Биотехнология малотоннажного производства микробного протеина - Стахеев И.В.
ISBN 5-343-00786-4
Скачать (прямая ссылка):
вании дрожжей в чане Лефрансуа в течение 8-12 ч, обусловленного низким
засевом дрожжей, и в аппарате пенной фазы (при начальной концентрации
влажных дрожжей 15-20 кг/м3, конечной - 50 кг/м3, давлении аэрирующего
воздуха 137,3 кН/м2, КПД воздуходувки 0,6, норме расхода воздуха 60
м3/'(ч-м3 среды)) при короткой продолжительности ращения показывает
экономичность предложенного метода (табл. 2, 3).
В денежном выражении стоимость эксплуатации аппарата пенной фазы
составляет 1,9 р. за 1 т прессованных дрожжей вместо 24-42 р. за 1 т в
аппарате Лефрансуа при ращении в течение 8 и 12 ч (1 кВт-ч,
электроэнергии стоит 1,1 к.).
В аппарате пенной фазы в двухфазном потоке объем, занимаемый субстратом,
возрастает в 3 раза: 2 л среды после образования пены занимают объем 6 л,
в том числе газовая фаза - 4 л. При среднем диаметре пузырька воздуха 3
мм число пузырьков составляет 283 тыс., а общая поверхность фазового
контакта - 80089 см2. При культивировании дрожжей на субстрате,
содержащем поверхностно активные вещества и небольшое количество
образуемого продуцентом спирта, эти вещества оказывают влияние на
массообмен.
46
А. Н. Терновской и А. П. Белопольским (1950) сообщалось об отрицательном
влиянии на гидродинамику потока даже незначительного количества
поверхностно активных веществ, уменьшающих турбулизацию потока и
приближающих процесс к молекулярной, а не конвективной абсорбции. При
турбулентном обмене перенос массы является следствием нарушения
устойчивости двухфазного потока и взаимного проникновения газовых
Таблица 3
Удельный расход электроэнергии на выращивание товарных дрожжей в аппарате
Лефрансуа, кВт-ч
Засев дрожжей Продолжительность ращения, ч
об. % 8 12
1,5 2,17 3,25
2,0 2,53 3,80
и жидкостных вихрей, причем индивидуальные свойства системы играют
второстепенную роль, однако при биохемосорбции их необходимо учитывать.
Известно, например, о положительном влиянии малого количества
растворенных гидрофильных веществ, в том числе спиртов, на величину и
устойчивость межфазной поверхности контакта, так как они препятствуют
коалесценции газовых пузырьков. Кроме того, на скорость абсорбции влияет
величина поверхностного натяжения среды. Сказанное приближает
рассматриваемый процесс к простой абсорбции, протекающей на большой
поверхности фазового контакта и осложненной биохимическими превращениями
поглощаемого дрожжами кислорода.
Равновесие между скоростью растворения кислорода, диспергированного в
среде, и скоростью потребления его дрожжами описывается уравнением
Кч-Ст = Kv -(Ср - С),
где Л', - потребление кислорода (мг) на 1 мг АСД в 1 ч; Ст - концентрация
АСД, мг/мл; Ср и С - соответственно равновесная и рабочая концентрации
кислорода в среде, мг/мл. Произведение Кч-Ст характеризует потребление
кислорода абсолютно сухими дрожжами, находящимися в 1 мл среды, за 1 ч, а
правая часть равенства показывает количество подаваемого кислорода.
47
Скорость массообмена Кч-Ст/Р=К\(Ср-С) кроме гидродинамических факторов
определяется степенью отклонения системы от равновесного состояния и
величиной поверхности фазового контакта. Биохимические превращения
кислорода, понижающие концентрацию его в среде, ведут к возрастанию
движущей силы (Ср-С) и повышению скорости абсорбции.
При биохемосорбции может существовать оптимальная концентрация
хемосорбента (дрожжей) в поглотителе. Вместе с тем ассимиляция части
источников углерода субстрата (РВ, карбоновые кислоты) протекает при
значительном потреблении кислорода, в то время как на усвоение
аминокислот, амидов и некоторых других веществ дрожжами кислород
расходуется в меньшей степени.
Потребление кислорода на разных стадиях роста культуры неодинаково, что
также отражается на концентрации его в процессе культивирования.
Показатели массообмена при выращивании дрожжей в двухфазном потоке
приведены в табл. 4. Содержание кислорода в среде определяли методом
Винклера (Плевако, Бакушинская, 1964). Равновесная концентрация кислорода
в среде составляет 8,58 мг/л. Рабочая концентрация кислорода в среде
никогда не снижается до критической. Оптимальная концентрация
хемосорбента приближается к 80 г/л. Об этом свидетельствует соотношение
затрат РВ на дыхание, питание и спиртообразо-вание при получении 1 г
дрожжей с 25% СВ. При накоплении биомассы 73,5 г/л на дыхание
затрачивается 0,7% общего расхода РВ, тогда как при достижении конечной
концентрации дрожжей 112,3 г/л эта величина возрастает до 26%, а выход
биомассы снижается. О том, что массообмен протекает интенсивнее, чем в
дрожже-растильных чанах обычных конструкций, свидетельствует высокая
конечная концентрация дрожжей.
Абсолютная величина Kv не является постоянной во времени, и максимальное
значение 5720 мг/(мл-ч) не достигается, что, видимо, связано с
количественным и качественным составом среды.
Полученные данные позволили сделать вывод о том, что состав субстрата и
гидродинамические условия процесса культивирования дрожжей в двухфазном
