CH508721A

CH508721A - Verfahren zur Leistungssteigerung bei der kontinuierlichen Züchtung von Hefe

Info

Publication number: CH508721A
Application number: CH1311968A
Authority: CH
Inventors: Nat Fiechter Armin Dr Sc
Original assignee: Mueller Hans
Priority date: 1968-08-30
Filing date: 1968-08-30
Publication date: 1971-06-15

Description

Verfahren zur Leistungssteigerung bei der kontinuierlichen Züchtung von Hefe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steigerung der Leistung bei der Herstellung von Hefe aus zuckerhaltigen Nährlösungen. Die spezifische Leistung einer gegebenen Züchtungsvorrichtung, d. h. die Produktion an Biomasse (Hefetrockensubstanz) pro Volumeneinheit eingefüllter Nährlösung in der Zeit wird bei der kontinuierlichen Züchtung als sog. Produktivität (DX) ausgedrückt.

Im Ausdruck (DX) bedeuten D = Verdünnungsrate = F - Zufluss
V arbeitendes Volumen (h1) und
X = Biomasse (Trockensubstanz) (g/l).

Aus der Theorie der kontinuierlichen Züchtung lässt sich ferner entnehmen, dass D = ,u (,1 = spezifische Wachstumsrate) entspricht. Die Produktivität einer gegebenen Züchtungsvorrichtung lässt sich also aus der Hefekonzentration und der spezifischen Wachstumsrate jederzeit bestimmen. Die bei der kontinuierlichen Züchtung sich einstellende Hefekonzentration ist um so grösser, je konzentrierter die verwendete Nährlösung ist, während die spezifische Wachstumsrate vor allem von der geeigneten Zusammensetzung der Nährlösung abhängt. Bei Hefer wirken neben einzelnen Vitaminen vor allem auch gewissf Aminosäuren wie Glutaminsäure oder Asparagin beschleunigend auf das Wachstum (z. B. Osterreichisches Pa tent A 10 357/66, und andere Länder). Ausserdem ist seit langem bekannt, dass für die Umwandlung von Zucker in Hefe Sauerstoff notwendig ist.

Bei ungenügender Sauerstoffversorgung wird auf Kosten der Hefesubstanz Alkohol oder Aldehyd gebildet. Die eingangs erwähnte Leistungssteigerung durch Verwendung von hochkonzentrier ten Nährlösungen ist also nur möglich, wenn gleichzeitig die Sauerstoffversorgung in entsprechendem Ausmass erhöht werden kann. Züchtungsvorrichtungen, die pro Zeiteinheit nur geringe Mengen Sauerstoff von der Gasphase in Lösung zu bringen vermögen, sind daher für die Verwendung höher konzentrierter Nährlösungen ungeeignet.

Eine Möglichkeit zur Leistungssteigerung bietet sich in diesem Falle nur durch den Zusatz von wachstumsbeschleunigenden Substanzen an (vgl. oben zitiertes Patent).

Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass diese Aminosäuren teuer und in der Auswahl kritisch sind.

Um den Zusatz teurer wachstumsfördernder Substanzen zu umgehen, dosierte man bei den bisher üblichen Verfahren die Zuckerzugabe derart, dass in den Nährlösungen keine unerwünschte Anreicherung von Alkohol bzw. Aldehyd entstand. Bei den dabei verwendeten Züchtungsvorrichtungen war die Produktion an Biomasse verhältnismässig gering und betrug höchstens einige Gramm Trockensubstanz pro Liter und Stunde. Die Steigerung der Produktivität durch Erhöhung der Zuckerzugabe war ohne Ausbeuteverluste nicht möglich.

Dem vorliegenden Patent liegt die Beobachtung zugrunde, dass sich bei Hefe die Umsatzrate des oxydativen Teils der Kohlehydratumwandlung durch Verbesserung der Sauerstoffversorgung stark erhöhen lässt. Diese Eigenschaft der Hefezellen ist bis jetzt nur ungenügend ausgenützt worden und Umsatzraten von weniger als 1 Millimol Glucose pro Gramm Biomasse (als Trockensubstanz) und Stunde werden normalerweise in Kauf genommen. Je nach Hefestamm und O2-Versorgung lassen sich aber Umsatzraten erreichen, die das 5- bis 10fach dieser Menge betragen. Dadurch wird es möglich, bedeutend grössere Mengen Zucker pro Zeiteinheit gärungsfrei umzusetzen.

