90% ң-парафинов с длиной цепи от Сю до Сз0 и около 10% изопа рафиновых и ароматических углеводородов. Для повышения каче ства БВК жидкие парафины, выделенные из дизельных топлив де парафинизацией карбамидом, должны быть очищены от аромати ческих углеводородов, хотя в этом случае стоимость готового про дукта увеличивается.
Как уже указывалось, дизельное топливо содержит значительное количество нормальных парафинов (12— 18%), которые неблаго приятно влияют на температуры его застывания и помутнения. Было обнаружено, что микроорганизмы, растущие на я-парафинах, могут использовать в качестве углеродистого питания и парафи новую фракцию дизельного топлива. Таким образом, одновремен но с получением биомассы дрожжей производится депарафиниза ция дизельного топлива, что имеет большое значение для нефтепе рерабатывающей промышленности. Этот процесс носит название микробиологической депарафинизации. В результате микробиоло гической депарафинизации можно получить 90% очищенного низ котемпературного дизельного топлива и 10% белково-витаминных концентратов (по отношению к весу затраченного дизельного топ лива). Процесс микробиологической депарафинизации является перспективным методом получения БВК и улучшения качества нефтепродуктов. Следовательно, в качестве сырья для получения белковых дрожжей из углеводородов можно использовать очищен ные жидкие парафины или дизельное топливо. Оба процесса явля ются экономически равноценными, однако выбор сырья зависит от того, насколько налажено в стране производство очищенных па рафинов.
Кроме углеводородов нефти для производства БВК используют и природный газ. Микробиологический синтез белка на основе га зообразных углеводородов является наиболее перспективным, так как запасы их огромны, а стоимость небольшая.
Важным преимуществом использования природного газа по срав нению с парафинами нефти является и то, что получаемый на га зосодержащем субстрате продукт легко отделяется от среды и очи щается от остаточных углеводородов. Белково-витаминный корм, синтезированный на основе природного газа, является, полноцен ным, так как содержит все жизненно необходимые аминокислоты
ивитамины.
Для выращивания микроорганизмов используется как метан, так
иприродные газы, представляющие собой смесь метана и-его го мологов (пропанбутановая фракция). Получение БВК на метане имеет следующие преимущества: 1) в природе метан скапливается
вбольших количествах, легкодоступен и дешев; 2) метан — газ и используется микроорганизмами без остатка; 3) он лишен нежела тельных примесей и не требует очистки; 4) растворимость его близка к растворимости кислорода; 5) получаемый продукт — био масса микроорганизмов — отличается высокой степенью чистоты. Однако при культивировании микроорганизмов на газообразных углеводородах потребность их в кислороде в несколько раз больше,
чем при выращивании на углеводной среде и в 1,5 раза больше, чем на жидких углеводородах. Поэтому при использовании при родного газа для получения БВК необходима интенсивная аэрация и перемешивание, а также дополнительные затраты на охлажде ние ферментера вследствие выделения большого количества тепла.
При работе со смесью метана и кислорода необходимо прини- •мать меры по предупреждению ее взрываемости и воспламенения. Нужно поддерживать концентрацию метана ниже предела взрывае мости образующейся в- ферментере метано-воздушной смеси, что не дает возможности повысить выход готового продукта путем уве личения концентрации метана в среде. Так как на газосодержащих средах процесс накопления биомассы происходит медленно, то нужно применять активные, быстро растущие микроорганизмы.
Проникновение углеводородов в дрожжевые клетки осуществля ется через полупроницаемую наружную оболочку и цитоплазмати ческую мембрану. Биохимический механизм превращения углево дородов нефти в белково-витаминные концентраты является очень сложным. Он сводится к ферментативному окислению концевой метальной группы углеводородных цепочек с превращением нор мальных парафинов в карбоновые кислоты и к последующему окислению и аминированию их до соответствующих аминокислот. Последние используются в процессе биосинтеза белка.
Микроорганизмы способны использовать самые различные угле водороды в качестве единственного источника углерода и энергии вследствие наличия в них активно окисляющих ферментов. Микро организмы — продуценты белка должны отвечать следующим требо ваниям: 1) обеспечивать высокий выход биомассы в углеводород ных средах; 2) размножаться, расти с большой скоростью и быть устойчивыми в производстве; 3) накапливать биомассу с повышен ным содержанием белка, полноценную по аминокислотному и ви таминному составу; 4) хорошо сепарироваться.
Микроорганизмы, усваивающие углеводороды нефти и природ ного газа, выделены из природы, отобраны методом производст венной селекции и генетики или получены с помощью химических мутагенов. Наиболее урожайные, активные расы, обладающие большой синтезирующей способностью и обеспечивающие высокий выход биомассы, были рекомендованы для использования в про мышленных условиях.
