[go: up one dir, main page]

RU2051962C1 - Method of cultivation of hydrogen-oxidizing bacteria - Google Patents

Method of cultivation of hydrogen-oxidizing bacteria Download PDF

Info

Publication number
RU2051962C1
RU2051962C1 SU5021682A RU2051962C1 RU 2051962 C1 RU2051962 C1 RU 2051962C1 SU 5021682 A SU5021682 A SU 5021682A RU 2051962 C1 RU2051962 C1 RU 2051962C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hydrogen
cultivation
bacteria
carbon dioxide
lignin
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Татьяна Григорьевна Волова
Олег Васильевич Янголов
Юрий Григорьевич Каханов
Николай Михайлович Коновалов
Original Assignee
Татьяна Григорьевна Волова
Олег Васильевич Янголов
Юрий Григорьевич Каханов
Николай Михайлович Коновалов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Татьяна Григорьевна Волова, Олег Васильевич Янголов, Юрий Григорьевич Каханов, Николай Михайлович Коновалов filed Critical Татьяна Григорьевна Волова
Priority to SU5021682 priority Critical patent/RU2051962C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2051962C1 publication Critical patent/RU2051962C1/en

Links

Landscapes

  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

FIELD: microbiological industry. SUBSTANCE: invention is intended for cultivation of hydrogen-oxidizing bacteria which are perspective producers of protein in unicellular organisms. Synthesis-gas obtained by steam lignin gasification is used as the source of hydrogen and carbon dioxide for hydrogen-oxidizing bacteria Alcaligenes entrophus ВКПМ B-5786 cultivation. Fermentation is carried out in continuous-flow regime on the liquid saline medium at continuous stirring and aeration of culture with hydrogen, oxygen and carbon dioxide at 30 C and pH 7.0. Specific growth rate of bacteria is 0.3-0.4 h-1, protein content in biomass is 65%. EFFECT: broaded raw base, increased growth rate and protein yield, lignin utilization, decreased cost.

Description

Изобретение относится к микробиологической промышленности и предназначено для культивирования водородокислящих бактерий, являющихся перспективным продуцентом белка одноклеточных и ряда целевых продуктов. The invention relates to the microbiological industry and is intended for the cultivation of hydrogen-oxidizing bacteria, which are a promising producer of unicellular protein and a number of target products.

Известен способ культивирования водородокислящих бактерий Alcaligenes eutorphus Z-1, при котором водород и кислород получают электролизом воды, двуокись углерода из газовых отходов биохимических производств [1]
Недостаток способа высокие затраты на получение электролитических газов.
A known method of culturing hydrogen-oxidizing bacteria Alcaligenes eutorphus Z-1, in which hydrogen and oxygen are obtained by electrolysis of water, carbon dioxide from gas wastes from biochemical plants [1]
The disadvantage of this method is the high cost of producing electrolytic gases.

Известен способ культивирования водородокислящих бактерий Alcaligenes eutrophus на отходящих газах химических производств с целью снижения затрат. Используют отходящие газы производства капролактама после предварительной очистки от циклогексана и циклогексанола или отходящие газы производства аммиака; в обоих вариантах удельная скорость роста бактерий не превышает 0,3 ч-1 [2] Данный способ является прототипом изобретения.A known method of culturing hydrogen-oxidizing bacteria Alcaligenes eutrophus on the exhaust gases of chemical plants in order to reduce costs. Use caprolactam off-gases after preliminary purification from cyclohexane and cyclohexanol or off-gases from ammonia production; in both cases, the specific growth rate of bacteria does not exceed 0.3 h -1 [2] This method is a prototype of the invention.

Недостатками прототипа являются: 1) при использовании отходящих газов капролактамового производства сложная и дорогостоящая процедура очистки от токсических примесей (циклогексана и циклогексанола), совершенно не допустимых при производстве белка одноклеточных, заключающаяся в предварительном охлаждении, сепарации, сорбции на поглотителях; 2) при использовании отходящих газов аммиачного производства наличие в них балластных примесей, что делает необходимым во избежание заполнения газового объема ферментера неутилизируемыми бактериями примесями и затухания процесса биосинтеза периодические обновления газовой смеси, т.е. большие потери газового сырья в целом; 3) в обоих вариантах не достаточно высокие скорости роста бактерий. The disadvantages of the prototype are: 1) when using flue gas of caprolactam production, a complex and expensive procedure for purification of toxic impurities (cyclohexane and cyclohexanol), completely unacceptable in the production of unicellular protein, which consists in preliminary cooling, separation, sorption on absorbers; 2) when using waste gases of ammonia production, the presence of ballast impurities in them, which makes it necessary to avoid periodic filling of the gas mixture, i.e. large losses of gas raw materials in general; 3) in both cases, not sufficiently high bacterial growth rates.

