tel. +48 22 606 36 00 ibprs@ibprs.pl
  • English

Ochrona patentowa wynalazku pt. Sposób uruchomienia fermentacji octowej w warunkach przemysłowych

Tytuł projektu:

Ochrona patentowa wynalazku pt. Sposób uruchomienia fermentacji octowej w warunkach przemysłowych

Projekt realizowany przez Instytut Biotechnologii Przemysłu Rolno­Spożywczego ­ Zakład Mikrobiologii ­ jest współfinansowany przez Unię Europejską z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego, w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka 2007­2013.

Projekt jest klasyfikowany w osi priorytetowej 1. Badania i rozwój nowoczesnych technologii, w działaniu 1.3 Wsparcie projektów B+R na rzecz przedsiębiorców realizowanych przez jednostki naukowe oraz należy do poddziałania 1.3.2 Wsparcie ochrony własności przemysłowej tworzonej w jednostkach naukowych w wyniku prac B+R.

Okres realizacji projektu:21.04.2010 – 26.09.2015 Całkowity koszt projektu: 152 669,34 PLN, w tym dofinansowanie – 131 100,00 PLN Dziedzina nauki i techniki, której dotyczy projekt (według klasyfikacji OECD):

2.11.1 Nauki inżynieryjne i techniczne/Inne nauki inżynieryjne i technologie/Żywność i napoje;

2.9.2 ­ Nauki inżynieryjne i techniczne/Biotechnologia przemysłowa/Technologie bioprzetwarzania (procesy przemysłowe opierające się na czynnikach biologicznych stymulujących proces), biokataliza, fermentacja;

4.4.1 ­ Nauki rolnicze/Biotechnologia rolnicza/Biotechnologia rolnicza i biotechnologia żywności; Dyscyplina naukowa: technologia żywności i żywienia, biotechnologia

Specjalność naukowa: biotechnologia przemysłowa

Cel projektu

Celem projektu jest krajowa i międzynarodowa ochrona praw własności do wynalazku: „Sposób uruchomienia fermentacji octowej w warunkach przemysłowych”

Wykonanie projektu powinno ułatwić pozyskanie biznesowych partnerów dla wdrożenia innowacyjnej technologii w gospodarce.

Projekt przyczyni się do realizacji następujących szczegółowych celów PO IG (w tym priorytetu 1 i działania 1.3):

– zwiększenie roli nauki w gospodarce (poprzez wdrożenie przez przedsiębiorców wynalazku będącego wynikiem prac B+R prowadzonych w IBPRS, ­ zwiększenia innowacyjności przedsiębiorstw, ­ wzrostu konkurencyjności polskiej nauki w dziedzinie ”Żywność prozdrowotna”, ­ wzbogacenie krajowego i światowego rynku żywności o nowe, rozpoznawalne produkty żywnościowe o szczególnej wartości odżywczej i prozdrowotnej, ­ zwiększenie konkurencyjności polskiego przemysłu spożywczego, ­ stymulowanie postępu w rolnictwie prowadzącego do efektywniejszego wykorzystania rodzimych surowców, szczególnie tych, które stanowią specjalność polskiego rolnictwa poprzez optymalizacje procesu produkcji oraz innowacyjny proces przetwarzania.

Cele szczegółowe projektu:

– zgłoszenie wynalazku pt. „Sposób uruchamiania fermentacji octowej w warunkach przemysłowych” do opatentowania w UP RP, – międzynarodowe zgłoszenie patentowe wynalazku w trybie PCT do EPO, – zgłoszenie patentowe w wybranych krajach Europy oraz USA, – promocja wynalazku, – współpraca z krajowymi przedsiębiorstwami zainteresowanymi zastosowaniem wynalazku.

Planowane do osiągnięcia cele jakościowe: zastosowanie innowacyjnej technologii w krajowej gospodarce, umożliwiające łatwiejsze wprowadzenie urozmaiconego asortymentu żywności prozdrowotnej wpływ na poprawę zdrowotności społeczeństwa.

Opis projektu

Ocet jest produktem otrzymywanym w wyniku fermentacji surowców zawierających etanol pozyskany z różnorodnych surowców pochodzenia rolniczego. Alkohol etylowy jest biokatalizowany przez odpowiednie szczepy bakterii z rodzaju Acetobacter do kwasu octowego.