Для производства БВК можно использовать дрожжеподобные грибы, бактерии, актиномицеты и плесневые грибы. Однако послед ние на углеводородных средах медленно размножаются, не сепа рируются и в нестерильных условиях производства быстро заража ются посторонними микроорганизмами. Из микроорганизмов, усва ивающих жидкие углеводороды, для биосинтеза белка наиболее целесообразно использовать дрожжеподобные грибы, для которых хорошо разработаны технологические методы выращивания и вы деления из отработанной среды.
Для получения белково-витаминных концентратов применяют дрожжеподобные грибы рода Candida, усваивающие преимущест
в е
ценно нормальные парафины с числом углеродных атомов от 10 до 30. Они активно окисляют углеводороды, синтезируя повышенное количество белка и витамины. Лучшими видами дрожжеподобных грибов рода Candida являются: Candida tropicalis, С. lipolytica, С. intermedia, С. guilliermondii. Наряду с монокультурами целесо образно использовать смесь культур углеводородокисляющих ми кроорганизмов. Скорость окисления углеводородов различна. С на ибольшей скоростью дрожжеподобные грибы усваивают нормаль ные парафиновые углеводороды с числом углеродных атомов от 14 до 22. При увеличении длины цепи наблюдается постепенное за медление утилизации углеводородов. Углеводороды с разветвлен ным или циклическим строением усваиваются еще более медленно. Подобраны также микроорганизмы из рода Candida, способные ак тивно утилизировать н-парафины из дизельного топлива при его депарафинизации. Дрожжеподобные грибы С. lipolytica, С. tropi calis и др. обеспечивают получение низкотемпературных дизельных топлив и биомассы с высоким содержанием белка и витаминов. Микроорганизмы, окисляющие газообразные углеводороды, обла дают высокой синтезирующей способностью. Лучшими из них ока зались бактерии. Так, способностью активно окислять метан с об разованием биомассы обладают бактерии Pseudomonas methanica.
Особенности технологического процесса получения белково-вита минных концентратов. Производство БВК из очищенных жидких
н-парафинов нефти состоит из следующих операций: приготовления питательной среды, выращивания дрожжей, сгущения, промывки, упаривания и высушивания биомассы. Очищенные н-парафины, по ступившие с нефтеперерабатывающих предприятий, подвергают стерилизации путем нагрева до 130° С, охлаждают до 50—60° С и подают насосом в дрожжерастильные аппараты (ферментеры). Процесс накопления биомассы протекает наиболее интенсивно при концентрации парафина в питательной среде 1,5—2,5% (объем ных). Концентрация его определяется условиями диспергирования воздуха в среде и обеспечением минеральными солями. Для раз бавления парафинов используют предварительно стерилизованную' отсепарированную бражку или воду из оборотного цикла, что по зволяет уничтожить посторонние микроорганизмы и создать усло вия для развития и размножения урожайной культуры дрожжей. Для стерилизации применяется наиболее прогрессивный метод — озонирование. Озон является сильным окислителем, уничтожаю щим все микробы, содержащиеся в воде и бражке. Процесс озо нирования жидкости заключается в смешении ее с озоно-воздушной смесью, полученной путем продувания сухого воздуха через зону тихого разряда в котлах-озонаторах. Поскольку парафины не со держат минеральных солей, то в питательную среду добавляют в оптимальных количествах раствор суперфосфата, хлористого ка лия, сернокислого магния, а также микроэлементы: Ca, Mn, Zn, Fe, Mo, Cu, Na и др. В качестве источника азота применяют рас твор сульфата аммония или аммиачную воду. Растворы солей
приготовляют в сборнике-мешалке и непрерывно дозируют
в дрожжерастильный аппарат. Если микроорганизмы, использую щие углеводороды, не способны синтезировать все необходимые им витамины и витаминоподобные вещества, необходимо их добав лять, например, в виде 1%-ного автолизата.
Из отделения чистой культуры в дрожжерастильный чан подают засевные дрожжи, концентрация которых составляет 20—40 г/д. Процесс выращивания дрожжей происходит непрерывно в дрожжерастильных аппаратах различной конструкции с аэрирующеперемешивающими воздухораспределительными системами. По скольку молекулы парафинов не содержат кислорода, для выра щивания дрожжей на углеводородсодержащих средах требуется в 2—3 раза больше растворимого кислорода, чем на углеводных. Повышенная потребность растущих микроорганизмов в кислороде удовлетворяется с помощью интенсивной аэрации среды очищен ным и стерилизованным воздухом.
