Przedmiotem wynalazku jest sposób oczyszczania biomasy, w szczególnosci oczyszczania przez od¬ dzielanie cieczy hodowlanej i/albo wody z prze¬ mywania.Wynalazek mozna stosowac w urzadzeniach, w których hoduje sie i oczyszcza mikroorganizmy.Znane sa sposoby, którymi mozna przerabiac albo oczyszczac material biologiczny (biomase). Dotyczy to równiez zawiesin komórek drozdzowych przy przemyslowym otrzymywaniu drozdzy pastewnych.Oczyszczanie przeprowadza sie przewaznie naj¬ pierw przez maksymalne mechaniczne oddzielenie wodnej cieczy hodowlanej przez dekantacje i tym samym oddzielenie znacznej czesci niepozadanych substancji specyficznej dla procesu. Do zageszczo¬ nej zawiesiny biomasy dodaje sie przede wszyst¬ kim czysta wode i te usuwa sie w taki sam sposób, w miare mozliwosci w procesach mechanicznych.Decydujacy dla efektu oczyszczania jest tym sa¬ mym mechaniczny stopien oddzielenia cieczy ho¬ dowlanej lub dodanej wody ^myjacej. Im wyzszy jest mechaniczny stopien oddzielenia, Jym wiekszy jest efekt oczyszczania i tym mniej stopni przemy¬ wania jest potrzebne.Dodatkowo ze wzrostem mechanicznego stopnia oddzielenia maleje zapotrzebowanie energii do od¬ dzielania termicznego w tych przypadkach, w któ¬ rych oczyszczany produkt biologiczny musi byc od¬ dany w postaci suchego produktu zdolnego do na- 10 19 20 25 wilzania i trwalego podczas skladowania, np; w okreslonych przypadkach produkcji drozdzy pastewnych.W skali przemyslowej do procesu oczyszczania w celu oddzielenia wody stosuje sie przewaznie wirówki pracujace w sposób ciagly, tak zwane sepa¬ ratory. W warunkach przemyslowych oddzielania w sposób ciagly mozna jednakze stopien oddziele¬ nia wody prowadzic tylko tak dalece, ze zawiesina biomasy ma jeszcze bardzo dobre wlasciwosci ply¬ niecia. Te dobre wlasciwosci plyniecia sa potrzebne po to, aby separatory nie ulegaly zapchaniu albo silnemu organiczeniu przerobu.. Poniewaz procesy te przeprowadza sie z reguly w temperaturze 25—35°C, mechaniczne oddzielenie wody mozna uzyskac tylko tak dalece, ze w zawie¬ sinie drozdzy zawartosc suchej substancji nie przekracza 13—15%.W zaleznosci od zadanej czystosci nalezy zatem ustalic liczbe stopni przemywania. Jesli maja byc wytwarzane suche produkty o zawartosci wody 5—10%, to trzeba zatem oddzielic bardzo duza czesc wody resztkowej w procesach termicznych, np. przez odparowanie pod zmniejszanym cisnie¬ niem i nastepne suszenie rozpryskowe. Ten proces oczyszczania ma jednak równiez zasadniczo gra¬ nice, poniewaz wplywanie na niepozadane sub¬ stancje zawarte w komórkach jest prawie nie¬ mozliwe. 113 756113 756 '¦s 3 Opisano liczne sposoby polepszenia rozdzielania róznych faz i tym samym równiez polepszenia od¬ dzielania.Znane jest dodawanie anionowych kationowych lub niejonotwórczych tensydów wody do przelewu 5 fermentora. Znany jest sposób dalszego polepsze¬ nia efektu rozdzielania np. przez podwyzszenie temperatury albo posrednie wlaczenie procesów przemywania z opisu patentowego NRD 74 751, zmniejszenie cisnienia osmotycznego, przez wysa- io lanie, odparowanie i suszenie.Z opisu patentowego NRD 54 655 znany jest spo¬ sób otrzymywania wolnych aminokwasów przez auto-, hydro- lub plazmolize. W wyniku zmiany cisnienia osmotycznego komórek opisanymi meto- 15 darrrf'"rozrywaja sie komórki w temperaturze 4a-^55<*C.' -; ' * ¦• - ' : iW opisie patentowym NRD 75 994 opisano spo¬ sób lepszego oddzielania oleju, w którym stosuje sife ogrzewanie produktu fermentacji. 