Установка для виробництва бета-каротину

1. Установка для виробництва бета-каротину, що складається зі сполучених між собою адсорбера з передбаченим у його нижній частині розподільчим вузлом та десорбера, виконаних у формі вертикально розташованих посудин циліндричної форми, з розміщеним між ними сепаратором, яка відрізняється тим, що додатково містить екстрактор, розташований між сепаратором і першим десорбером, а також перший відстійник, другий десорбер та другий відстійник, послідовно сполучені з першим десорбером і адсорбером з можливістю циркуляції рідкої фази, причому перший десорбер з першим відстійником та другий десорбер з другим відстійником сполучені у своїй верхній частині за допомогою патрубків таким чином, що подання рідкої фази з десорберів до відстійників відбувається самопливом, а сполучення екстрактора з нижньою частиною першого десорбера та відповідно нижніх частин першого відстійника з другим десорбером і другого відстійника з адсорбером U 2 19488 1 3 19488 4 можуть знайти застосування як кормові домішки, у одержання бета-каротину з високим виходом безкосметології тощо. посередньо з рідкої фази, причому установка приНеобхідною стадією одержання бета-каротину датна як для промислового виробництва бетаз Dunaliella salina є концентрування біомаси клітин каротину з Dunaliella salina з ропи природних сомікроводорості та її відділення від ропи. Такий лоних озер, басейнів солепромислів, так і з кульпроцес може бути здійснений шляхом відстоювантурного середовища штучних біореакторів. ня, фільтрації, центрифугування, флотації, флокуПоставлене завдання вирішується таким чиляції, сорбції на різних сорбентах. Найбільш персном, що установка для виробництва бетапективними є сорбційні методи, які дозволяють каротину, що складається зі сполучених між собою вибірково сорбувати клітини Dunaliella salina, очиадсорбера з передбаченим у його нижній частині щуючи біомасу від галобактерій, кристалів солей, розподільчим вузлом та десорбера, виконаних у часток глини та ін. забруднень. Особливо ефектиформі вертикально розташованих судин циліндривною є сорбція в умовах псевдорозрідженого шару чної форми з розміщеним між ними сепаратором, сорбенту. згідно з корисною моделлю додатково містить ексВідомий пристрій для одержання білкових ретрактор, розташований між магнітним сепараточовин шляхом адсорбції білкових молекул на іонором і першим десорбером, а також перший відсобмінному сорбенті у псевдорозрідженому стані тійник, другий десорбер та другий відстійник, [Пат. 6716344, США, МПК7 B01D15/02, B01D24/36, послідовно сполучені з першим десорбером і адзаявл. 02.10.2000, опубл. 06.04.2004]. Пристрій сорбером з можливістю циркуляції рідкої фази, складається з адсорбера та десорбера, виконаних причому перший десорбер з першим відстійником у формі вертикального розташованих циліндричта другий десорбер з другим відстійником сполуних судин. Десорбер у своїй верхній частині зв'ячені у своїй верхній частині за допомогою патрубзаний з верхньою частиною адсорбера через виків таким чином, що подання рідкої фази з десорхровий сепаратор. Дно десорбера виконано берів до відстійників відбувається самопливом, а пласким, а дно адсорбера має конічну форму. У сполучення екстрактора з нижньою частиною нижній частині адсорбера розташована розподільпершого десорбера та відповідно нижніх частин ча трубка з отворами для подачі рідкої фази і першого відстійника з другим десорбером і другого створення псевдорозрідженого шару сорбенту. відстійника з адсорбером виконано через пристрої Дно адсорбера сполучено з нижньою частиною для примусового подання рідкої фази, причому у десорбера за допомогою патрубка. Пристрій донижніх частинах першого і другого десорберів пезволяє здійснювати одержання білкового матеріаредбачені патрубки для подання відповідно ропи лу у безперервному процесі. Рідка фаза з білкота прісної води. вою біомасою подається в адсорбер через Згідно з корисною моделлю адсорбер устанорозподільчу трубку з отворами, а сорбент надховлений на ваговимірювальній системі, з'єднаній з дить в адсорбер зверху у протитоку з рідкою фапристроєм примусового подання рідкої фази з вмізою. Концентрування навантаженого білком сорстом регенерованого сорбенту у адсорбер з можбенту відбувається у нижній частині адсорбера, з ливістю регулювання об'єму швидкості