80-90 С.

За теплообменником 4 следует участок

5 тепловой выдержки, в котором предварительно концентрированная биомасса выдерживается в течение 10 — 15 минут до вышеупомянутой температуры, прежде чем она будет подана в шнековую центрифугу со сплошной оболочкой б, Глютеновый сход 7 шнековой центрифуги б возвращается к первой ступени теплообменника 4 и там направляется для первого повышения температуры проходящей через теплообменник биомассы.

Во второй ступени теплообменникг 4 осуществляется дальнейшее повышение температуры с помощью горячей воды 8 или пара. Таким образом. осуществляется особенно осторожное нагревание биомассы, которое исключает освобождение содержащихся в клетках веществ.

С целью центоифугирования еще имеющейся B глютеновом сходе 7 шнековой центрифуги отделяемой биомассы она может подаваться к дополнительно подключенной очистительной центрифуге 9.

Теплообменник может быть выполнен в виде статического смеситсля.

Формула изобретения

1. Способ выделения выращенных клеток микроорганизмов из питательного бульона, включающий подкисление питательного бульона с последующим его предварительным концентрированием в тарельчатом сепараторе, отличающийся тем, что, с целью предотвращения разрушения клеток, рН бульона, выходящего из тарельчатого сепаратора, снижают до 3,5-4,0 добавлением кислоты, затем бульон нагревают до 80 — 90 С, выдерживают при указан1836420

3, Способ по и. 1 или 2; о т л и ч а ю щ и-. и с я тем, что нагревание бульона осуществляют в теплообменнике, в который подают горячую воду или пар.

Составитель А.ульянова

Редактор 0,Кузнецова Техред M. Моргентал Корректор C,Äe ôð

Заказ 300У Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и Открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ной температуре в течение 10-15 мин и разделяют с помощью шнековой центрифуги, 2. Способ по и. 1, отличающийся тем, что для снижения рН питательного бульона используют серную или соляную кислоту.

4. Способ по и. 3, о тл и ча ю щи йс я тем, что используют двуступенчатый теплообменник, на первую ступень которого подают питательный бульон, а на вторую

5 ступень — горячую воду или пар.

5. Способ по и. 3, отn и ча ю щи и с я тем, что в качестве теплообменника используют статический смеситель.

6, Способ по одному из пп. 1-5, о тл и10 ч а ю шийся тем, что процесс осуществляют непрерывно,