Различные подходы к накоплению биомассы микроводорослей Chlorellavulgaris и к процессам её биокаталитической трансформации (1105654), страница 29
Текст из файла (страница 29)
succinogenes, дляполучения в биотехнологических процессах ЯК из различных образцов возобновляемогосырья;- предложены подходы к утилизации иммобилизованных клеток мицелиальныхгрибов, использованных в качестве биокатализаторов в процессах получения органическихкислот, с образованием таких продуктов, как метан и пиролизная нефть, которые могутиметь дополнительную коммерческую значимость в процессах переработки биомассымикроводорослей C. vulgaris.3.5 Биотехнологический комплекс для накопления биомассы микроводорослей впроцессе очистки сточных вод и ее последующей трансформации в органическиекислоты и ПГААнализ и обобщение полученных в работе результатов с учетом актуальных задач иперспективных направлений развития современной биотехнологии позволил прийти к выводуо том, что фактически в работе пошагово разработана концепция биотехнологическогокомплекса (Рисунок 50), которая может иметь в потенциале практическую реализацию.Всоставетакогокомплексаможетбытьобеспеченонакоплениеклетокмикроводорослей с одновременной очисткой сточных вод и последующим использованиембиомассы для ее трансформации в целевые коммерчески значимые продукты в видемономеров, пригодных для получения биоразлагаемых полимерных материалов, а также дляполучения таких биополимеров, как ПГА, и кроме того могут быть получены продуктыпереработки отходов основного производства (биокатализаторов в виде иммобилизованныхклеток мицелиальных грибов) в метан и бионефть.На основе представленной концепции была проведена сравнительная экономическаяоценка эффективности функционирования такого комплекса.
Известно, что на пищевомпроизводстве объем сточных вод может составлять около 1500 м3/сутки [221]. Предположим,что в комплексе очистных сооружений имеется три блока по 30 очистных ректоров объемом50 м3 каждый. Один блок рассчитан на очистку сточных вод, вырабатываемых на пищевомпроизводстве за 1 сутки, функционирование одного блока обеспечивает за 3-е сутокснижение ХПК до 8 раз и накопление биомассы микроводорослей. За 1 месяц подобный153комплекс, имеющий 90 очистных реакторов объемом по 50 м3, может провести очистку43 500 м3 сточных вод, снизив их ХПК в 8 раз.
За это время из отходов может быть полученодо 70 т сух. биомассы микроводорослей. Функционирование такого комплекса в течение 1месяца может обеспечить производство от 10 до 16 т одного из видов выпускаемойпродукции (Таблица 35) и получить выручку от его реализации от 1,2 до 4,7 млн. рублей, приэтом будет проведена очистка сточных вод одного пищевого производства. Принеобходимости и экономической целесообразности получаемая и предобработаннаябиомасса микроводорослей может направляться одновременно на получение в составекомплекса сразу четырех продуктов в 4-х разных микробиологических реакторах сразличными биокатализаторами.Длительное хранениеклеток микроводорослейв иммобилизованном видеИммобилизация клетокмикроводорослейОчистка сточных вод иполучение биомассы примногократном использованиигранул с иммобилизованнымиклетками микроводорослейУтилизация отработанныхбиокатализаторов и отходовбиомассы с получениемкоммерчески-значимыхпродуктов:метан, пиролизная нефтьПредобработка биомассымикроводорослейс получением растворов,содержащихвосстанавливающие сахараПолучение мономеров биоразлагаемыхполимеров (янтарной, молочной,фумаровой кислот)из растворов, содержащихвосстанавливающие сахара, сиспользованием иммобилизованныхбиокатализаторовОдностадийное получениебиоразлагаемых полимеров(полигидроксиалканоатов) израстворов, содержащихвосстанавливающие сахара, сиспользованием клетокбактерийРисунок 50 – Концепция биотехнологического комплекса экологически эффективныхбиокаталитических процессов на основе использования биомассы микроводорослей,накапливающейся при очистке сточных вод, направленных, главным образом, на еетрансформацию в мономеры для полимерного синтеза и получение биополимеров в виде ПГА154Таблица 35 – Оценка выходов продуктов и выручка от их реализации, которые могут бытьполучены при биотрансформации 70 т сух.
биомассы микроводорослей, получаемых приреализации сформулированной концепции битехнологического комплекса в течение 1месяцаПродуктМКФКЯКПГАВыход продукта,т16141810Рыночная стоимостьпродукта, руб/кг12090260120Выручка отреализации, тыс. руб1 9201 2604 6801 200Известно, что использование продуцентов в иммобилизованном виде обеспечиваетдлительное эффективное применение одной и той же биомассы клеток в биотехнологическихпроцессах, при этом затраты на наращивание свежей биомассы для каждого рабочего цикла втаких процессах резко сокращаются.
