Российский научно-производственный коллектив, в составе которого сотрудники УрФУ, возродил технологию выращивания метанотрофных бактерий (гаприн), которую развивали в Советском Союзе. По этой технологии из бактерий получают высокок​онцентрированные белковые корма (биопротеин) для сельскохозяйственных животных и рыб.  

«Первые проекты по производству биопротеина запускали еще в 1970-80-е годы в СССР, Европе, США. На Западе разработки продолжили, а в России в 1994 году исследования и производство прекратились. Сейчас технологию возрождают, — рассказывает директор по науке консорциума „Биопротеин“, научный сотрудник лаборатории многомасштабного математического моделирования УрФУ Ирина Низовцева. — Нам удалось собрать данные, проверить эффективность решений, разработанных тогда немецкими и советскими учеными, подобрать наиболее оптимальные варианты работы установки и повысить безопасность биореактора». 

Математики УрФУ проводили расчеты для биореактора эжекторного типа. С помощью математических моделей и суперкомпьютеров они спрогнозировали поведение среды в реакторе.  

«Перед нами стояла задача подобрать режим работы смесителя, определить оптимальные режимы, соотношения газ/жидкость так, чтобы обеспечить максимально эффективное смешивание воды, газа, солей. К примеру, чтобы не было крупных метановых пузырей, соответственно, вероятности взрыва. И это вопрос не только экономической эффективности, безопасности работы реактора, но и жизнедеятельности бактерий, чтобы они не болели и правильно размножались», — поясняет младший научный сотрудник лаборатории многомасштабного математического моделирования УрФУ Илья Стародумов

Суть технологии в том, что бактерии питаются растворенными в воде метаном, кислородом, солями, размножаются, формируется биомасса. Затем биомассу сушат и добавляют в корма в виде гранул. Одна из главных проблем — перевести метан из газового в жидкое состояние и дать бактериям его съесть. Метан — гидрофобный газ, и растворить его в воде непросто. Классические ферментеры не справляются с этой задачей. Нужны специальные реакторы. Все технологические отличия, которые существуют сегодня между разработчиками, связаны с дизайном биореактора и технологией выращивания в нем бактерий. Характеристики, при которых метан и кислород из газовой фазы переходят в жидкую, конструкция биореактора и настройка технологического процесса определяют эффективность и энергоемкость процесса, следовательно, влияют на стоимость готового продукта, его востребованность и конкурентоспособность на рынке.  

«Сложность выращивания бактерий в том, что надо одновременно растворять для питания бактерий метан и кислород, а выводить — углекислый газ. Так как бактерии живые, важно поддерживать одинаковый температурный режим — примерно 42 градуса — во всем реакторе. И все это нельзя просто взять и масштабировать. В промышленных крупнотоннажных установках процесс происходит иначе, чем в лабораторных. Множество факторов необходимо просчитывать и измерять не в реальных условиях — это дорого, долго и опасно, а с помощью моделирования. Этим мы и занимаемся», — поясняет Илья Стародумов. ​

Кроме того, ученые ведут работы по настройке управления биореактором при помощи нейросетей. Обученные алгоритмы должны непрерывно рассчитывать и прогнозировать гидродинамику процесса, вычислять параметры безопасности (микробиологические и физические). Это позволяет минимизировать человеческий фактор, обеспечить взрыво- и пожаробезопасность, снизить энергозатраты на растворение кислорода и метана. Над улучшением технологии работают не только математики УрФУ, но и генетики, микробиологи, физики, технологи других научно-исследовательских центров.  

«На первом этапе мы провели работы совместно с ФИЦ Биотехнологии РАН, Институтом теплофизики СО РАН, компанией „Тесис“. Решили вопрос по масштабированию, проверили, что технология работает, работали под оптимизацией процесса перемешивания. Сейчас перед нами стоит задача — сформировать предложения по модернизации технологических решений», — поясняет Ирина Низовцева. 

Справка 

Метанотрофные бактерии впервые обнаружены в почве в 1905 году. Проживают в подледных озерах Антарктиды, в осадочных отложениях морей, озер, прудов, в «грязевых вулканах», в тектонически активных зонах Байкала, «питаются» метаном. В биомассе из метанотрофных бактерий содержится порядка 70–75% белка; по составу аминокислот (содержит лизин, метионин, цистин, триптофан, аргинин, тиамин, рибофлавин) он близок к молочному, легко усваивается. В будущем метанотрофные бактерии могут стать качественной протеиновой добавкой к еде не только для сельскохозяйственных животных и рыб, но и для людей. Сегодня в корм для животных и рыбы добавляют преимущественно белок из сои и рыбной муки.

