биосорбент

Формула изобретения

1. Биосорбент, представляющий собой дезинтегрированные клетки микроорганизмов, использованных в микробиологическом производстве этилового спирта, отличающийся тем, что отрицательный поверхностный потенциал клеток имеет величину от 22 до 75 мВ при содержании липидов от 0,4 до 4,0% и углеводов от 30,0 до 50,0% в пересчете на абсолютно сухое вещество.

2. Биосорбент по п.1, отличающийся тем, что он представляет собой водную суспензию или порошок, или гранулы.

3. Биосорбент по п.1, отличающийся тем, что в качестве микроорганизмов используют дрожжи и/или бактерии.

4. Биосорбент по п.1, отличающийся тем, что клетки дезинтегрированы нагреванием и/или механически, и/или лазерной обработкой, и/или углекислотой при надкритических условиях.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к процессам утилизации отходов пищевой промышленности, и может быть использовано в процессе переработки отходов процесса микробиологического получения спирта.

Известен биосорбент (US, патент 4690894 C 12 N 1/36, 1987), представляющий собой биомассу микроорганизмов, обработанную избытком 0,25 - 1,25 М раствора щелочи при 50 - 100^oC в последующем промытую водой и высушенную. Недостатком известного биосорбента следует признать ограниченность применения (только катионы металлов), а также малую сорбционную емкость на единицу площади.

Известен также биосорбент (SU, авторское свидетельство 1792738 В 01 J 20/22, 1990), представляющий собой биомассу микроорганизмов, обработанную смесью углеводородного растворителя и спирта при 10-80^oC в течение 2 - 6 часов с последующим отделением твердой фазы из суспензии биомассы, высушиванием ее и измельчением. Недостатком данного биосорбента следует признать низкие сорбционные характеристики.

Известен биосорбент (RU, патент 2026824 С 02 F 1/28, 1995), представляющий собой биомассу отработанных в процессе производства фермента цитохрома С дрожжей. Недостатком указанного сорбента следует признать отсутствие сырьевой базы, поскольку производство фермента цитохром С является малотоннажным. Кроме того, невысокий поверхностный потенциал биосорбента приводит к невысоким сорбирующим способностям.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является биосорбент (RU, патент 2063801 B 01 J 20/24, 1996), представляющий собой дезинтегрированные оболочки дрожжей - сахаромицетов, обладающие определенным отрицательным кинетическим материалом.

Техническая задача, решаемая посредством изобретения, состоит в разработке биосорбента.

Технический результат, получаемый в результате реализации изобретения, состоит в расширении ассортимента биосорбентов.

Указанный технический результат достигается дезинтеграцией микроорганизмов, использованных ранее в микробиологическом производстве этилового спирта, причем в результате дезинтеграции биомасса микроорганизмов получает на поверхности клеточных оболочек отрицательный поверхностный потенциал от 22 до 75 мВ, при этом необходимо, чтобы содержание липидов составило от 0,4 до 4,0%, а углеводов от 30,0 до 50,0% в пересчете на абсолютно сухое вещество. Биосорбент может быть использован как в виде водной суспензии, так и в виде гранул или порошка. Биомасса может содержать как дрожжи, используемые при сбраживании сахар- или крахмалсодержащего сырья (Saccharomyces cerevisial, Kluveromyces fragilis), так и бактерии (Zymomonas mobilis, Clostridium thermocellum), используемые для этой же цели, причем соотношение их может быть произвольно при условии соблюдения содержания липидов и углеводов в оболочках клеток микроорганизмов.

Наличие значительного отрицательного поверхностного потенциала приводит к большой сорбционной емкости биосорбента применительно к положительно заряженным частицам, а наличие липидов и углеводов приводит к значительной сорбционной емкости применительно к органическим веществам.

Биосорбент может быть получен различными способами.

Предварительно определяют состав оболочек клеток микроорганизмов, используемых для микробиологического получения этилового спирта. В случае соответствия их липидного содержания, а также содержания углеводов вышеуказанному пределу, суспензию микроорганизмов подвергают следующим видам обработки:

1. Водную суспензию дрожжей или бактерий, применяемых при сбраживании сахар- и крахмалсодержащего сырья, нагревают со скоростью 20 - 27^oC в течение 3 - 5 часов до температуры 90 - 97^oC, предпочтительно, с использованием острого пара, отделяют, предпочтительно, центрифугированием твердую фазу, которая и представляет собой биосорбент. Отрицательный поверхностный потенциал биосорбента, полученного по указанному способу, составляет, при использовании указанных режимов, 37 - 50 мВ. Содержание липидов и углеводов определено составом суспензии.

2. Суспензию микроорганизмов, используемых при микробиологическом получении этилового спирта, облучают ИК- лазером при длине волны 0,61 - 10,6 мкм в течение 2 - 3 часов при перемешивании до полной дезинтеграции клеток. Отделяют твердую фазу, предпочтительно, центрифугированием, хотя возможно использовать и фильтрацию, которая и представляет собой биосорбент.

3. Суспензию микроорганизмов обрабатывают сжатым оксидом углерода (IV) под давлением 6 - 9 МПа в изобарических условиях. По истечении 0,5 - 0,7 часа давление сбрасывают, отделяют любым известным способом твердую фазу, которая и является биосорбентом.

Полученный любым перечисленным способом биосорбент при толщине слоя твердой фазы 12 мм и объеме 1,4 дм³ практически полностью удаляет из водных растворов хлорорганические и фосфорорганические соединения при содержании их не свыше 1,4 мг/л, катионы тяжелых металлов (медь, свинец, кадмий, ртуть) при общем содержании их в растворе до 13 мг/л. Кроме того, он уменьшает содержание сивушных масел и альдегидов в водно-спиртовых смесях примерно на 19%.

Для получения биосорбента могут быть использованы как отработанные культуры, так и свежеприготовленные.