Ранее уже была рассчитана экономия от использованияиммобилизованных клеток вместо свободных в процессах получения МК и ФК [111]. Былпроведен пересчет полученной величины такой экономии на 1 кг сухого ИБК (Таблица 36). Сучетом этих показателей и данных Таблицы 35 была проведена оценка экономии ототсутствия затрат на накопление биомассы продуцента для каждого биотехнологичскогоцикла получения органических кислот при функционировании комплекса в течение 1 месяцапри использованиииммобилизованныхбиокатализаторов, а не свободных клетокпродуцентов (Таблица 36).Таблица 36 – Оценочный экономический анализ эффективности использования клетокпродуцентов органических кислот в иммобилизованном виде в составе биотехнологическогокомплексаЭкономия от использованияклеток в иммобилизованномвиде в процессе, руб/ с 1 кг ИБКпо сухому весу[111]Выходкислоты с1 кг ИБК,кгЭкономия при использованиииммобилизованных клетокпродуцентов в составекомплекса за 1 месяц,тыс.
руб.МК8,89,315 136ФК69,78 640ПродуктИз анализа показателей, представленных в Таблице 36, следует вывод о существеннойэкономической выгоде, получаемой при проведении процессов получения органическихкислот при использовании иммобилизованных клеток продуцентов.155Таким образом, в результате выполнения работы была пошагово разработанаоригинальная концепция биотехнологического комплекса, сочетающего в себе эффективныебиокаталитические процессы, направленные на трансформацию биомассы микроводорослей,накапливаемой в процессе очистки сточных вод различного состава в коммерчески значимыепродукты (молочную, фумаровую, янтарную кислоты, полигидроксиалканоаты, метан ипиролизную нефть), реализация которого на практике может иметь значимый экономическийэффект.156ВЫВОДЫ1.Установленавозможностьиспользованияиммобилизованныхклетокмикроводорослей C.
vulgaris C-1 в качестве инокулята для накопления биомассы в процессеочистки сточных вод с одновременным снижением уровня ХПК в 2-8 раз. Получаемая приэтом биомасса свободных клеток микроводорослей характеризуется постоянством долиуглеводов в её составе, обеспечивающим возможность её прикладного использования.2.Применение кислотного гидролиза биомассы C. vulgaris обеспечивает быстроеполучение сред с высоким выходом ВС (76,13±2,41%), но содержащих муравьиную кислоту,фурфурол и оксиметилфурфурол, токсичные для микробных продуцентов.
Эти среды могутбыть пригодны для химической промышленности. Механическая дезинтеграция клетокмикроводорослей C. vulgaris в сочетании с ферментативным гидролизом позволяет получатьнетоксичные гидролизные среды с высоким выходом ВС (81÷89%) от общего содержанияуглеводов в исходной биомассе.3.Предложеныусловияоптимальногопримененияиммобилизованныхклетокмицелиальных грибов вида R. oryzae в процессах биотрансформации ВС, содержащихся вферментолизатах биомассы микроводорослей C.vulgaris, в молочную и фумаровую кислоты.В результате в сравнении с ранее известными данными для молочной кислоты показателипродуктивности процесса увеличены в 142 раза, для фумаровой – более, чем в 200 раз.4.Создан оригинальный высокоэффективный биокатализатор в виде иммобилизованныхв криогель ПВС клеток бактерий A.
succinogenes B-10111 для получения янтарной кислоты.Его использование в сравнении со свободными клетками обеспечило повышение уровнямаксимального накопления ЯК в глюкозосодержащих средах в одном рабочем цикле в 1,4раза и увеличило общую длительность эффективного использования продуцента, какминимум, в 19 раз. Впервые для получения ЯК продемонстрирована возможностьприменения в качестве субстратов биомассы различных фототрофных микроорганизмов,включая клетки микроводорослей C. vulgaris, и макроводорослей.5.Впервые установлено, что для биотехнологического процесса получения ПГА всоставеклеток C.necator B-8619перспективнымсубстратомявляется биомассамикроводорослей. Предложенный субстрат обеспечивает увеличение в 4,6 и более разскорости накопления ПГА в составе биомассы продуцента по сравнению с литературнымиданными.6.Разработаноригинальныйспособиммобилизацииклетокфототрофныхмикроорганизмов в криогель ПВС, апробированный на 12 культурах, обеспечивающийвысокую длительность хранения клеток (не менее 1,5 лет) при высоком уровне сохранения у157них способности к пролиферации (на 90-95%) и до 2-х раз превосходящий по этимхарактеристикам аналоги.7.Предложен подход к утилизации иммобилизованной в криогель ПВС биомассымицелиальных грибов, использованных для получения органических кислот, методамиметаногенеза и быстрого пиролиза с получением, соответственно, метана (с выходом61,3±1,9%) или пиролизной нефти (с выходом 58,3±2,3%), в которой отмечено наличиедлинноцепочечных нитрилов.8.Пошаговоразработанаисформулированаоригинальнаяконцепциябиотехнологического комплекса, сочетающего в себе эффективные биокаталитическиепроцессы, направленные на трансформацию биомассы микроводорослей, накапливаемой впроцессе очистки сточных вод различного состава в коммерчески значимые продукты(молочную, фумаровую, янтарную кислоты, ПГА, метан и пиролизную нефть).158СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1.
Pulz O., Gross W. Valuable products from biotechnology of microalgae [Текст] // Appl.Microbiol. Biotechnol. – 2004. – V. 65. – p. 635–648.2. Harun R., Singh M., Forde G. M., Danquah M. K. Bioprocess engineering of microalgae toproduce a variety of consumer products [Текст] // Renew. Sust. Energ. Rev. – 2010. – V. 14.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