подання якої він самопливом надходить у десорбер, де останньої. відбувається регенерація сорбенту. У вихровому Особливістю заявленої установки є конструксепараторі відбувається розділення рідкої фази і ція розподільного вузла, виконаного у формі пластвердої фази сорбенту. Останній повертається у тини з отворами, розташованої паралельно дну адсорбер. Наведений пристрій призначений для адсорбера, яке у свою чергу виконано пласким. одержання, наприклад, бичачого сироваткового Як варіант дно адсорбера виконане з отвораальбуміну або молочного сироваткового білка з ми, з'єднаними з системою патрубків для подання використанням в якості сорбенту часток органічнов адсорбер вхідної рідкої фази у вигляді суспензії го полімеру. клітин мікроводорості Dunaliella salina. Конструктивне рішення адсорбера відомого Згідно з корисною моделлю відстійники та депристрою розраховане на адсорбцію речовин, які сорбери виконані у формі циліндричних судин з мають досить високу питому вагу і викликають конічним дном. осідання сорбенту, навантаженого такими речовиАвторами було визначено експериментальним нами. Крім того відомий пристрій не дозволяє якісшляхом, що оптимальним сорбентом для забезпено регенерувати сорбент, звільняючи його від почення продуктивної роботи заявленої установки є бічних адсорбованих речовин, що призводить до магнетит у формі порошку з розмірами часток, які одержання „забрудненого” кінцевого продукту, дещо перевершують розміри клітин Dunaliella який потребує подальшого очищення. salina, але не є настільки великими, що досить Завданням корисної моделі є створення усташвидко осаджуються внаслідок високої щільності новки для виробництва бета-каротину з мікровоматеріалу. У такому випадку часу утримання часдорості Dunaliella salina за принципом адсорбції у ток магнетиту у псевдорозрідженому шарі недопсевдорозрідженому (киплячому) шарі сорбенту. статньо для ефективного вилучення клітин Завдяки введенню у конструкцію установки елеDunaliella salina з ропи. В оптимальному варіанті ментів, що забезпечують екстракцію бета-каротину частки магнетиту з сорбованими клітинами з сорбованої біомаси, двоступеневу регенерацію Dunaliella salina залишаються у зваженому псевсорбенту, автоматичне регулювання швидкості дорозрідженому стані у ропі, а осідає лише ненаподання регенерованого сорбенту до адсорбера, вантажений чорний магнетит. заявлена установка здатна функціонувати у безКонструктивні особливості адсорбера заявлеперервному циклічному режимі, забезпечуючи ної установки обумовлені тим фактом, що магне 5 19488 6 тит з сорбованими клітинами Dunaliella salina наДругий десорбер призначений для безпосеребуває низької питомої ваги і його збір на відміну дньої десорбції не екстрагованих компонентів біовід прототипу відбувається у верхній частині адсомаси клітин Dunaliella salina та регенерації магнербера, а подання магнетиту, змішаного з ропою, титу. На цьому етапі використовують прісну воду. здійснюють у нижній частині адсорбера над розОбидва десорбери функціонують за принциподільчим вузлом, через отвори якого знизу однопом псевдорозрідженого шару сорбенту. Останній часно подають рідку фазу у вигляді суспензії кліутворюється при одночасному поданні у нижній тин Dunaliella salina. Для попередження осадження частині десорбера рідкої (плинної) фази з магнененавантаженого магнетиту під розподільчим вузтитом і відповідно ропи або прісної води. На відмілом та зручності установки адсорбера на ваговину від прототипу дно у обох десорберів виконано мірювальній системі дно адсорбера виконано плаконічним для попередження утворення у них гідским, а розподільчий вузол має форму пластини з родинамічних тіней та накопичення осаду більш рівномірно розташованими отворами, установлеважких часток регенерованого магнетиту. ної у нижній частині адсорбера паралельно його За допомогою заявленої установки регенерадну. цію магнетиту здійснюють у два етапи, після чого Як варіант конструктивного рішення адсорбейого повертають у адсорбер. При цьому необхідна ра заявленої установки роль розподільчого вузла двічі повна зміна рідкої фази. З цією метою до може відігравати дно адсорбера з виконаними у конструкції установки введено два відстійники, в ньому отворами у цьому випадку подавання вхідяких відбувається відокремлення магнетиту від ної рідкої фази у вигляді