Цель изобретения расширение сырьевой базы и снижение затрат, а также повышение удельной скорости роста бактерий. The purpose of the invention is the expansion of the raw material base and cost reduction, as well as increasing the specific growth rate of bacteria.

Цель достигается благодаря использованию в качестве источника водорода и двуокиси углерода синтез-газа, получаемого газификацией лигнина. В качестве продуцента используют быстрорастущий штамм водородокислящих бактерий Alcaligenes eutrophus ВКПМ В-5786. The goal is achieved through the use of synthesis gas obtained by gasification of lignin as a source of hydrogen and carbon dioxide. As a producer, a fast-growing strain of hydrogenating bacteria Alcaligenes eutrophus VKPM B-5786 is used.

Суть изобретения заключается в следующем. Гидролизный лигнин газифицируют пароводяным способом в стационарном слое при 750-800оС и давлении 20-25 атм. Используемый режим и параметры газификации позволяют получать синтез-газ, в котором содержание и соотношение компонентов соответствует физиологии и питательным потребностям продуцента. После охлаждения синтез-газ компремируют и используют для выращивания бактерий. В ферментер с заданной скоростью также поступает жидкая солевая среда с необходимым набором макро- и микроэлементов. Культивирование проводят при постоянном перемешивании, при 30оС и рН, равном 7,0. Отбираемую из ферментера биомассу после центрифугирования высушивают и анализируют состав стандартными методами.The essence of the invention is as follows. Hydrolysis lignin is gasified by the steam-water method in a stationary layer at 750-800 о С and a pressure of 20-25 atm. The mode and parameters of gasification used make it possible to obtain synthesis gas in which the content and ratio of components corresponds to the physiology and nutritional needs of the producer. After cooling, the synthesis gas is compressed and used to grow bacteria. A liquid salt medium with the necessary set of macro- and microelements also enters the fermenter at a given speed. The cultivation is carried out with constant stirring, at 30 about C and a pH of 7.0. The biomass taken from the fermenter is dried after centrifugation and the composition is analyzed by standard methods.

П р и м е р 1. Гидролизный лигнин биохимического производства с остаточной влажностью 42% (предварительно подсушенный) загружают в реактор и подвергают переработке. На первом этапе для удаления смолистых составляющих проводят пиролиз в диапазоне температур 300-500оС, далее температуру повышают до 800оС при давлении 20 атм, и проводят пароводяную газификацию лигнина для получения синтез-газа. Полученный синтез-газ имеет следующий состав (об. ): водород 70,0; окись углерода 8,0; двуокись углерода 20,0; метан 2,0. После добавления кислорода состав смеси следующий (об.): водород 58,0; окись углерода 5,8; двуокись углерода 15,0; метан 0,6; кислород 20,6.PRI me R 1. Hydrolysis lignin biochemical production with a residual moisture content of 42% (pre-dried) is loaded into the reactor and subjected to processing. In the first stage for removing tarry components pyrolysis is carried out in the temperature range 300-500 C, the temperature was raised further to 800 ° C under a pressure of 20 atm, and the steam-water carried lignin gasification to produce synthesis gas. The resulting synthesis gas has the following composition (vol.): Hydrogen 70,0; carbon monoxide 8.0; carbon dioxide 20.0; methane 2.0. After adding oxygen, the composition of the mixture is as follows (vol.): Hydrogen 58.0; carbon monoxide 5.8; carbon dioxide 15.0; methane 0.6; oxygen 20.6.