20 Z opistr patentowego RFN 1442 090 znany jest wreszcie sposób polepszenia zdolnosci rozdzielania masy bakteryjnej przez koagulacje komórek bak¬ terii z wodnego srodowiska przy zwiekszonej obróbce cieplnej. 25 Opisane sposoby wykazuja wszystkie powazne wady techniczno-ekóinoimiczirie. Przez autolize w temperaturze 50°C nie osiaga sie oddania wody z komórki i komórki w tym sposobie uleglyby rozerwaniu. 30 Sposób wedlug opisu patentowego NRD 75 994, ma¬ jacy na celu spowodowanie oddzielenia oleju przez obróbke cieplna pozwala tylko na zaoszczedzenie srodków zwilzajacych a nie na oddzielenie wody.Sposób wedlug RFN 1 442 090, polegajacy na do- 35 daniu soli i kwasów w polaczeniu z obróbka ciepl¬ na nadaje sie wprawdzie dla hodowli bakterii do koagulacji, nie mozna go jednak zastosowac w od- : niesieniu do hodowli drozdzy, poniewaz aglome¬ racja przez powiekszenie komórek drozdzy utrud- 40 nialaby nastepna przeróbke.Celem niniejszego wynalazku jest dlatego prze¬ zwyciezenie wady wystepujacej w wymienionych warunkach, dostarczenie korzystniejszej eknomicz- nie oraz prostej technologii oczyszczania. 45 Zadaniem wynalazku jest znalezienie sposobu dalszego zmniejszenia zawartosci wody komórko¬ wej przed separacja przy jednoczesnym zwieksze¬ niu zawartosci suchej substancji i wplywaniu na niepozadane substancje zawartosci'komórek. 50 Nieoczekiwanie znaleziono obecnie, ze przy za¬ stosowaniu specyficznej obróbki cieplnej przed separacja wystepuja zasadnicze zalety i mozna uzyskac jednoczesnie obydwa efekty, zmniejszenie zawartosci wody komórkowej i zwiekszenie za- 55 wartosci suchej substancji.Nieuszkodzone komórki drozdzy zawieraja w wodnej zawiesinie w temperaturze 25—35°C okolo $5% wody komórkowej, która zasadniczo nie moze byc oddzielona przez separacje. Zawie- sina drozdzy o zawartosci 14% suchej substancji zawiera zatem jeszcze 44% wody dajacej sie od¬ dzielic przez separacje. Woda ta jest jednakze po¬ trzebna w temperaturze 25—35°C do utrzymania plynnosci zawiesiny. 65 Jesli zawiesine drozdzy ogrzewano wystarczaja¬ co dlugo, co najmniej 5 minut w temperaturze 80°C, co najmniej 10 minut w temperaturze 70°*C albo co najmniej 15 minut w temperaturze 60°C, to zmniejszala sie objetosc komórek drozdzy do co najmniej 50%, wskutek kontrakcji, denaturacji scianki komórki jak równiez plazmy komórkowej.Komórki oddaly przy tym co najmniej 50% wody komórkowej jak równiez substancje zawarte w wodzie komórkowej. Po wystarczajaco dlugim ogrzewaniu wzrósl tym samym udzial wody, da¬ jacej sie oddzielic przez separacje, do okolo 72%, przy czym jednoczesnie mozna bylo razem wy¬ dzielic z komórki niepozadane skladniki.Jak znaleziono, zmniejszenie komórek i oddawa¬ nie substancji zawartych w komórkach jest pro¬ cesem zaleznym od temperatury i czasu. Przyj¬ mujac za podstawe ogólne doswiadczenia prak¬ tyczne, ze dla utrzymania plynnosci potrzeba co najmniej 50.