SU1052536A1

SU1052536A1 - Method for preparing cultural substrate for culturing fodder yeast

Info

Publication number: SU1052536A1
Application number: SU823397174A
Authority: SU
Inventors: Ольга Ивановна Игнатьева; Владимир Дмитриевич Лихобабин; Вера Александровна Попова
Original assignee: Ленинградская Ордена Ленина Лесотехническая Академия Им.С.М.Кирова; Научно-Производственное Объединение "Гидролизпром"
Priority date: 1982-02-15
Filing date: 1982-02-15
Publication date: 1983-11-07

Description

сл to oisl to oi

соwith

О) Изобретение относитс к микроби логической и целлюлозно-бумажной промышленности, в частности к спос бу подготовки субстратов, получаем при гидролизе растительного сырь минеральными кислотами,при водном предгидролиэ е и сульфитной варке д последующей биохимической перерабо на спирт и дрожжи. Известен способ подготовки гидролизных сред дл выращивани корм вых дрожжей путем использовани в качестве не трализующего агента сульфатного щелока 1J.Однако нейтрализующим агентом в растворах черного щелока вл етс натрий, а органическа часть сульфатного щелока представл ет собой лигнин и органические кислоты, при этом только органические кислоты вл ютс компонентом, повышающим питательную ценность гидролизатов, а мелкодисперсный лигнин из сульфа ных щелоков удал етс полностью только в сильно кислой среде ,0-2,0), при рН 3,2-3,8 лигни в значительном количестве будет на ходитьс во взвешенном состо нии. выращивании дрожжей он сорбируетс на поверхности клетки и, увеличива выход биомассы, снижает содержание сырого протеина и истинного белка в готовом продукте. Кроме того, проведение процесса выращивани микроорганизмов при рИ 5,2-5,4 до 7,0 способствует ути лизации органических кислот, к, с другой стороны, приводит к инфициро ванию питательной среды бактериальн Микрофлорой. Наиболее близким к предлагаемому вл етс способ приготовлени питательного субстрата дл выращивани кормовых дрожжей, предусматривающий облагораживание исходного субстрата растительного происхождени , его нейтрализацию, отделение взвешенных веществ, охлаждение и введение в полученный нейтрализат питательных солей с пocлieдyющим выращиванием дрожжей C2J, Согласно известному способу пров д .т нейтрализацию гидролизато э растительного сырь и сульфитных ще локов путем обработки их агентом (активным илом), .предварительно под вергнутым пиролизу .. К недостаткам способа относитс то, что пиролизу подвергают активны ил, процесс провод т при высоких температурах, равных 800-950 С, nep пиролизом активный ил необходимо обезвоживать и сушить,что требует больших технологических затрат. Пиролизованный активный ил-зола Содержит в значительном количестве макро- и микроэлементы. Это может привести при его использовании к пе редозировке микроэлементов и вместо .стимулировани роста микроорганизмов про вл етс торможение синтеза биомассы . Добитьс оптимального содержани микро - и макроэлементов среды практически не представл етс воз- можным, так как расход пиролизованно го ила составл ет 5-6 г на литр гидролизата , Ингибирующее действие мик роэлементов на дрожжи про вл етс особенно сильно при значени х рН| имеющих место при получении биомассы кормовых дрожжей (рН 3,8-4,2), так как микроэлементы в этом случае наход тс в виде свободных ионов. Особенно это относитс к действию на микроорганизмы таких элементов как медь, цинк, кобальт, никель и свинец. Применение пиролизованного активного ила исключает использование в процессе выращивайи дрожжей биологически активных веществ, содержащихс в исходном активном иле, . таких как витаны, аминокислоты, белки и другие компоненты. Эти биогенные вещества разрушаютс в процессе пиролиза активного ила. Цель изобретени - повышение выхода дрожжей и содержание в них белка за счет улучшени питательной ценности и доброкачественности субстрата . Поставленна цель достига,етс тем, что согласно способу приготовлени питательного субстрата дл выращцвани кормовых дрожжей, предусматривающему облагораживание исходного субстрата растительного происхождени его нейтрализацию, отделение взвешенных веществ, охлаждение и введение в полученньай нейтрализат питательных солей с последующим выращиванием дрожжей, полученным при гидролизе .активного .ила концентрацией . 10-60 г/л О,5-10%-ным раствором щелочного агента при 20-150°С и при перемешивании в течение 15-60 мин. При этом активный ил перед гидролизом щелочным агентом дезинтегрируют со скоростью lOjOOO-15000 об/мин в течение 30-60 с. В качестве щелочного агента используют гидраты оксидов щелочных металлов . Сущность способа заключаетс в следующем. Избыточный активный ил после концентрировани в илоуплотнител х насосом перекачивают в емкости, где на определенный объем задают расчетное количество щелочного агента и после Проведени процесса щелочного гидролиза при заданной температуре отбирают щелочной гидролизат, использу его дл нейтрализации кислых субстратов. Субстраты растительного происхождени обогащают питательными сол ми и нейтрализуют щелочным гидролизато активного ила до величины рН 3,85 ,6. После осветлени (отсто ) и охлаждени полученное сусло направл ют на выращивание дрожжей. Активный ил-продукт биологическо очистки сточных вод содержит биоген ные вещества {белки, аминокислоты, витамины, макро- и микроэлементы) и вл ютс неутилизируемым отходом на предпри ти х целлюлозно-бумажной и гидролизной промышленности. Биоге ные вещества активного ила при щело ной обработке переход т в раствор ч и при этом не содержат живых микррррганизмов , что исключает инфицирование субстрата при его нейтрализации щелочным гидролизатом. Щелочной гидролизат активного ила обогащает субстраты аминокислотами , белками, витаминами, особенно группы В, макро- и микроэлементами, что способствует увеличению выхода дрожжей и содержанию в них сырого протеина. Вли ние температуры щелочного гидролиза на доброкачественность субстратов представлено в табл. 1/ а в табл. 2 - данные вли ни продо жительности щелочного гидролиза на доброкачественность субстрата. Увеличение температуры в процесс щелочного гидролизадо приводит к Частичному разрушению ами-нокислот (до10%), одновременно умень шаетс и содержание биологически ак тивных веществ, о чем свидетельству ет снижение выхода дрожжей и содержание в них сырого Протеина. Увели ,чение времени щелочного гидролиза.