Музейную культуру штамма-продуцента ресуспендируют в жидкой среде, содержащей, г/л:
Na2HPО4 · 9 H2O 9,5
KH2PO4 1,5
MgSO4 0,2
CO(NH2)2 1,5 а также 5 мл раствора железа лимоннокислого (5 г/л) и 3 мл стандартного раствора микроэлементов, содержащего, г/л:
H3BO3 0,228
CoCl2 · 6 H2O 0,030
CuSO4 · 5 H2O 0,008
MnCl2 · 4 H2O 0,008
ZnSO4 · 7 H2O 0,176
NaMoO4 · 2 H2O 0,008
NiCl2 0,008
Газовую смесь с помощью компрессора непрерывно прокачивают через культуру со скоростью 6 л/л ч. Культивирование проводят в 10-литровом ферментере, с объемом культуры 2,0 л. Ферментер снабжен системами перемешивания, рН- и термостатирования. Ферментацию проводят в проточном режиме. Свежая питательная среда с помощью насоса-дозатора непрерывно поступает в ферментер, и из него с такой же скоростью отбирается культура. Температура культивирования составляет 30оС, рН среды 7,0. Удельная скорость роста бактерий составляет 0,4 ч-1, полученная биомасса содержит (в к сухому веществу): общего азота 12,3; белка 65; нуклеиновых кислот 12,0; общих углеводов 5,1.
The museum culture of the producer strain is resuspended in a liquid medium containing, g / l:
Na 2 HPO 4 · 9 H 2 O 9.5
KH 2 PO 4 1.5
MgSO 4 0.2
CO (NH 2 ) 2 1.5 and also 5 ml of a solution of iron citrate (5 g / l) and 3 ml of a standard solution of trace elements containing, g / l:
H 3 BO 3 0.228
CoCl 2 · 6 H 2 O 0.030
CuSO 4 · 5 H 2 O 0.008
MnCl 2 · 4 H 2 O 0.008
ZnSO 4 · 7 H 2 O 0.176
NaMoO 4 · 2 H 2 O 0.008
NiCl 2 0.008
The gas mixture using a compressor is continuously pumped through the culture at a rate of 6 l / l h. Cultivation is carried out in a 10-liter fermenter, with a culture volume of 2.0 l. The fermenter is equipped with mixing, pH and temperature control systems. Fermentation is carried out in flow mode. Fresh nutrient medium is continuously supplied to the fermenter using a metering pump, and a culture is taken from it at the same rate. The temperature of cultivation is 30 about With a pH of 7.0. The specific growth rate of bacteria is 0.4 h -1 , the resulting biomass contains (in dry matter): total nitrogen 12.3; protein 65; nucleic acids 12.0; total carbohydrates 5.1.

П р и м е р 2. Газификацию лигнина проводят по схеме аналогично примеру 1 при 750оС и давлении 25 атм. Получаемый синтез-газ имеет следующий состав (об.): водород 72,0; окись углерода 15,0; двуокись углерода 12,0; метан 1,0. После добавления кислорода в синтез-газ состав смеси следующий (об.): водород 59,5; окись углерода 12,0; двуокись углерода 8,0; метан 0,3; кислород 20,2. Ферментация и параметры процесса аналогично примеру 1. Удельная скорость роста бактерий составляет 0,3 ч-1, так как имеет место ингибирование бактерий окисью углерода. Химический состав биомассы следующий: общий азот 11,8; белок 62,0; нуклеиновые кислоты 11,6; общие углеводы 6,8.PRI me R 2. Gasification of lignin is carried out according to the scheme analogously to example 1 at 750 about C and a pressure of 25 atm. The resulting synthesis gas has the following composition (vol.): Hydrogen 72.0; carbon monoxide 15.0; carbon dioxide 12.0; methane 1.0. After adding oxygen to the synthesis gas, the composition of the mixture is as follows (vol.): Hydrogen 59.5; carbon monoxide 12.0; carbon dioxide 8.0; methane 0.3; oxygen 20.2. Fermentation and process parameters are similar to example 1. The specific growth rate of bacteria is 0.3 h -1 , since there is inhibition of bacteria by carbon monoxide. The chemical composition of biomass is as follows: total nitrogen 11.8; protein 62.0; nucleic acids 11.6; total carbohydrates 6.8.

