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.
    6405
  • 23/04/2021

    Академпарк новосибирского научного центра представил новые технологии сити-фермерства

     Технологии сити-фермерства – выращивания в условиях искусственного микроклимата в вертикальных фермах овощных культур и клубники, а также микрозелени и съедобных цветов, 23 апреля в ходе пресс-тура в Академпарк Новосибирского научного центра (ННЦ) представлены заместителю Губернатора Новосибирской области Ирине Мануйловой и представителям СМИ региона.
    1040
  • 15/12/2020

    Циклодроны и циклокары — будущая основа российской аэромобильности

    ​Как скоро тяжелый монотонный труд сельского работника на ниве станет только фитнесом и будет продолжаться по желанию? Какова бюрократическая ситуация вокруг инициативы заменить рутинную работу на программу для робота? Наконец, кто на всем этом будет летать?  Интервью с руководителем проектной группы физико-технического направления Фонда перспективных исследований Яном Чибисовым.
    1038
  • 20/02/2021

    Биотехнологический лицей №21 в Кольцово выиграл конкурс Минобрнауки РФ

    ​Кольцовский проект по созданию агробиоинженерного парка на базе биотехнологического лицея №21 победил в конкурсе Министерства науки и высшего образования Российской Федерации. Защита проходила 17 февраля в Москве.
    841
  • 22/03/2021

    380 молодежных лабораторий открылись в вузах и научных организациях с 2018 года

    ​380 молодежных лабораторий открылись на базе научных организаций и вузов, подведомственных Минобрнауки России, с декабря 2018 года. Из них 82 лаборатории заработали в минувшем году именно на базе университетов.
    855
  • 30/11/2020

    Бурятские ученые запатентовали способ повысить урожай зерна

    ​Ученые БГСХА улучшили процесс посева зерновых культур в условиях Бурятии, который позволит добиться повышения урожайности. Равномерное распределение семян на сельскохозяйственных землях и их оптимальное размещение по площади питания будет способствовать появлению более дружных всходов.
    751
  • 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.
    1390
  • 27/08/2021

    Биогумус из опилок поможет лесовосстановлению в Приангарье

    Отходы лесопиления - проблема из проблем. Их много, а сжигать или отправлять на свалку - вредно для экологии. Национальная ассоциация лесопромышленников «Русский лес» из отходов производства изготавливает паллеты и брикеты, часть щепы также отправляется на котельные Усть-Кута.
    916
  • 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.
    782
  • 18/03/2021

    Финалисты «Больших Вызовов»

    С 13 по 18 марта 2021 года Региональный центр «Альтаир» на базе центра детского и семейного отдыха им. О. Кошевого провел финал регионального трека Всероссийского конкурса научно-технологических проектов «Большие вызовы».
    338