при температуре 150°С способствует распаду биологически активных веществ . . Увеличение продолжительности щелочного гидролиза при с 15 до 60 мин способствует переходу в раствор аминокислот и биологическ активных веществ. Вли ние концентрации щелочного агента на.доброкачественность субг страта представлено в табл. 3. Повышение концентрации щелочного реагента при прочих равных услови х приводит к увеличению в гидролизате количества аминокислот и биологичес ки активных веществ. Вид щелочного реагента в пределах предлагаемых концентраций .(5-100 г/л) не оказыва вли ни на биологически активные компоненты щелочного гидролизата активного ила и поэтому могут быть использованы следующие реагенты: едкий натр, сода, аммиак, извёс,ть.: Щелочной гидролизат может быть получен и при щелочной обработке из быточного aKTHBHOfro ила, предварительно подвергнутого дезинтеграции. Дезинтеграци - механическое разрушение клеток.за счет высокоскоростных удг«ров, осуществл емьах р дами штырей, установленных на дисках вращающихс со скоростью до 15000 об/мин. Скорость ударов 80-250 м/с, врем дезинтегрировани 30-60 с. Предварительна дезинтеграци избыточного активного ила позвол ет в процессе щелочного гидрОлиэа перевести в раствор большее количество биогенных веществ и сам процесс гидролиза провести за более короткое врем .. Избыточный активный ил концентрацией 10-60 г/л самотеком подают в дезинтегратор (конструкци . СКТБ Дезинтегратор), регулируют скорость вращени дисков до 10000-15000 об/мин врем дезинтеграции 30-60 с, процесс можно вести при 20-80 С, В табл. 4 представлены результаты щелочного гидролиза предварительно подвергнутого дезинтеграции активного ила концентраций 30 г/л при 20°С при враыенйи дисков 12000 об/мин в течение 30 с, В процессе щелочной обработки при за 15 мин в растворе содержалось на 4,3% больше аминокислот и других биологически активных веществ, чем при гидролизе недезинтегрированной биомассы или при той же температуре, но за 30 мин. Пример 1. К 1 л -суспензии активного ила концентрацией 10 г/л добавл ют едкий натр из расчета его концентрации суспензии 5 г/л и при перемешивании выдерж Вс1ЮТ при 20°С в течение 15 мин. Затем щелочной гидролизат ила декантируют и используют дл нейтрализации кислого сульфитного щелока. Один литр сульфитного щелока нейтрализуют до остатрчной кислотности 3.0-35 мг- экв/л, т.е. До ,О щелочным гидролизатом активного ила. Нейтрализацию щелока провод т при 80°С при перемешивании , ввод т питательные соли, раз-бавл ют сусло, охлаждают и провод т выращивание кормовых дрожжей рода Candida При рН 4,0-4,8, температуре Зб-ЗВ С, подаче воздуха 100 мл/ч на 1 л среды.. Выход дрожжей составл ет 45,6% а.с. от РВ, содержание протеина 51,0%. П р и м е р 2. Способ подготовки субстратов растительного происхождени к выращивайию кормовых дрожжей осуществл ют по примеру 1,-но iaз ты оптимальные параметры процесса щелочного гидррлиза активного ила;, концентраци ила 30 г/л, концентраци едкого натра 50 г/л, температура продолжительность 30 мин. Выход дрожжей составл ет 49,8%, содержание белка 53,8%, содержание аминокислот в гидролиэате 44,7%. - П р и м е р 3. Способ подготовки субстрата Осуществл ют по примеру 1, но при максимальных значени х параметров процесса щелочной деструкции активного ила: концентраци ила 60 г/л, едкого натра 100 г/л, темпе ратура , продолжительность 60 мин. Выход дрожжей 46,1%, содержание сырого протеина 49,2%, содержание аминокислот в щелочном гидролизате 38,4%. Пример 4.К1 л-облагороженного гидролиэата растительного сырь добавл ют щелочный гидролиэат активного ила дл доведени рН субстграта до 4,0. Расход щелочного г дролиэата активного ила при доведен кислотности перерабатываемого субстр та до 35 мг-экв/л составл ет 15 мл при концентрации исходного активного ила , 40 г/л и щелочности его 80 г/л. Нейтрализаци гидролизата проводитс при и непрерывном переме шивании Q течение 15 мин. Осветлеиный гидролизат разбавл ют и ввод т в него питательные соли из расчета обеспечени 50% выхода от используемых РВ гидролизата древесины В ка честве рабочей культуры используют дрожжи рода Candida. Параметры куль тивировани : температура 36-38 с, рН 4,6-4,8, обороты мешалки 1200 об/мину подача воздуха 100 мл/ч на 1л жидкости. Выход дрожжей составл ет 48,5%, содержание сырого протеина 59,9%. Таким образом., предлагаекий способ позвол ет повысить по сравнению с известным способом выход дрожжей на 5,8% с увеличением содержани белка в биомассе на 4,1-10,2%. Кроме того, предлагаемый способ позволит утилизировать избыточный активный ил очистных сооружений, вл ющийс крупнотоннажным отходом на предпри ти х целлюлозно-бумажной и гидролизной пpo 4ьauлeннocти., использовать все