Уральский федеральный университет (УрФУ) — один из ведущих вузов России со столетней историей. Расположен в Екатеринбурге — столице Всемирных летних студенческих игр 2023 года. В Год науки и технологий примет участие в конкурсе по программе «Приоритет–2030». Вуз выполняет функции проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (НОЦ).  

Фото: Анастасия Фарафонтова.

Источник: ​www.urfu.ru

Похожие новости

  • 30/12/2020

    Топ-30 разработок сибирских ученых в 2020 году

    ​На портале «Новости сибирской науки» можно познакомиться с инновациями и последними достижениями сибирских ученых. Сегодня мы предлагаем вашему вниманию Топ-30 сообщений о наиболее значимых и интересных научных разработках 2020 года, размещенных на нашем сайте.
    6532
  • 17/02/2021

    Авторы учебного пособия «Экометрия: концептуальные положения и алгоритмы решения экологических задач» стали лауреатами государственной премии Бурятии

    ​8 февраля Глава Бурятии Алексей Цыденов наградил представителей науки и образования. Профессор Бурятской ГСХА Анатолий Куликов стал лауреатом государственной премии в области образования за участие в разработке учебного пособия «Экометрия: концептуальные положения и алгоритмы решения экологических задач».
    493
  • 11/12/2020

    Молодые ученые Иркутска предлагают свои разработки для внедрения в различные сферы от космоса до нефтепереработки

    ​За достижения в области науки и техники 22 иркутянам вручили стипендии мэра. С интересными, а главное, полезными для города исследованиями на конкурс заявились студенты, аспиранты и молодые ученые из ИГУ, ИрНИТУ, ИрГУПС, БГУ, Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН.
    721
  • 16/06/2021

    Биологи с помощью гормона сна защищают растения от загрязнений

    ​Учёные Биологического института ТГУ тестируют возможности гормона сна – мелатонина – для защиты сельскохозяйственных культур от различных повреждающих факторов: холода, засухи, засоления, биопатогенов и других.
    837
  • 26/05/2021

    Эксперт считает необходимым распространить опыт развития сити-ферм на Арктику

    ​​Опыт создания и развития сити-фермерства необходимо использовать и распространять в регионах Арктической зоны РФ. Такое мнение высказал координатор Экспертного совета Проектного офиса развития Арктики (ПОРА), доцент кафедры государственного управления и публичной политики института общественных наук РАНХиГС Александр Воротников.
    981
  • 15/12/2020

    Химики превратили отходы из пластиковых бутылок в сорбент для инсектицидов

    ​​Ученые Томского политехнического университета предложили способ создания сорбента для удаления из воды инсектицида имидаклоприда. Сорбент относится к классу перспективных материалов — металлорганических каркасов.
    704
  • 31/08/2021

    Алтайские ученые разработали и запатентовали способ повышения урожайности яровой пшеницы

    ​Препарат и способ его применения, обеспечивающий прибавку урожайности яровой пшеницы, разработали ученые аграрного и опорного классического университетов, методом химического модифицирования отходов переработки продукции растениеводства — цветковых плёнок овса.
    391
  • 10/03/2021

    Учёные СФУ продолжают исследование урожайности зерновых в Хакасии методами дендрохронологии

     Международный коллектив учёных из России и Индии изучил историю урожайности основных зерновых культур, выращиваемых в Южной Сибири, с помощью методов дендрохронологии — науки, позволяющей реконструировать климатические изменения прошлых лет по древесным кольцам.
    492
  • 19/11/2020

    Проект ученого СВФУ получил поддержку РФФИ и академии наук и технологий Вьетнама

    ​На три миллиона рублей будет профинансирован научно-исследовательский проект доцента Института математики и информатики Северо-Восточного федерального университета Александра Григорьева. Ученый одержал победу в совместном конкурсе Российского фонда фундаментальных исследований и Вьетнамской академии наук и технологий «Вьета_а».
    978
  • 15/06/2021

    Эксперты iFarm: «Нас приятно удивил уровень студенческих проектов на Urban Greenhouse Challenge в ТПУ»

    Сотрудники компании iFarm, лауреата премии The Europas Awards 2020 в номинации «Лучший агрофуд-стартап», оценили проекты команд-финалистов международного конкурса Urban Greenhouse Challenge: Reforest в ТПУ.
    1465