% fazy wodnej, mozna tym samym w poza tym takich samych warunkach uzyskac 25% stezenie suchej substancji. Dodatkowo tempe¬ ratura ma dodatni wplyw, poniewaz plynnosc za¬ wiesin wodnych zwieksza sie w znacznej mierze ze wzrostem temperatury, tak ze równiez mozna bylo uzyskac stezenie biomasy okolo 30% i po¬ wyzej przez ciagla separacje.Dzieki w przyblizeniu podwojeniu stezenia sub¬ stancji stalej przy zastosowaniu rozwiazania wed¬ lug wynalazku mozliwe jest tym samym zmniejsze¬ nie liczby stopni przemywania lub zmniejszenie strumienia objetosciowego oczyszczanej zawiesiny do okolo polowy jak równiez zmniejszenie zapo¬ trzebowania energii przy wytwarzaniu suchych produktów równiez do okolo polowy.Dalsze zalety ekonomiczne moga wyniknac po obróbce cieplnej stad, ze jak juz wyzej wspomnia¬ no, z woda komórkowa zostaja oddane substancje zawarte w komórkach, których glówne skladniki stanowia jony potasu, magnezu, fosforanowe jak równiez weglowodany albo weglowodory.Przeprowadzone doswiadczenia, przedstawione w przykladach, wykazaly, ze komórki drozdzy wy¬ dzielily np. okolo 20—50% pobranego w ferment0- rze potasu i magnezu oraz okolo 10—20% fosforu.Jesli oddzielona w separacji, w znacznej mierze wolna od drozdzy ciecz hodowlana albo tez wode z przemywania zawróci sie ponownie do fermen¬ tora, mozna w znacznej mierze zaoszczedzic w ten sposób np. potas, magnez i fosfor, które w prze¬ ciwnym razie musza byc doprowadzone do procesu fermentacji w postaci rozpuszczalnych w wodzie zwiazków chemicznych.Zalety sposobu wedlug wynalazku ilustruja na¬ stepujace przyklady.Przyklad I. Oczyszczanie drozdzy odzyw¬ czych, które zostaly wyhodowane na cukrze trzci¬ nowym.W fermentorze z mieszadlem o pojemnosci 12 m3 hodowano drozdze Torula na cukrze trzcinowym w znany sposób metoda ciagla. Doprowadzanie wody procesowej i rozpuszczonych w niej sklad¬ ników odzywczych i sladowych ustalono w taki sposób, ze zachowany byl sredni czas przebywa-113 756 nia w fermentorze w ciagu 3,5 godziny. Pozostale warunki byly nastepujace: Doprowadzanie powietrza do fermen- tora — 250 Nm3/h Temperatura mieszaniny fermenta¬ cyjnej — 33°C Wartosc pH — 4,1—4,3 Regulacje wartosci pH przeprowadzano za po¬ moca lugu sodowego, wody amoniakalnej i kwasu fosforowego, przy czym woda amoniakalna sluzyla jednoczesnie jako zródlo azotu dla drozdzy.Przez regularna kontrole analityczina regulowano doplyw potrzebnych do zycia soli odzywczych i sladowych, tak ze z fermentora odciagano mie¬ szanine fermentacyjna, która srednio wykazywala nastepujace stezenia: i oddaly z woda komórkowa organiczne i nie¬ organiczne substancje zawarte w komórkach, jak to pokazuje tabela 1.N P K Na Mg Za* Mn Fe Cu Cl so4 -- 100— 150 mg/l — 60— 80 mg/l — 8Q— 100 mg/l — 50— 400 mg/l — 10— 20 mg/l — 2—4. mg/l — 2— 4 mg/l — 5—10 mg/l — 0,1—0,2 mg/l — 1500—2000 mg/l — 100— 150 mg/l Weglowodany ; — 100— 150 mg/l Sucha substancja — 10— 22 mg/l drozdzowa Odplywajaca wolno z fermentora mieszanine fermentacyjna, srednio 2 m3/h, odgazowano w na¬ czyniu posrednim, które sluzy równoczesnie jako odbieralnik pompy, iw rurowym wymienniku ciepla ogrzewano za pomoca pary do temperatury 80°C. Po ogrzaniu produkt przechodzil do zbior¬ nika posredniego, w którym musial pozostawac przecietnie w ciagu 10 minut.Ze zbiornika posredniego ogrzany produkt pom¬ powano do talerzowego separatora dyszowego, pra¬ cujacego w sposób ciagly. Przez rozdzielenie w polu ciezkosci separatora otrzymano dwie fazy, przy czym jako faze lekka otrzymano wode z pro¬ cesu o resztkowej zawartosci suchej substancji drozdzowej okolo 1—2 g/litr i jako faze ciezka zawiesine drozdzy o zawartosci suchej substancji 10—30°/», przewaznie 18—22,%. Zawiesine drozdzy w celu dalszego oczyszczenia i zmniejszenia za¬ wartosci soli zadano w przyblizeniu taka sama objetoscia wody destylowanej i mieszanine wpro¬ wadzono do drugiego