суспензії клітин Dunaliella рідкої фази відстоюванням. Рідку фазу зливають salina здійснюють за допомогою системи патрубчерез зливні патрубки у верхній частині відстійників, підведених до кожного з отворів. ків. Для кращого відстоювання магнетиту дно відсНа відміну від прототипу використання вихротійників має конічну форму. вого сепаратора у процесі концентрування магнеДля забезпечення безперервної роботи заявтиту, навантаженого адсорбованими клітинами леної установки у режимі циркуляції кількість сорDunaliella salina, є недоцільним внаслідок низької бенту (магнетиту) у адсорбері повинна бути поспитомої ваги такого магнетиту, а відтак його погатійною. Проте, у ході експериментів було ного осадження. У заявленій установці передбавизначено, що в залежності від концентрації клітин чено вилучення магнетиту на даному етапі за доу ропі з адсорбера надходить різна кількість магпомогою магнітного поля. У найпростішому нетиту. Відповідно до адсорбера необхідно поверваріанті це може бути система постійних магнітів, тати різну кількість регенерованого магнетиту. проте найбільш продуктивним є використання маАвтори запропонували встановити адсорбер на гнітного сепаратора бажано барабанного типу. ваговимірювальну систему, яка за допомогою лінії На відміну від прототипу процес екстрагування зв'язку з пристроєм примусового подання рідкої кінцевого продукту за допомогою заявленої устафази з регенерованим магнетитом керує швидкісновки здійснюється у безперервному циклічному тю її поданням у адсорбер. Пласке дно адсорбера режимі безпосередньо з водної фази, що містить сприяє стійкому встановленню адсорбера на вагосконцентровану шляхом адсорбції на магнетиті вимірювальній системі. масу клітин Dunaliella salina. Заявлена установка за допомогою системи З цією метою до складу установки введено екпатрубків забезпечує циркуляцію магнетиту, що страктор для екстрагування бета-каротину з одерміститься у рідкій фазі. При цьому подання такої жаної після сепаратора маси клітин Dunaliella фази з адсорбера до магнітного сепаратора, з деsalina, адсорбованих на частках магнетиту. Екстсорберів до відстійників з верхньої частини цих ракцію здійснюють розчинником, вибраним з групи судин здійснюється самопливом за допомогою розчинників, що не змішуються з водою і мають відповідно розташованих патрубків. Проте поданщільність менше 1, при цьому магнетит є інертним ня зазначеної рідкої фази у нижній частині адсорматеріалом і не вступає з ними у хімічну взаємобера та десорберів повинно здійснюватися зі швидію. В установці може бути використаний готовий дкістю потоку, яка має сприяти утворенню екстрактор будь-якого типу, який відповідає навепсевдорозрідженого шару магнетиту. З цією метою деним умовам екстрагування. у заявленій установці передбачено використання Заявлена установка містить систему з двох пристроїв примусового подання рідкої фази. Ними десорберів, причому кожний десорбер сполучений можуть бути готові насоси, які відповідають умопатрубками зі „своїм” відстійником. Перший десовам функціонування установки. рбер призначений для відділення фази розчинниНа Фіг. наведено схематичне зображення вака, який потрапляє у цей десорбер після екстракріанту заявленої установки, яка складається з адтора разом з магнетитом, навантаженим сорбера 1 з розподільчим вузлом 2, десорберів 3, неекстрагованими компонентами біомаси клітин 4, відстійників 5, 6, магнітного сепаратора 7, екстDunaliella salma. рактора 8, пристроїв 9, 10, 11 для примусового На цьому етапі використовують ропу зі щільніподання рідкої фази, ваговимірювальної системи стю 1,2 (щільність ропи з басейнів солепромислів), 12, лінії зворотного зв'язку 13, системи патрубків яка подається у перший десорбер і завдяки висо14-23 для здійснення циркуляції рідкої фази в кій солоності не призводить до десорбції компонеустановці, вхідних штуцерів 24, 25, 26, зливних нтів, що не екстрагуються, але викликає розділенпатрубків 27, 28, 29. ня фаз. Відділений розчинник повертають до Адсорбер 1, десорбери 3,4 та відстійники 5,6 екстрактора. виконані у формі вертикально розташованих судин циліндричної форми з відкритою верхньою части 7 19488 8 ною та дном конічної форми за винятком адсорбеною біомасою Dunaliella salina магнетит за допора 1, який має пласке дно. могою магнітного поля вилучається з ропи, яка Всередині