ПРОМЫШЛЕННЫЙ БИОРЕАКТОР: ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛКА ИЗ МЕТАНА

INDUSTRIAL BIOREACTOR: TECHNOLOGY FOR PRODUCING PROTEIN FROM METHANE

Perunova Anastasia Dmitrievna

Student, Department of Geology, Oil and Gas Business, Sakhalin State University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

Denisova Yanina Vyacheslavovna

Scientific supervisor, Candidate of Biological Sciences, Associate Professor, Sakhalin State University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

АННОТАЦИЯ

В условиях растущего дефицита традиционных источников белка и необходимости обеспечения продовольственной безопасности, технология получения микробного белка из природного газа становится одной из самых перспективных отраслей биоэкономики. Речь идет о продукте под названием гаприн – высококонцентрированной кормовой добавке, производимой с помощью метанотрофных бактерий в промышленных биореакторах.

ABSTRACT

Amid the growing shortage of traditional protein sources and the need to ensure food security, the technology for producing microbial protein from natural gas is emerging as one of the most promising sectors of the bioeconomy. The product in question is Gaprin – a highly concentrated feed additive produced using methanotrophic bacteria in industrial bioreactors.

Ключевые слова: гаприн; биореактор; белок; метан; биоэкономика.

Keywords: gaprin; bioreactor; protein; methane; bioeconomy.

Гаприн – это биомасса бактерий, выращенных на метане, которую высушивают до состояния порошка или гранул. Этот белковый концентрат содержит до 70–75% чистого белка, что значительно превосходит показатели рыбной муки (до 65%) и соевого шрота (до 43%). По своему аминокислотному составу гаприн максимально приближен к животным белкам и богат витаминами группы B, что делает его идеальным компонентом для кормов в животноводстве и аквакультуре.

Рисунок 1. Процентный состав гаприна [1]

Ключевое преимущество технологии – скорость. Если на выращивание сои или рыбы уходят месяцы, то биомасса метанотрофных бактерий удваивается каждые 4 часа. Кроме того, производство позволяет утилизировать попутный нефтяной газ, который часто сжигается на факелах, превращая его в ценный ресурс.

Получение гаприна – сложный биотехнологический процесс, центральное место в котором занимает промышленный биореактор (ферментер). Основная инженерная задача заключается в обеспечении жизнедеятельности аэробных бактерий, которым для роста необходимы одновременно метан и кислород.

Проблема в том, что метан – гидрофобный газ, плохо растворимый в воде. Поэтому классические ферментеры неэффективны. Современные промышленные реакторы решают эту задачу за счет интенсивного перемешивания и создания мелкодисперсной газожидкостной смеси. Это позволяет бактериям получать питание и не образовывать взрывоопасные крупные пузыри газа.

Процесс в биореакторе требует строгого контроля. Ключевая инженерная задача - обеспечить эффективный массообмен, то есть растворить гидрофобный газ метан в водной среде для питания бактерий. Классические ферментеры для этой задачи подходят плохо, поэтому используются специальные реакторы с интенсивным перемешиванием, которые обеспечивают высокую степень абсорбции газа.

Технологический цикл включает:

1. Ферментация: непрерывное культивирование бактерий в биореакторе при строгом контроле температуры (около 42°C), pH и концентрации питательных веществ.
2. Сепарация и инактивация: отделение биомассы от жидкой среды и ее термическая обработка.
3. Сушка: получение готового продукта в виде порошка или гранул.

Интерес к технологии возник еще в 1960-х годах, а в СССР в 1980-х были созданы опытные производства, но позже закрытые. Сегодня в России технологию возрождают.

Важным шагом стало введение с 1 апреля 2024 года ГОСТ Р 71301 [1], стандартизирующего требования к кормовой добавке на основе метанокисляющих бактерий. Это создало нормативную базу для новой отрасли.

Одним из ключевых проектов стал запуск в мае 2025 года опытно-промышленной установки компании «Татнефть» в Альметьевске мощностью 1000 тонн в год. В ближайшей перспективе планируется масштабирование до 30 000 тонн в год. Проект использует попутный газ и штамм бактерий Methylococcus capsulatus. На рынке также работают компании «Гипробиосинтез», «Протелюкс» (Ивангород) и «Биопрактика». Ученые АГТУ уже проводят успешные испытания гаприна в кормах для осетровых и карповых рыб [3].

Получение белка из метана в промышленных биореакторах позволяет создавать корма с предсказуемым и стабильным составом, независимым от погоды или сезона, и снижать зависимость от импортной рыбной муки. Российские разработки в этой области не только решают проблему импортозамещения в кормовой базе, но и предлагают экологичный способ утилизации попутного нефтяного газа, превращая его в ценный белковый ресурс.

Также, стоит отметить, что Сахалинская область рассматривается как одна из площадок для создания промышленного производства гаприна в РФ. Проект утверждён губернатором области. На острове достаточно природного газа для переработки в данном направлении.

Список литературы:

1. ГОСТ Р 71301 – 2024 Биотехнология. Добавка белковая кормовая на основе метанокисляющих бактерий (гаприн). Введ. 01.04.2024 – Москва: ФГБУ «Институт стандартизации», 2024. – 12 с.
2. Луканин А.В. Производство белково-витаминной добавки (гаприн) на основе свалочных газов полигонов ТКО / А. В. Луканин, М. Д. Харламова, А. А. Левин, С. А. Левин // Экология и промышленность России. – 2023. – Т. 27, № 3. – С. 4-11.
3. https://astu.org/Content/Article/40989?utm_source=google.com&utm_medium=organic&utm_campaign=google.com&utm_referrer=google.com.
4. Ксенофонтов Б.С. Утилизация метансодержащего газа путем использования биотехнологий: монография / Б. С. Ксенофонтов; Тверской государственный университет. – Москва: Изд-во Твер. гос. ун-та, 2022. – 107 с.