talerzowego separatora dy¬ szowego. Tutaj analogicznie jak w pierwszej sepa¬ racji otrzymano dwie fazy o takich samych sto¬ sunkach stezenia suchej substancji drozdzowej.Oczyszczona zawiesine drozdzy wprowadzono do urzadzenia do suszenia rozpryskowego i poddano przeróbce na zwilzaline, suche drozdze odzywcze o wysokiej czystosci. Lekkie fazy z separatorów, to znaczy woda z procesu i z przemywania, w znacz¬ nej czesci zostaly zawrócone do procesu fermen¬ tacji jako woda obiegowa.Szczególna zalete, zarówno dla czystosci drozdzy odzywczych jak równiez dla ekonomii procesu, sta¬ nowil fakt, ze po wystarczajaco dlugim ogrzewa¬ niu komórki drozdzy znacznie sie zmniejszyly 10 15 23 30 35 40 « BO 55 60 05 Zawartosc w wodzie procesowej Weglowo¬ dany Potas Fosfor Azot Przed ogrzewaniem 100—200 mg/litr 80—100 mg/litr 60— 80 mg/litr 100—150 mg/litr Po wystarczajaco dlugim ogrzewa¬ niu 400—600 mg/litr 250—300 mg/litr 120—150 mg/litr 250—300 mg/litr o dlugosci lancucha C12—C20 jako jedynym Tym samym przy jednakowym nakladzie w po¬ równaniu z dotychczasowymi sposobami osiagnieto dodatkowo obnizenie zawartosci soli do 50% w drozdzach odzywczych. Zapotrzebowanie na po¬ tas i fosfor w procesie fermentacji mozna bylo obnizyc o 20—300/0 przez zawrócenie wody pro¬ cesowej z separacji.Przyklad II. Oczyszczanie drozdzy pastew¬ nych, które zostaly wyhodowane na n-parafinie.W przemyslowym fermentorze z mieszadlem o pojemnosci 250 m3 hodowano drozdze gatunku Candida Guilliermondii na oczyszczonych n-para- finach zródlem wegla. Warunki fermentacji: Temperatura — 32 ±2°C pH — 4,1 ±0,1 Napowietrzanie — 6000 Nm3 po/wietrza/h Wprowadzenie mocy do mieszaniny fermenta¬ cyjnej przez mieszadlo — 240 kW Czas przebywania mie¬ szaniny fermentacyjnej — 4 h Doplyw wody procesowej, roztworu soli odzyw¬ czych, n-parafin, wody amoniakalnej i kwasu fosforowego ustalano w ten sposób, ze zostaly osiagniete wyzej wymieniony czas przebywania i nastepujace stezenia: N P K Na Mg Zn Mn Fe Cu Cl — 100— 170 mg/litr — 70— 110 mg/litr — 70— 120 mg/litr — 50— 200 mg/litr — 10—20 mg/litr — 2—4 mg/litr — 2—4 mg/litr — 5—10 mg/litr — 0,1—0,2 mg/litr — 1500—2000 mg/litr — 100— 150 mg/litr — 100— 200 mg/litr 12 g/litr so4 n-parafina sucha substancja — drozdzowa Z feranentora odbierano w sposób ciagly 20 t/h zawiesiny drozdzy, które posrednio odgazowano w naczyniu posrednim o pojemnosci 5 m3 i na¬ stepnie ogrzano w wymienniku ciepla za pomoca pary do temperatury 80°C. Nastepnie zawiesine te113 756 skladowano posrednio w zbiorniku o pojemnosci 10 m3 i po uplywie okolo 10 minut rozdzielono w talerzowym separatorze dyszowym o wydajnosci 20—30 t/h analogicznie jak w przykladzie I na dwie fazy (woda procesowa jak równiez zawie- i sina drozdzy o zawartosci 10—30%, glównie 18—22% suchej substancji drozdzowej). Zawiesine drozdzy zmieszano w jednakowych czesciach z woda pitna ogrzana do temperatury 80°C i po¬ nownie separowano analogicznie jak w pierwszym u stopniu.Zawiesine drozdzy poddano nastepnie przeróbce w dyszowej suszarce rozpryskowej na suche drozdze. Wode z procesu jak równiez oddzielona wode z przemywania zawrócono w wiekszej czesci u jako wode procesowa do fenrnentora. Suche drozdze zawieraly ponizej 0,2% resztkowej para¬ finy. Równiez tutaj woda procesowa po ogrzaniu zawierala podwyzszone ilosci niepozadanych sub¬ stancji z zawartosci komórek, które mozna bylo jo przez mechaniczne oddzielenie wody w