П р и м е р 3. Газификацию лигнина осуществляют аналогично примеру 1 при 770оС и давлении 23 атм. Состав получаемого синтез-газа следующий (об.): водород 71,8; окись углерода 10,6; двуокись углерода 16,0; метан 1,6. После добавления кислорода состав смеси следующий (об.): водород 59,0; окись углерода 8,4; двуокись углерода 12,3; метан 0,4; кислород 19,9. Культивирование проводят аналогично примеру 1. Удельная скорость роста бактерий составляет 0,4 ч-1, содержание общего азота в биомассе 11,6; белка 63,0; нуклеиновых кислот 12,0; общих углеводов 7,0 (к весу сухого вещества).PRI me R 3. Gasification of lignin is carried out analogously to example 1 at 770 about C and a pressure of 23 atm. The composition of the resulting synthesis gas is as follows (vol.): Hydrogen 71.8; carbon monoxide 10.6; carbon dioxide 16.0; methane 1.6. After adding oxygen, the composition of the mixture is as follows (vol.): Hydrogen 59.0; carbon monoxide 8.4; carbon dioxide 12.3; methane 0.4; oxygen 19.9. Cultivation is carried out analogously to example 1. The specific growth rate of bacteria is 0.4 h -1 , the total nitrogen content in the biomass is 11.6; protein 63.0; nucleic acids 12.0; total carbohydrates 7.0 (by weight of dry matter).

Предложенный способ позволяет реализовать эффективный процесс культивирования водородокислящих бактерий Alcaligenes eutrophus ВКПМ В-5786 с использованием в качестве основного ростового субстрата синтез-газа, получаемого газификацией лигнина, при максимальных значениях удельной скорости роста бактерий (0,4 ч-1) с высоким содержанием белка в биомассе. Способ расширяет сырьевую базу для культивирования водородокислящих бактерий и снижает затраты на получение биомассы. Лигнин, служащий исходным сырьем для получения водорода и двуокиси углерода, не имеет самостоятельного стоимостного выражения, так как является неиспользуемым отходом биохимических производств. Предлагаемый способ одновременно решает важную природоохранную задачу утилизации лигнина, являющегося многотоннажным отходом гидролизного производства, так как его накопление в окружающей среде представляет существенную экологическую проблему.The proposed method allows for the implementation of an efficient process for the cultivation of hydrogen-oxidizing bacteria Alcaligenes eutrophus VKPM B-5786 using synthesis gas obtained by gasification of lignin as the main growth substrate at the maximum specific growth rate of bacteria (0.4 h -1 ) with a high protein content in biomass. The method expands the raw material base for the cultivation of hydrogen-oxidizing bacteria and reduces the cost of obtaining biomass. Lignin, which serves as the feedstock for the production of hydrogen and carbon dioxide, does not have an independent cost expression, since it is an unused waste of biochemical industries. The proposed method simultaneously solves the important environmental problem of utilizing lignin, which is a large-tonnage waste of hydrolysis production, since its accumulation in the environment presents a significant environmental problem.

Claims (1)

СПОСОБ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ВОДОРОДОКИСЛЯЮЩИХ БАКТЕРИЙ, заключающийся в выращивании бактерий Alcaligenes entrophus в условиях аэрации жидкой солевой среды водородом, кислородом, двуокисью углерода при непрерывном перемешивании и протоке среды, отличающийся тем, что используют штамп Alcaligenes entrophus ВКПМ В-5786, а в качестве источника водорода и двуокиси углерода используют синтез-газ, получаемый газификацией лигнина, содержащий, об.%:
Водород - 70,0-71,8
Окись углерода - 8,0-10,6
Двуокись углерода - 16,0-20,0
Метан - 1,6-2,0
METHOD FOR CULTIVATION OF HYDROXIDIZING BACTERIA, which consists in growing Alcaligenes entrophus bacteria under conditions of aeration of a liquid salt medium with hydrogen, oxygen, carbon dioxide with continuous stirring and a medium flow, characterized in that they use the Alcaligenes entrophus VKPM B-5786 stamp and two as carbon use synthesis gas obtained by gasification of lignin, containing, vol.%:
Hydrogen - 70.0-71.8
Carbon Monoxide - 8.0-10.6
Carbon Dioxide - 16.0-20.0
Methane - 1.6-2.0
SU5021682 1992-01-08 1992-01-08 Method of cultivation of hydrogen-oxidizing bacteria RU2051962C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5021682 RU2051962C1 (en) 1992-01-08 1992-01-08 Method of cultivation of hydrogen-oxidizing bacteria