биогенные вещества активного ила, упростить схему подготовки субстратов за счет совмещени операции получени биогенной добавки р одновременным ее обеззараживаниеь, на стадии получени щелочного гидролизата активного ила. ,т а б л и ц а 1O) The invention relates to microbial and pulp and paper industry, in particular to the method of preparing substrates, obtained by hydrolysis of plant raw materials with mineral acids, in aqueous prehydrolysis and sulphite cooking, followed by biochemical processing of alcohol and yeast. A known method of preparing hydrolytic growth media for fodder yeast by using sulfate liquor 1J as a non-neutralizing agent. However, the neutralizing agent in black liquor solutions is sodium, and the organic part of the sulfate liquor is lignin and organic acids, with only organic acids are a component that increases the nutritional value of hydrolysates, and finely dispersed lignin from sulfide liquors is removed completely only in a strongly acidic medium (0-2.0), at pH 3.2-3.8 in a significant amount to be igni hodits suspended state. in yeast growing, it is sorbed on the cell surface and, by increasing the biomass yield, reduces the content of crude protein and true protein in the final product. In addition, carrying out the process of growing microorganisms with a pI of 5.2-5.4 to 7.0 promotes the utilization of organic acids, and, on the other hand, leads to the infection of the nutrient medium by bacterial microflora. The closest to the present invention is a method of preparing a nutrient substrate for growing fodder yeast, which involves refining the original substrate of plant origin, neutralizing it, separating suspended solids, cooling and introducing nutrient salts into the resulting neutralizer with subsequent growth of the yeast C2J. neutralizing the hydrolyzate of plant raw materials and sulphite alkalis by treating them with an agent (activated sludge), m pyrolysis. The disadvantages of the method include the fact that pyrolysis is subjected to active sludge, the process is carried out at high temperatures of 800-950 ° C, and nep pyrolysis of activated sludge must be dehydrated and dried, which requires large process costs. Pyrolyzed activated sludge ash Contains macro- and microelements in a significant amount. When used, this can lead to an overdose of microelements and, instead of stimulating the growth of microorganisms, inhibition of biomass synthesis appears. The optimum content of micro- and macroelements of the medium is practically not possible, since the consumption of pyrolyzed sludge is 5-6 g per liter of hydrolyzate. The inhibitory effect of microelements on yeast is especially strong at pH | occurring in the production of fodder yeast biomass (pH 3.8-4.2), since the trace elements in this case are in the form of free ions. This particularly applies to the effect on microorganisms of such elements as copper, zinc, cobalt, nickel and lead. The use of pyrolyzed activated sludge eliminates the use of biologically active substances contained in the original active sludge in the process of growing yeast. such as vitans, amino acids, proteins and other components. These nutrients are destroyed during the pyrolysis of activated sludge. The purpose of the invention is to increase the yeast yield and protein content in them by improving the nutritional value and good quality of the substrate. The goal is achieved by the fact that according to the method of preparing a nutrient substrate for growing fodder yeast, which involves refining the original substrate of vegetable origin, neutralizing it, separating suspended substances, cooling and introducing nutrient salts into the resulting neutralized yeast, obtained by hydrolysis of active yeast. sludge concentration. 10-60 g / l O, 5-10% solution of alkaline agent at 20-150 ° C and with stirring for 15-60 minutes. At the same time, the activated sludge disintegrates with alkaline agent at the rate of lOjOOO-15000 rpm for 30-60 s before hydrolysis. Hydrates of alkali metal oxides are used as alkaline agent. The essence of the method is as follows. Excess activated sludge is pumped into containers after concentration in the ilumineers, where the estimated amount of the alkaline agent is set for a certain volume and, after performing the alkaline hydrolysis process at a predetermined temperature, the alkaline hydrolyzate is used to neutralize the acidic substrates. Vegetable substrates are enriched with nutrient salts and neutralized with alkaline hydrolyzate of activated sludge to a pH of 3.85, 6. After clarification (settling) and cooling, the resulting wort is directed to growing the yeast. The active sludge product of biological wastewater treatment contains biogenic substances {proteins, amino acids, vitamins, macro- and microelements) and is an unrecoverable waste in the pulp and paper and hydrolysis industries. When alkaline treatment, nutrient substances of activated sludge go into solution and do not contain living microorganisms, which excludes infection of the substrate when it is neutralized with an alkaline hydrolyzate. Alkaline hydrolyzate of activated sludge enriches substrates with amino acids, proteins, vitamins, especially group B, macro- and microelements, which contributes to an increase in yeast yield and the content of crude protein in them. The effect of alkaline hydrolysis temperature on the purity of the substrates is presented in Table. 1 / a in table. 