bardzo znacznym stopniu usunac jak równiez w sposób ekonomicznie korzystny zawrócic do procesu fermentacji.Tabela2 u Zawartosc w wodzie procesowej n^parafiny potas fosffor magnez azot Przed ogrzaniem 100—200 mg/litr 70—120 mg/litr 70—100 mg/Litr 10— 30 mg/litr 90—160 mg/litr Po wystarczajaco dlugim ogrzewa- |niu 300—400 mg/litr 250—310 mg/litr 110—170 mg/litr 15— 50 mg/litr 250—320 mg/litr Przyklad III. Oczyszczanie drozdzy pastew¬ nych, które hodowano na destylacie z ropy nafto¬ wej.W urzadzeniu do fermentacji i separacji wedlug przykladu II hodowano Candida Guilliermondii w takich samych warunkach biologicznych i tech¬ nologicznych.Jako zródlo wegla stosowano jednakze desty¬ lat ropy naftowej, zawierajacy n-parafiny, o za¬ kresie temperatur wrzenia 240—340°C (zawartosc n-parafin 21%) w ilosci przecietnie 15%| wagowych w odniesieniu do mieszaniny fermentacyjnej.W naczyniu do odgazowania utworzyly sie 2 warstwy, z których górna warstwa zawierala glównie drozdze i olej. Dolna warstwa skladala sie z prawie czystej wody procesowej, która mozna bylo natychmiast zawrócic do procesu fermentacji.Górna warstwe, zlozona z okolo 30% destylatu ropy naftowej, 32 g/litr suchej substancji drozdzo¬ wej i okolo 70% wody, odciagano równiez w spo- 40 90 55 sób* ciagly, destylat z ropy naftowej oddzielono za pomoca roztworu alkilosulfonianu w znany sposób w pierwszym talerzowym separatorze dyszowym Faze ciezka, zlozona z okolo 4,2% suchej sub¬ stancji, 1% resztkowego destylatu z ropy nafto¬ wej i okolo 95% wody, ogrzano w wymienniku ciepla za pomoca pary do temperatury 75°C, skla¬ dowano posrednio w ciagu okolo 15 minut w zbior¬ niku posrednim i nastepnie w drugim talerzo¬ wym separatorze dyszowym rozdzielono na dwie fazy.Ogrzewanie w rurowym wymienniku ciepla mozna jednakze przeprowadzic równiez prze3 od¬ dzieleniem destylatu z ropy naftowej. Faza ciezka zawierala 10—30% suchej substancji drozdzowej, przewaznie 19—25%, 2% resztkowego destylatu ropy naftowej i 70—75% wody. Te zawiesine drozdzy wysuszono w suszarce rozpryskowej i na¬ stepnie poddano w znany sposób ekstrakcji roz¬ puszczalnikowej w celu wytworzenia najczystszych drozdzy paszowych. Oddzielona woda procesowa zawierala po ogrzaniu równiez zwiekszone ilasci niepozadanych substancji z zawartosci komórek (patrz tablica 3).W zwiazku z wysokim stopniem oddzielenia wody mozna bylo tym samym otrzymac suchy produkt o niewielkiej zawartosci soli, który mial szczególnie korzystne wlasciwosci, poniewaz sole nieorganiczne jak wiadomo wywoluja przeszka¬ dzajacy efekt przy ekstrakcji za pomoca rozpusz¬ czalników organicznych. Wode procesowa, oddzie¬ lona w separacji zawrócono równiez do procesu fermentacji.Tablica 3 Zawartosc w wodzie procesowej Weglowo¬ dory N K P Mg Pr^ed ogrzewaniem 0,3% 100—170 mg/litr 70—120 mg/litr 70—110 mg/litr 10— 30 mg/litr Po ogrzewaniu 0,5% 300—400 mg/litr 250—380 mg/litr 150—200 mg/litr 15— 50 mg/litr Zastrzezenie patentowe Sposób oczyszczania biomasy, zwlaszcza przez oddzielanie od cieczy hodowlanej i/albo wody z przemywania, znamienny tym, ze w celu zmniej¬ szenia udzialu wody komórkowej z mechanicznego oddzielania przeprowadza sie specyficzne ogrzewa¬ nie w temperaturze 50—90°C, korzystnie 60—80°C w czasie co najmniej 2 minut w wyzszej tempera¬ turze i maksymalnie 20 minut w nizszej tempera¬ turze, korzystnie jednak w ciagu 5—15 minut.LZGraf. Z-d Nr 2 — 351/82 90 egz.Cena 45 il PL