CC BY
42
УДК 615.012.6
Омельченко Е.С., Аверина Ю.М., Субчева Е.Н., Меньшиков В.В.
ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ СВОЙСТВ СУСПЕНЗИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ ГЛУБИННЫМ ГЕТЕРОФАЗНЫМ КУЛЬТИВИРОВАНИЕМ ДРОЖЖЕЙ CANDIDA TROPICALIS СК-4 НА РАСТИТЕЛЬНЫХ СУБСТРАТАХ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО УГЛЕВОДНО-БЕЛКОВОГО КОРМА
Омельченко Елизавета Сергеевна студент каф. ИМиЗК РХТУ имени Д.И. Менделеева
Аверина Юлия Михайловна к.т.н., доцент каф. ИМиЗК РХТУ имени Д.И. Менделеева, председатель ОСМУСС Меньшиков Владимир Викторович, д.т.н, профессор, заведующий каф. ИМиЗК РХТУ имени Д.И. Менделеева, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева 125047, Россия, Москва, Миусская площадь, дом 9 Субчева Елена Николаевна, ведущий инженер; Общество с ограниченной ответственностью «ВЕРАХИМ», 125047, Россия, Москва, Миусская площадь, дом 9, стр. 5
В данной статье рассматривается возможность получения кормового белка методом глубинного гетерофазного культивирования дрожжей Candida tropicalis СК-4 с использованием в качестве субстрата растительное сырье или отходы переработки этого сырья (свекловичный жом, отруби, торф) для повышения рентабельности переработки сельскохозяйственных культур. Использование стадии фильтрования вместо энергоемких процессов сепарации позволяет улучшить технико-экономические показатели технологического процесса получения растительной углеводно-белковой кормовой добавки. Ключевые слова: экология, культивирование, кормовой белок.
FILTRATION PROPERTIES OF DEPTH HETERO PHASE CULTIVATION OF YEAST CANDIDA TROPICALIS СК-4 SUSPENSIONS ON VEGETABLE SUBSTRATES FOR OBTAINING VEGETABLE CARBOHYDRATE-PROTEIN FOOD
Omel'chenko E.S., Averina Yu.M., Subcheva E.N., Menshikov V.V. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia
This article considers the possibility of producing fodder protein by deep heterophase cultivation of yeast Candida tropicalis CK-4 using as a substrate plant raw materials or processing waste of this raw material (beet pulp, bran, peat) to improve the profitability of processing crops.
Using the filtration stage instead of energy-intensive separation processes allows improving the technical and economic parameters of the technological process of obtaining a plant carbohydrate-protein fodder additive. Keywords: ecology, cultivation, fodder protein.
1. Культивирование микроорганизмов в присутствии твердой фазы.
Анализ имеющихся данных по использованию кормовой свеклы, багассы сахарного тростника и некоторых других, в качестве сырья для получения растительного углеводно-белкового корма позволил выявить, что производительность фильтрования ферментационной среды при глубинном гетерофазном культивировании дрожжей зависит от используемого субстрата.
Растительное сырье условно можно разделить на "малоструктурированное", содержащее большое количество коллоидных частиц, и
"высокоструктурированное", содержащее в основном вещества целлюлозной природы (в
В качестве критерия разделения сырья использовалась эффективность осаждения суспензии после термообработки. Вспомогательным критерием являлись данные о содержании сырой клетчатки в источниках твердой фазы.
Первый этап культивирования включал исследование присутствия частиц твердой фазы в ферментационной среде. Были проведены серии ферментаций на основе питательной среды Ридер (с содержанием сахаров 20 г/л) в присутствии различных видов твердой фазы, которая вносилась в питательную среду на стадии ее подготовки и присутствовала в ферментационной жидкости все время культивирования. Результаты представлены в таблице 1.
частности, клетчатки) с жесткой структурой.
Таблица 1. Результаты культивирования дрожжей C. tropicalis CK-4 на питательной среде Ридер в присутствии твердой
Питательная среда Накопление биомассы, (Nmax-N0), млн.кл/мл Потребле-ние РВ, % Производительность фильтрования, нач/кон, л/(м2-ч)
Ридер 737 95,9 850/650
Ридер + торф 713 97,2 940/800
Ридер + целлюлоза 685 96,8 980/870
Ридер + отруби 683 96,0 830/610
Ридер + свекл. жом 700 94,9 855/670
Проведенные эксперименты показали, что присутствие твердой фазы в питательной среде существенно влияет на производительность фильтрования.
Установлено, что фильтруемость среды улучшает "высокоструктурированное" сырье, в отличие от "малоструктурированного" сырья, которое практически не изменяет
производительность фильтрования.