адсорбера 1 у його нижній частині повертається для подальшого культивування паралельно дну закріплено розподільчий вузол 2, Dunaliella salina, а зазначений магнетит подається виконаний у формі пластини з отворами, що задо екстрактора. безпечують утворення рівномірного псевдорозріВологий магнетит з адсорбованою біомасою дженого (киплячого) шару при поданні вхідної рідDunaliella salina надходить до екстрактора 8 і підкої фази у вигляді суспензії клітин Dunaliella salina. дається дії органічного розчинника, який не змішуВаріант використання в якості розподільчого ється з водою. Експериментально доведено, що вузла 2 дна адсорбера 1, виконаного з отворами, оптимальним екстрагентом для вибіркового екстз'єднаними з системою патрубків для подання вхірагування бета-каротину з Dunaliella salina є етидної рідкої фази, на Фіг. не наведений. лацетат. З одержаного етилацетатного екстракту Конструкція заявленої установки передбачає бета-каротину будь-яким відомим способом, напослідовне сполучення адсорбера 1, магнітного приклад упарюванням, видаляють екстрагент. сепаратора 7, екстрактора 8, пристрою 9 примусоОдержують 96-97% кристалічний бета-каротин. вого подання рідкої фази, десорбера 3, відстійника З екстрактора 8 магнетит з адсорбованою біо5, пристрою 10 примусового подання рідкої фази, масою, що не екстрагується, та залишками роздесорбера 4, відстійника 6, пристрою 11 примусочинника подається за допомогою пристрою 9 (навого подання рідкої фази та адсорбера 1 за допососу) до першого десорбера 3 за патрубком 17, могою системи патрубків 14-23, що забезпечує з'єднаним з нижньою (донною) частиною десорбебезперервне функціонування установки у режимі ра 3. Одночасно по вхідному штуцеру 25 у десорциркуляції. бер 3 подають ропу щільністю 1,2г/см3. В утвореВ якості пристроїв 9, 10,11 примусового поному псевдорозрідженому шарі сорбенту дання рідкої фази можуть бути використані готові відбувається розділ фаз ропи та розчинника. Денасоси з параметрами, що забезпечують ефективсорбції біомаси з магнетиту не відбувається внане функціонування установки. слідок високої щільності ропи. Відокремлений шар Адсорбер 1 установлений на ваговимірювальрозчинника 31 концентрується у верхній частині ній системі 12, з'єднаній за допомогою лінії звородесорбера 3 і декантується за зливним патрубком тного зв'язку 13, пристроєм 11 примусового по27 до екстрактора 8. дання рідкої фази з метою регулювання швидкості Звільнена від розчинника фаза магнетиту чеподання магнетиту до адсорбера 1 для забезперез патрубок 18 самопливом з десорбера 3 надхочення постійної кількості магнетиту в останньому дить до відстійника 5. Збільшення питомої ваги при функціонуванні установки. магнетиту після екстрагування бета-каротину обуАдсорбер 1 з магнітним сепаратором 7, десомовлює накопичення магнетиту у донній конічній рбер 3 з відстійником 5 та десорбер 4 з відстійничастині відстійника 5, з якої за допомогою приком 6 сполучені відповідно за допомогою патрубків строю 10 через патрубки 19, 20 він подається до 14, 18, 21, розташованих під таким кутом нахилу, десорбера 4. Одночасно штуцером 26 у десорбер який забезпечує подання рідкої фази з вмістом 4 подається прісна вода. В утвореному псевдоромагнетиту самопливом. зрідженому шарі сорбенту відбувається безпосеЗаявлена установка функціонує наступним чиредньо десорбція не екстрагованої біомаси і регеном. нерація сорбенту (магнетиту). Одержана рідка До адсорбера 1 через вхідний штуцер 24 пофаза з магнетитом через патрубок 21 з десорбера дається вхідна рідка фаза у вигляді суспензії у 4 подається самопливом до відстійника 6. ропі клітин мікроводорості Dunaliella salina. При Вільна від магнетиту відстояна рідка фаза достатньо високій концентрації Dunaliella salina у зливається з відстійника через патрубок 29. Вона ропі природних водоймищ або штучному культумістить багатий переважно білковий комплекс, ральному середовищі зазначені рідкі фази можуть який може бути використаний, наприклад, як корподаватися безпосередньо на вхід 24. Проте для мова домішка у тваринництві або іншим чином. економічно доцільного промислового виробництва Регенерований магнетит накопичується бета-каротину з мікроводоростей Dunaliella salina на дні відстійника 6, яке має конічну форму, і за бажано використовувати їх попередньо сконцентпатрубками 22, 23 за