Fermentacja octowa może być prowadzona w zbiornikach z wypełnieniem ­ drobnoustroje wzrastają na powierzchni wypełnienia (nośnika) bądź w fermentorach wgłębnych – drobnoustroje są zawieszone w cieczy. Metoda wgłębna pozwala na wytwarzanie octu z większą produktywnością i na większą skalę. W metodzie wgłębnej, po to aby uzyskać oczekiwaną wysoką produktywność należy stosować wyselekcjonowane szczepy bakterii. Uruchamiany fermentor przemysłowy o objętości roboczej od kilku o kilkudziesięciu m3 szczepi się kulturą bakterii pochodzącą z fermentora pilotowego o objętości kilku litrów. Po pewnym czasie od rozpoczęcia szczepienia liczba bakterii w fermentorze przemysłowym wzrasta (bakterie namnażają się) i staje się wystarczająca, aby prowadzić fermentację metodą powtarzalno­okresową (periodyczną) bądź ciągłą.

Patentowana metoda uruchamiania fermentacji, szczególnie fermentacji ciągłej, umożliwia skrócenie czasu namnażania bakterii i dodatkowo ze względu na elastyczność „parametrów” technologicznych jest mniej czuła na błędy obsługi. Ponadto, ze względu na to, że fermentacja octowa jest procesem bezwzględnie tlenowym i brak tlenu w trakcie procesu nawet przez kilkadziesiąt sekund może prowadzić do zniszczenia większości bakterii w fermentorze, zastosowanie w przypadkach awaryjnych metody uruchamiania fermentacji, czyli ponownego szczepienia kulturą bakterii, pozwala skrócić okres bezproduktywnej pracy aparatury.

Dodatkowo proponowana metoda uruchamiania fermentacji pozwala na w miarę szybką zmianę produkowanego asortymentu octu i uzyskiwanie jednorodnego produktu, bez produktu „mieszanego” (np. zmiana surowca przy produkcji z octu winnego na ocet spirytusowy, bez względu na zastosowaną metodę prowadzenia fermentacji, wiąże się z uzyskaniem produktu który jest mieszaniną octu winnego i spirytusowego), a co za tym idzie eliminuje kłopoty z wykorzystaniem bądź sprzedażą produktu nie spełniającego wymogów normy PN­EN 13188:2002/AC:2003 Ocet

Produkt otrzymany z surowców pochodzenia rolniczego Definicje, wymagania, znakowanie.

Przedmiot ochrony patentowej

Przedmiotem ochrony patentowej jest

  1. Sposób uruchomienia fermentacji octowej w fermentorze produkcyjnym przy wykorzystaniu kultury starterowej hodowanej w fermentorze pilotowym, stanowiącej 1­3% objętości roboczej fermentora produkcyjnego, znamienny tym, że fermentor produkcyjny jest szczepiony w sposób ciągły bakteriami kwasu octowego hodowanymi w fermentorze pilotowym, przy czym stężenie alkoholu w cieczy opuszczającej fermentor pilotowy wynosi od 0,3 do 3% objętościowych, a stężenie kwasu octowego wynosi od 3 do 7 g/100 ml.
  2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stopień napowietrzenia cieczy w fermentorze pilotowym wynosi 30 ÷ 80%.

Problemem w stanie techniki jest brak elastycznego procesu prowadzenia fermentacji octowej. W dotychczasowych technologiach, proces produkcji octu wymaga stałego monitorowania przebiegu fermentacji w fermentorze pilotowym podczas szczepienia fermentora produkcyjnego w celu zachowania właściwych warunków i niedopuszczenia do spadku wydajności prowadzonego procesu. Przykładowo w metodzie powtarzalno­okresowej przekroczenie zalecanych stężeń alkoholu powoduje obniżenie aktywności komórek bakterii, a nawet ich zamieranie. Ponadto konieczne jest powtarzanie procesu inokulacji, co nie pozwala na prowadzenie ciągłej produkcji i znacząco wydłuża czas uruchamiania fermentora produkcyjnego i tym samym otrzymania gotowego produktu.

Szczegóły:

Wynalazek dotyczy sposobu uruchomienia fermentacji octowej w fermentorze produkcyjnym o objętości kilka metrów sześciennych lub więcej przy wykorzystaniu kultury starterowej hodowanej w fermentorze pilotowym o objętości roboczej kilku ­ kilkudziesięciu litrów (od 2 do 25 l), stanowiącej około 1 – 3 % objętości roboczej fermentora przemysłowego. Zgodnie ze sposobem w fermentorze pilotowym prowadzona jest fermentacja metodą ciągłą ­ ciecz wypływająca z fermentora pilotowego bezpośrednio wpływa do fermentora produkcyjnego, szczepiąc zawartość fermentora produkcyjnego. Po kilkudziesięciu godzinach, prowadzenia procesu inokulacji w fermentorze produkcyjnym obserwowane są zmiany stężeń alkoholu (obniża się) oraz kwasu octowego (jest coraz wyższe), co świadczy o rozpoczęciu się fermentacji octowej. W tym momencie można zakończyć proces innokulacji. Po rozpoczęciu fermentacji w fermentorze produkcyjnym należy dolać do fermentora brzeczkę produkcyjną. Można odczekać do odfermentowania alkoholu do zaplanowanego stężenia, albo od razu rozpocząć dolewanie brzeczki. Brzeczkę można dolewać ciągle, ze stałą albo zmienną szybkością przepływu, albo w jednej albo w kilku porcjach. Po pewnym czasie od rozpoczęcia szczepienia liczba bakterii w fermentorze przemysłowym w wyniku namnażania się wzrasta i staje się wystarczająca, aby prowadzić fermentację metodą powtarzalno­okresową (periodyczną) bądź ciągłą. Po rozpoczęciu fermentacji można również podwyższać sumaryczne stężenie fermentującej cieczy poprzez dodawanie brzeczki o coraz wyższym stężeniu sumarycznym i uzyskać ocet o wyższej mocy (stężeniu kwasu octowego nawet do 12,5 – 13 g/100 ml).

Metodę stosuje się w procesie otrzymania octu cydrowego, ale może być ona wykorzystywana do uruchamiania fermentacji przy użyciu dowolnego surowca.

W fermentorze pilotowym, gdzie prowadzona jest fermentacja metodą ciągłą sumaryczne stężenie cieczy w fermentorze obejmujące stężenie kwasu octowego i stężenie alkoholu etylowego oraz brzeczki zasilającej fermentor może wynosić od kilku do 10%. W fermentorze pilotowym alkohol etylowy nie jest odfermentowywany całkowicie, co oznacza że jego stężenie w cieczy wypływającej z fermentora wynosi 0,3÷3 % obj.

W fermentorze produkcyjnym przygotowana jest brzeczka, która ma objętość przystosowaną do warunków technicznych (np. poziom umożliwiający zakrycie turbiny mieszadła, poziom umożliwiający odpowiednie napowietrzanie – zassanie powietrza, poziom umożliwiający wymianę ciepła między fermentującą cieczą i chłodnicą („wężownicą”) – podgrzanie i albo chłodzenie cieczy). Jest to objętość zazwyczaj kilka m3 roboczej fermentora. Sumaryczne stężenie brzeczki wynosi 4÷10 %. Brzeczka jest podgrzewana do temperatury, w której prowadzona jest fermentacja (25 ÷ 35°C), w zależności od stężenia sumarycznego cieczy w fermentorze. Brzeczka poddana jest stałemu mieszaniu i napowietrzaniu. Brzeczki stosowane do fermentorów pilotowego i produkcyjnego mogą mieć różne stężenia sumaryczne i skład. Stosowana brzeczka, zarówno ta używana do zasilania fermentora pilotowego jak i produkcyjnego może zawierać alkohol etylowy pochodzący z dowolnego surowca (wina) lub ze spirytusu rektyfikowanego, oprócz alkoholu może zawierać kwas octowy otrzymany w wyniku fermentacji. Sumaryczne stężenie dozowanej brzeczki może wynosić od 4,0 do 10 % w przypadku prowadzenia fermentacji metodą ciągłą, oraz od 6,0 do 13,5 % w przypadku uruchamiana fermentora produkcyjnego, z zamiarem prowadzenia po uruchomieniu fermentacji metodą powtarzalno­okresową. Proporcje między alkoholem etylowym i kwasem octowym zawartymi w brzeczce wynoszą od 10:1 do 5:1,5. Brzeczka, w zależności od pochodzenia i składu surowca stosowanego do jej otrzymania może być wzbogacona odpowiednim dodatkiem składników, które są źródłem węgla i azotu, dodatkiem składników mineralnych, oraz biostymulatorów, jeśli są one nieobecne lub występują w niewystarczającej ilości w zastosowanym surowcu.