На предварительных этапах при оценке зависимости фильтруемости культуральной жидкости от времени культивирования дрожжей на гидролизатах растительного сырья в присутствии твердой фазы было также показано, что наиболее эффективные параметры фильтрования достигаются в конце логарифмической - начале стационарной фазы роста. Поэтому на следующем этапе изучалось влияние внесения добавок твердой фазы в среду, не содержащую твердых частиц, на начале стационарной фазы роста микроорганизмов (соответствовавшей 8 часу культивирования) на фильтруемость культуральной жидкости.
2. Влияние добавок твердой фазы в ферментационную среду на ее фильтрационные свойства.
В первой серии экспериментов в культуральную жидкость вносилась твердая фаза, не содержащая легкодоступных редуцирующих веществ. Из полученных результатов (рисунок 1) следует, что добавление в ферментационную среду "высокоструктурированной" твердой фазы приводило к улучшению фильтруемости культуральной жидкости. Предположительно, это происходит, в первую очередь, вследствие образования намывного слоя при фильтровании.
Во второй серии экспериментов твердая фаза также вносилась в культуральную жидкость на 8 часу культивирования, однако вносимая твердая фаза содержала редуцирующие вещества в концентрации, равной первоначальному
содержанию редуцирующих веществ в питательной среде. Это привело к заметному повышению производительности процесса фильтрования (рисунок 2).
Рисунок 1. Изменение фильтруемости среды при внесении твердой фазы, не содержащей
редуцирующих веществ.
1100 1050 1000
о
5-5
I.
а
X
Я
О
650 600
Время, час
- Без добавок
- Отруби
-Торф
- Св жом
-Целлюлоза
Рисунок 2. Изменение фильтруемости среды при внесении твердой фазы, содержащей
редуцирующие вещества.
При оценке относительного изменения производительности фильтрования полученных дрожжевых суспензий, выявлено, что вне зависимости от вида вносимой в ферментационную среду твердой фазы наблюдаются схожие тенденции в изменении производительности процесса фильтрования культуральной жидкости.
В целом добавление твердой фазы приводило к улучшению фильтруемости среды, в результате образования намывного слоя при фильтровании.
Полученные результаты исследования, дают возможность сделать вывод, что улучшение фильтруемости ферментационной среды
относительно культивирования, без внесения источников твердой фазы, обуславливается, в большей степени, наличием градиента концентрации по редуцирующим веществам между жидкой и твердой фазой. Превышение скорости потребления редуцирующих веществ микроорганизмами в жидкой фазе над скоростью диффузии редуцирующих веществ твердой фазы приводит к установлению градиента концентрации.
Э.Зависимость фильтруемости гетерофазной среды от разности концентраций редуцирующих веществ.
Для подтверждения влияния градиента концентрации редуцирующих веществ на производительность фильтрования дрожжевой суспензии при гетерофазном культивировании были проведены эксперименты с внесением твердой фазы в ферментационную среду через 0,5-1 час после начала стационарной фазы роста микроорганизмов при значительном падении фильтруемости культуральной жидкости.
В результате в случае использования "высокоструктурированного" сырья внесение в гетерофазную среду с невысокой фильтруемостью
дополнительной твердой фазы, содержащей редуцирующие вещества, увеличивает
фильтруемость суспензии до максимального уровня. В случае использования "низкоструктурированного" сырья фильтруемость также повышается, однако структурные свойства добавок в данном случае делают эти изменения менее значительными и заметными.
Заключение
Таким образом, внесение твердой фазы в ферментационную среду положительно влияет на фильтруемость получаемых суспензий. Оптимально внесение твердых частиц в начале стационарной фазы роста микроорганизмов. Стоит отметить, что использование «высокоструктурированного» сырья значительно улучшает процесс фильтрации, в то время как «низкоструктурированное» практически не влияет (в некоторых случаях может даже снижать фильтрационные свойства), в связи с чем требуется дополнительное изучение способов повышения эффективности стадии фильтрования таких суспензий.
Список литературы
1. Cerantola S., Kervarec N., Pichon R., Magne C., Bessieresa M.-A., Deslandes E. NMR characterisation of inulin-type fructooligosaccharides as the major water-soluble carbohydrates from Matricaria maritima (L.).// Carbohydrate Research. 2004. V. 339. P. 24452449
2. Soja G., Haunold E., Praznik W.Translocation of 14C-assimilates in Jerusalem Artichoke (Helianthus tuberosus L.)// Journal of Plant Physiology. 1989. V. 134, № 2, P. 218-223