2 - data on the effect of the duration of alkaline hydrolysis on the substrate purity. An increase in temperature in the alkaline hydrolizado process leads to partial destruction of amino acids (up to 10%), and the content of biologically active substances simultaneously decreases, as evidenced by a decrease in the yield of yeast and the content of raw Protein in them. Increasing the time of alkaline hydrolysis. At a temperature of 150 ° C contributes to the decomposition of biologically active substances. . An increase in the duration of alkaline hydrolysis at from 15 to 60 minutes facilitates the transition into the solution of amino acids and biologically active substances. The effect of the concentration of the alkaline agent on the good quality of the subgrate is presented in Table. 3. An increase in the concentration of the alkaline reagent, ceteris paribus, leads to an increase in the amount of amino acids and biologically active substances in the hydrolyzate. The type of alkaline reagent is within the suggested concentrations. (5-100 g / l) does not affect the biologically active components of the alkaline hydrolyzate of activated sludge and therefore the following reagents can be used: caustic soda, soda, ammonia, calcified, alkali: alkaline hydrolyzate can be obtained by alkaline treatment of the excess aKTHBHOfro sludge, previously subjected to disintegration. Disintegration is the mechanical destruction of cells. Due to the high-speed drip, performed by a series of pins mounted on disks rotating at speeds of up to 15,000 rpm. The impact velocity is 80–250 m / s; disintegration time is 30–60 s. Preliminary disintegration of excess activated sludge allows, in the process of alkaline hydroline, to transfer into the solution a greater amount of nutrients and the hydrolysis process itself to be carried out in a shorter time. Excessive activated sludge with a concentration of 10-60 g / l is fed by gravity into the disintegrator (design. SKTB Disintegrator) the speed of rotation of the disks is adjusted to 10,000-15,000 rpm; the disintegration time is 30-60 s; the process can be conducted at 20-80 ° C. In the table. 4 shows the results of alkaline hydrolysis of previously subjected to disintegration of activated sludge concentrations of 30 g / l at 20 ° C with a rotation of 12000 rpm for 30 seconds. During the alkaline treatment at 15 minutes, the solution contained 4.3% more amino acids and other biologically active substances than in the hydrolysis of non-disintegrated biomass or at the same temperature, but in 30 minutes. Example 1. Sodium hydroxide is added to a 1 l suspension of activated sludge with a concentration of 10 g / l on the basis of its suspension concentration of 5 g / l and, with stirring, soak VST1 at 20 ° C for 15 minutes. The alkaline sludge hydrolyzate is then decanted and used to neutralize the acidic sulphite liquor. One liter of sulphite liquor is neutralized to a residual acidity of 3.0-35 mg-eq / l, i.e. Do, O alkaline hydrolyzed active sludge. Neutralization of liquor is carried out at 80 ° C with stirring, nutrient salts are added, the wort is diluted, cooled, and fodder yeast of the genus Candida is grown at pH 4.0-4.8, temperature Pb-3B C, air supply 100 ml / h per liter of medium. Yeast yield is 45.6% a.s. from PB, the protein content is 51.0%. EXAMPLE 2. The method of preparing substrates of vegetable origin for growing yeast feed is carried out as in Example 1, but the optimal parameters for the process of alkaline hydrolysis of activated sludge; sludge concentration 30 g / l, caustic soda concentration 50 g / l , temperature duration 30 min. The yeast yield is 49.8%, the protein content is 53.8%, and the amino acid content in the hydrolyzate is 44.7%. - PRI me R 3. Method of preparing the substrate Carried out as in example 1, but with the maximum values of the parameters of the process of alkaline destruction of activated sludge: sludge concentration 60 g / l, caustic soda 100 g / l, temperature, duration 60 min . The yield of yeast is 46.1%, the content of crude protein is 49.2%, the content of amino acids in alkaline hydrolyzate is 38.4%. Example 4: K1 L-refined plant hydrolyzate was added alkaline hydrolytic active sludge to bring the pH of the substrate to 4.0. The consumption of alkaline g of active sludge drolietic acid when the acidity of the processed substrate is adjusted to 35 mEq / l is 15 ml at a concentration of the original active sludge, 40 g / l and its alkalinity 80 g / l. Neutralization of the hydrolyzate is carried out with continuous stirring Q for 15 minutes. The clarified hydrolyzate is diluted and nutrient salts are introduced into it at the rate of providing 50% of the yield from the used wood hydrolyzate RV. As a working culture, yeasts of the genus Candida are used. Cultivation parameters: temperature 36-38 s, pH 4.6-4.8, stirrer rpm 1200 rpm, air flow 100 ml / h per liter of liquid. The yeast yield is 48.5%, the crude protein content is 59.9%. Thus, the proposed method allows an increase in yeast yield by 5.8% compared with a known method with an increase in the protein content of biomass by 4.1-10.2%. In addition, the proposed method will allow disposing of excess activated sludge from sewage treatment plants, which is a large-scale waste from pulp-and-paper and hydrolysis plants for four years. its disinfection, at the stage of obtaining alkaline hydrolyzate of activated sludge. ,Table 1