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5021682 RU2051962C1 (en) 1992-01-08 1992-01-08 Method of cultivation of hydrogen-oxidizing bacteria

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2051962C1 true RU2051962C1 (en) 1996-01-10

Family

ID=21594161

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5021682 RU2051962C1 (en) 1992-01-08 1992-01-08 Method of cultivation of hydrogen-oxidizing bacteria

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2051962C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102603371A (en) * 2012-03-19 2012-07-25 西安文理学院 Microbial fertilizer and preparation method thereof
EA020482B1 (en) * 2011-12-26 2014-11-28 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" Method of producing copolymer of 3-hydroxybutyric acid and 3-hydroxyvaleric acid
WO2017080987A3 (en) * 2015-11-09 2017-06-15 Unibio A/S Process for producing biomass using a gaseous substrate comprising co2 and methane

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Производство белка на водороде Под ред. И.И.Гительзона. Новосибирск, Наука, 1980 с.150. 2. Авторское свидетельство СССР N 1024514, кл. C 12N 1/20, 1986. *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA020482B1 (en) * 2011-12-26 2014-11-28 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" Method of producing copolymer of 3-hydroxybutyric acid and 3-hydroxyvaleric acid
CN102603371A (en) * 2012-03-19 2012-07-25 西安文理学院 Microbial fertilizer and preparation method thereof
WO2017080987A3 (en) * 2015-11-09 2017-06-15 Unibio A/S Process for producing biomass using a gaseous substrate comprising co2 and methane
CN108431206A (en) * 2015-11-09 2018-08-21 联合生物有限公司 The method for producing biomass using the gaseous substrate comprising CO2 and methane
US10900015B2 (en) 2015-11-09 2021-01-26 Unibio A/S Process for improved fermentation of a microorganism
RU2749884C2 (en) * 2015-11-09 2021-06-18 Унибио А/С Method of improved fermentation with the help of microorganisms
CN108431206B (en) * 2015-11-09 2022-09-02 联合生物有限公司 Method for producing biomass using a gaseous substrate comprising CO2 and methane

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Samson et al. Improved performance of anaerobic digestion of Spirulina maxima algal biomass by addition of carbon-rich wastes
CA1183475A (en) High methionine content pichia pastoris yeasts
JP6329176B2 (en) Rhodococcus aetherivorans VKMac-2610D strain producing nitrile hydratase, its culture method and method for producing acrylamide
RU2051962C1 (en) Method of cultivation of hydrogen-oxidizing bacteria
US3251749A (en) Fermentation process for preparing polysaccharides
US3996105A (en) Mixed methane-utilizing cultures for production of micro-organisms
KR100575297B1 (en) How to produce L-carnitine from crotonobtaine
SU553938A3 (en) The method of obtaining the tryptophan and its derivatives
KR100442741B1 (en) Process for hydrogeon production from biological reaction of organic wastes
JPS6349999B2 (en)
RU2720121C1 (en) Method of producing microbial protein based on hydrocarbon material
SU671738A3 (en) Method of obtaining biomass of microorganisms
RU2053292C1 (en) Strain of bacterium alcaligenes eutrophus - a producer of protein biomass
RU2146291C1 (en) Improved biotechnological process of acrylamide producing
Ko et al. Effect of high pressure on a co-culture for the production of methane from coal synthesis gas
US4795708A (en) Novel backteria and single cell protein production therewith
RU2209250C2 (en) Method for microbiological processing waste in fractionating alcohol purification to yield protein biomass
KR100467789B1 (en) Method for hydrogeon production from anaerobic fermentation of organic compoound
SU992569A1 (en) Process for producing methane
US20230080511A1 (en) Integrated methanol synthesis and fermentation system
JPH05184376A (en) Production of 5-aminolevulinic acid
Seon et al. Degradation of plant wastes by anaerobic process using rumen bacteria
RU2207375C2 (en) METHOD FOR PREPARING POLYMER OF β-HYDROXY- BUTYRIC ACID
Biasiolo et al. Photo-fermentation to unlock a locally available hydrogen source for biogas upgrading within two-phases anaerobic digestion processes
SU908084A2 (en) Method for culturing microrganisms