Szybkość rozcieńczania stosowana w fermentorze pilotowym musi być dobrana tak, żeby nie powodować wymywania bakterii z fermentora. Szybkość rozcieńczania zależy od sumarycznego stężenia cieczy w fermentorze, sumarycznego stężenia dozowanej brzeczki, składu brzeczki, temperatury prowadzenia fermentacji, szybkości napowietrzania.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest skrócenie procedury uruchamiania fermentora produkcyjnego w porównaniu ze znanymi metodami oraz brak konieczności ciągłego monitorowania przebiegu fermentacji w fermentorze pilotowym podczas szczepienia fermentora przemysłowego. Po ustaleniu warunków pracy fermentora pilotowego proces innokulacji fermentora produkcyjnego można prowadzić ciągle i dowolnie długo przy zachowaniu stałego dopływu brzeczki zasilającej do fermentora pilotowego, zachowaniu odpowiedniego napowietrzania oraz temperatury. Proces realizowany zgodnie z ideą wynalazku jest elastyczny, pozwala bowiem na optymalizację korzystnych zakresów stężeń alkoholu etylowego w cieczy opuszczającej fermentor pilotowy (0,3­3%) ze względu na produktywność biomasy. Zastosowanie zbyt niskiej szybkości rozcieńczania nawet przez kilka do kilkudziesięciu godzin nie powoduje zamierania mikroorganizmów. Natomiast zastosowanie zbyt wysokiej szybkości rozcieńczania nie od razu spowoduje wypłukanie drobnoustrojów z fermentora pilotowego. Kolejno, nie trzeba powtarzać procedury szczepienia, innokulacja może być prowadzona stale, nie grozi nadmierne odfermentowanie.

Harmonogram realizacji projektu

Zadanie 1 Postępowanie przed Urzędem Patentowym RP

Okres realizacji: III kwartał 2010 ­ III kwartał 2015

Zadanie 2 Postępowanie międzynarodowe w trybie PCT

Okres realizacji: III kwartał 2010 ­ III kwartał 2015

Zadanie 3 Postępowanie przed Urzędem Patentowym USA

Okres realizacji: I kwartał 2011 ­ III kwartał 2015

Zadanie 4 Promocja projektu

Okres realizacji: II kwartał 2011 ­ III kwartał 2015

Przebieg realizacji projektu

2010-04-21 – Podpisanie Umowy nr UDA-POIG.01.03.02-00-010/09, z Ośrodkiem Przetwarzania

Informacji jako Instytucją Wdrażającą, o dofinansowanie projektu pt. „Ochrona patentowa wynalazku pt. Sposób uruchomienia fermentacji octowej w warunkach przemysłowych”.

2011-06-16 – podpisanie umowy między IBPRS a Kancelarią „WTS Rzecznicy Patentowi – WITEK, Śnieżko i Partnerzy” dotyczącej obsługi zgłoszenia wynalazku.

2012-03-30 – zgłoszenie wynalazku pt. „Sposób uruchomienia fermentacji octowej w warunkach przemysłowych” w Urzędzie Patentowym RP, pod numerem P. 398 670.

2013-03-28 – zgłoszenie międzynarodowe PCT wynalazku pt.: „A method of initiating acetic fermentation under industrial conditions” w Europejskim Biurze Patentowym pod numerem, PCT/EP2013/056793.

2013-07-19 – raport wstępny z międzynarodowego badania zdolności patentowej przygotowany przez Międzynarodowy Organ Poszukiwań.

2013-10-13 – opublikowanie międzynarodowego zgłoszenia patentowego wynalazku pt. „A method of initiating acetic fermentation under industrial conditions” pod numerem WO 2013/144327.

2014-09-26 – złożenie zgłoszenia patentowego w Urzędzie Patentowym w Stanach Zjednoczonych pod nr 14/388,472.

2014-11-11 – wezwanie Eksperta z EPO do korekty zastrzeżeń.

2015-03-17 – złożenie odpowiedzi na zawiadomienie Eksperta z Europejskiego Urzędu Patentowego – korekta zastrzeżeń.

2015-04-23 – publikacja treści zgłoszenia patentowego, pod pod numerem US-2015-0111267-A1.

2015-06-29 – złożenie w UP RP nowej redakcji zastrzeżeń patentowych.

Linki

PORTAL FUNDUSZY EUROPEJSKICH ­ Program Innowacyjna Gospodarka

INSTYTUCJA ZARZĄDZAJĄCA PO IG: Ministerstwo Rozwoju Regionalnego

INSTYTUCJA POŚREDNICZĄCA PO IG: Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego

INSTYTUCJA WDRAŻAJĄCA: Ośrodek Przetwarzania Informacji

Instytut Biotechnologii Przemysłu Rolno-Spożywczego im. prof. Wacława Dąbrowskiego

Zakład Mikrobiogii
Warszawa, ul. Rakowiecka 36

Kierownik Zakładu:

Anna Misiewicz

Tel. 22-606-36-74
e-mail: anna.misiewicz@ibprs.pl

Kierownik projektu:

Anna Misiewicz