допомогою пристрою 11 поровану суспензію у ропі, одержану будь-яким з дається до адсорбера 1. відомих способів: відстоюванням, фільтрацією, Адсорбер 1 установлено на ваговимірювальцентрифугуванням, флотацією, флокуляцією тоній установці 12, яка за допомогою лінії зворотного що. Вхідна рідка фаза у адсорбері 1 проходить зв'язку 13 регулює швидкість подання регенеровачерез отвори розподільчого вузла 2 і утворює псеного магнетиту у вигляді рідкої (плинної) фази, вдорозріджений (киплячий) шар сорбенту (магнеавтоматично підтримуючи постійну кількість магтиту), який разом з ропою у формі рідкої (плинної) нетиту у адсорбері 1. фази через патрубок 23 подається у нижню частиЗазначений процес здійснюється за допомону адсорбера 1 над розподільчим вузлом 2. У псегою заявленої установки безперервно у циклічновдорозрідженому шарі магнетиту біомаса клітин му режимі. Dunaliella salina адсорбуєтьсяна поверхні часток В усіх ланках установки сорбент (магнетит) магнетиту, які внаслідок зниження питомої ваги являє собою рідку (плинну) фазу, яка легко трансконцентруються у верхній частині адсорбера 1 і портується з апарата до апарату. самопливом через патрубок 14 подаються до магКорисна модель ілюструється прикладом. нітного сепаратора 7. Навантажений адсорбоваПриклад 1 9 19488 10 Для одержання бета-каротину з ропи озера допомогою діафрагменного насосу Tapflo було Генічеське з концентрацією клітин Dunaliella salina подано до першого десорбера. Одночасно до ньо75тис. в 1мл, 150пг бета-каротину на клітину, було го подавали ропу щільністю 1,2г/см3 зі швидкістю зібрано установку за заявленою корисною моделпотоку 0,5л/хв. З верхньої фази першого десорбелю. ра втрати розчинника поверталися до екстрактора. Адсорбер, десорбери та відстійники було виУ другий десорбер подавали прісну воду зі швидготовлено з поліетиленових труб висотою 2м. Адкістю потоку 0,5л/хв. сорбер мав діаметр 315мм і був виготовлений з Установка стабільно працювала протягом 3 пласким дном. Діаметр десорберів та відстійників діб. Було зібрано біомасу Dunaliella salina з 108м3 складав 75мм, всі вони були виготовлені з конічропи. Після упарювання екстрагованого бетаним дном. Адсорбер був установлений на ваговикаротину було одержано 1кг кристалічного 96% мірювальній системі FLINTEC (Німеччина). Розпобета-каротину. При нестабільних погодних умовах дільчий вузол було закріплено у адсорбері на на озері (сильний вітер, невеликі опади), які впливідстані 3см від дна, а штуцер для подання регевають на концентрацію клітин Dunaliella salina у нерованого магнетиту - на відстані 10см. точці відбору ропи, а також приймаючи до уваги У процесі експлуатації установки ропу з озера похибку визначення концентрації клітин і вмісту в подавали в адсорбер зі швидкістю потоку 25л/хв. них бета-каротину, ефективність процесу була Зверху в адсорбер обережно засипали 70кг магнедосить високою і склала 83%. титу з розміром часток 100мкм. Після стабілізації Таким чином, заявлено нову установку з виропсевдорозрідженого (киплячого) шару його повербництва бета-каротину з мікроводоростей хня частина набула жовтогарячого кольору внаDunaliella salina, конструкція якої в цілому і окреслідок концентрації магнетиту з адсорбованими мих її елементів технологічна у виготовленні і доклітинами Dunaliella salina. пускає використання готових пристроїв, наприЗа показаннями ваговимірювальної системи клад, насосів, екстракторів, сепараторів, магнітів, протягом години було декантовано 15кг магнетиту. ваг, що спрощує процес виготовлення, зменшує Було визначено, що швидкість подання магнетиту вартість установки та забезпечує якість її роботи. в адсорбер з другого відстійника має складати Заявлена установка, функціонуючи у безпере250г/хв. рвному циклічному режимі, забезпечує безвідходМагнетит з адсорбованими клітинами ний екологічно чистий процес одержання високоDunaliella salina, декантований з адсорбера, було чистого кристалічного бета-каротину. Установка відділено від ропи за допомогою постійного магніпридатна для промислового виробництва бетату. Ропу повернули в озеро, а навантажений магкаротину з ропи природних солоних водоймищ з нетит було подано до екстрактора, з якого магнедостатньою концентрацією Dunaliella salma. тит з не екстрагованими компонентами біомаси за Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601