Для быстрого потребления нерастворимых в воде парафинов и, следовательно, для создания максимальной скорости роста дрож жей необходимо тонкое диспергирование углеводородов в жидко сти до получения частиц величиной менее 0,1 мк в диаметре. В этом случае создаются наилучшие условия для непосредственного кон такта эмульгированных углеводородов с растущими дрожжевыми клетками. Для этого питательную среду нужно интенсивно разме шивать. Для поддержания оптимального pH среды, равного 4,2— 4,8, во время выращивания дрожжей в аппарат добавляют амми ачную воду. Оптимальная температура, равная 32—34° С, ,поддер живается путем охлаждения внутреннего содержимого аппарата. Для отвода тепла используется теплообменная поверхность.
Для более полного усвоения парафинов дрожжами и длд умень шения остаточного количества их в готовом продукте выращивание дрожжей можно проводить в две ступени. Во втором дрожжерастильном аппарате процесс выращивания заканчивается. Дрожже вая суспензия поступает в сборник-газоотделитель, а оттуда — на станцию сепарации. На первой ступени происходит сгущение дрож жей до содержания 200—300 г/л (в пересчете на прессованные дрожжи влажностью 75%), на второй — до 500 г/л. Затем дрож жевую массу промывают теплой водой (45° С) от неокисленных углеводородов при помощи водяных эжекторов. На третьей сту пени происходит отделение промывной воды и сгущение дрожже вой массы до 600 г/л. Концентрирование дрожжевой суспензии можно осуществлять и на четырех ступенях сепарации. Сгущенная дрожжевая суспензия плазмолизируется и упаривается в вакуумвыпарных аппаратах до содержания 22—25% абс. сухих веществ. Упаренный дрожжевой концентрат подается в барабанную или распылительную сушилку, в которой дрожжи высушиваются до содержания 10% влаги. Сухие дрожжи, представляющие собой порошок светлого серо-желтого цвета, собирают в бункер, из кото рого подают на расфасовку в бумажные мешки. На рис. 70 пред ставлена схема материальных потоков в производстве БВК. Бел ковые кормовые дрожжи, выращенные на нормальных очищенных
Схема произбодстба БВК
Жидкие парафины |
Чистая культура дрожжей. |
Рис. 70. Схема материальных потоков в производстве БВК
парафинах, не требуют дополнительной экстракционной очистка от остаточных углеводородов. Нефтехимическая промышленность должна производить и поставлять очищенные парафины.
Принцип производства БВК на дизельном топливе тот же, что и на очищенных парафинах. При микробиологической депарафи низации дизельного топлива биосинтез белка осуществляется дрожжеподобными грибами, избирательно использующими пара финовые углеводороды нормального строения. Для активного раз множения микроорганизмов и накопления биомассы создаются оп тимальные условия. Процесс выращивания происходит в фермен терах с интенсивной аэрацией и перемешиванием. н-Парафины потребляются дрожжами, биомасса накапливается, т. е. происходит процесс депарафинизации дизельного топлива. На сепараторах массу разделяют на три компонента — дрожжи, дизельное топливо и водную фазу. Дрожжи подвергают экстракции с помощью раство рителей для отделения остатков дизельного топлива и сушат. Го товый продукт направляют на склад. Воду возвращают в процесс производства или в сток, а дизельное топливо, подвергнутое ще лочной очистке от продуктов метаболизма дрожжей, направляют потребителю. Жидкие парафины, выделенные из дизельного топ лива методом карбамидной депарафинизации или другими мето дами, также используются для получения БВК. Продукт фермен тации представляет собой многофазную систему, содержащую дрожжевую массу, неусвоенные остаточные углеводороды, воду и пузырьки воздуха. Отделение и очистка дрожжей — сложный про цесс. Он включает отстаивание и декантацию для удаления воз духа и разделения водной и нефтяной фаз и три-четыре ступени сепарации с одновременной промывкой дрожжей.
БВК хорошего качества должны содержать не больше 0,1% остаточных углеводородов при отсутствии ароматических. Поэтому для отделения остатков углеводородов от дрожжей применяют дифференцированную экстракцию растворителями в специальных экстракторах. В качестве растворителей применяются легкие жид кие углеводороды (гексан, гептан) или их смеси, например бензин. При выращивании БВК на природном газе или на метане пита тельная среда содержит кислород или воздух, соединения азота, фосфора, калия, магния, серы и микроэлементы. Азот поступает в виде газообразного аммиака, который служит также для регули рования значения pH в ферментере. Оптимальной температурой является 28—32° С. Для окисления газообразных углеводородов и синтеза белка используются бактерии. Ферментация происходит в закрытых аппаратах. Положительным в этом процессе является то, что биомасса микроорганизмов, выросших на метане, сравни тельно чистая и не требует специальной очистки.
2. ВЫРАЩИВАНИЕ КОРМОВЫХ ДРОЖЖЕЙ НА ОТХОДАХ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
К отходам пищевой промышленности, которые можно использо вать для выращивания дрожжей, относятся: свеклосахарная и тро