Температура, С Врем , минTemperature, С Time, min

Концентраци НаОН, г/л рНConcentration NaON, g / l pH

Содержание аминокислот % от органических веществ щелочного гидроТемпература , С Врем , мин Концентраци , NaOH, г/лAmino acid content,% of organic matter, alkaline hydro temperature, С Time, min Concentration, NaOH, g / l

рН .pH

80 30 50 12,280 30 50 12.2

150150

30thirty

50 11,550 11.5

Та блица 2Table 2

80 60 50 12,480 60 50 12.4

80 30 50 12,280 30 50 12.2

80 15 50 12,780 15 50 12.7

10525361052536

Прололженив табл.2Continued from Table 2

Claims

. A METHOD FOR PREPARING A NUTRIENT SUBSTRATE FOR GROWING 'FODDER YEAST, which includes · refinement of the initial substrate of plant origin, its neutralization, separation of suspended' substances, cooling and introduction of nutrient / salts into the resulting neutralieat, followed by the cultivation of yeast, including , in order to increase the yield of yeast and their protein content by improving the nutritional value and high quality of the substrate, neutralization is carried out alkaline. activated sludge hydrolyzate obtained by hydrolysis of activated sludge in a concentration of 10-60 g / l of a 0.5-10% solution of an alkaline agent at 20-150 ° C and with stirring for 15-60 minutes

2. The method of claim 1, wherein the activated sludge is disintegrated before hydrolysis with an alkaline agent at a speed of 10,00015,000 rpm for 30-60 s.

3. The method according to PP. 1 and 2, characterized in that hydrates of alkali metal oxides are used as the alkaline agent.