Die vorliegende Erfindung lehrt ein Verfahren, die Produktion an Biomasse auch bei höherer Zuckerzugabe zu steigern, ohne dass wachstumsbeschleunigende Substanzen zugesetzt werden müssen. Das Verfahren besteht darin, dass durch Sauerstoff-Versorgung im Überschuss die Umsatzrate des oxydativen Teils der Kohlehydratumwandlung gesteigert wird, indem der Sauerstoff in feinster Verteilung in einer die Aufnahmefähigkeit der Hefe um ein Mehrfaches übersteigenden Menge zugeführt wird.

Beispiel
Verwendet wurde ein Züchtungssystem, das pro Stunde und Liter rund 400 mM Sauerstoff aus der zugeführten Belüftungsluft in Lösung zu bringen vermag. Die Lösungsgeschwindigkeit ist nur erreichbar, wenn ausser einer ausreichenden Zufuhr von natürlicher Luft für eine intensive Mischung der Reaktionssuspension gesorgt wird.

Mit einem Medium, das neben Melasse ausreichende Mengen Stickstoff, Phosphor, Kalium, Magnesium und Spurenelemente enthält, wurde bei gleichbleibendem Verhältnis der Substanzen die Konzentration gesteigert und bei kontinuierlicher Züchtung von Futterhefe die maximale Produktivität (D X)maX bestimmt, indem die Verdün nungsrate D schrittweise gesteigert und nach dem jeweiligen Eintritt des stationären Zustandes (=Fliessgleichgewicht) die vorhandene Hefekonzentration X bestimmt wird. Der höchste Wert für (D X) wird als maximale Produktivität (D X)maX bezeichnet.

Mit der erwähnten Züchtungsvorrichtung wurden für (D X)maX im erwähnten Medium mit einem Futterhefestamm ohne Aminosäurezusatz (AS) folgende Werte erreicht: Zuckerkonzentration (D X)max O-Verbrauch gTS/hl O2-Angebot
1 % ohne (AS) 1.4 1:10
5 % ohne (AS) 7 1:2 10 010 ohne (AS) 2bis4 1:1 10 % mit (AS) 12 1:1
Die Resultate der letzten Zeile dieser Tabelle (10 %+G) wurden erhalten, wenn der Nährlösung Glutaminsäure zugesetzt wurde. Es wird also ersichtlich, dass bei genügendem O2-Überschuss der Zusatz von Aminosäuren unnötig wird.

Beträgt das Verhältnis von O2-Ver- brauch zu O-Angebot nur 1:1, fällt die Produktivität stark ab. Durch Zusatz von Aminosäuren kann sie wesentlich verbessert werden, wenn auch in diesem Beispiel nicht 14 g/hl erreicht worden sind, wie dies in Analogie zu den verdünnteren Lösungen der Fall sein müsste. Verwendet man eine bezüglich Zucker 5 0/obige Nährlösung ohne Aminosäurezusatz wie im obigen Beispiel dargestellt wurde, resultieren hohe Apparateleistungen. Ein Reaktor mit 100 m3 Reaktionssuspension produziert beispielsweise 17 Tonnen Trocken-Futterhefe/Tag, wobei diese Menge keinesfalls die obere Grenze darstellt.

Claims

PATENTANSPRUCH

Verfahren zur Leistungssteigerung bei der kontinuierlichen Züchtung von Hefe aus zuckerhaltigen Nährlösungen, dadurch gekennzeichnet, dass durch Sauerstoff-Versorgung im Uberschuss die Umsatzrate des oxydativen Teils der Kohlehydratumwandlung gesteigert wird, indem der Sauerstoff in feinster Verteilung in einer die Aufnahmefähigkeit der Hefe um ein Mehrfaches übersteigenden Menge zugeführt wird.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Sauerstoffaufnahme zum Sauerstoffangebot etwa 1:4-1:15 beträgt.

2. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung des Sauerstoffes in der zuckerhaltigen Nährlösung durch eine im Zuchtgefäss eingebaute Mischvorrichtung geschieht, die aus einem nach Art einer Radialpumpe ausgeführten Rotor und einem diesen umgebenden in der Höhe des Rotors fein gelochten oder geschlitzten Rohr besteht.

3. Verfahren nach Patentanspruch dadurch gekennzeichnet, dass die zuckerhaltige Nährlösung kontinuierlich in den Züchtungsreaktor geleitet und durch rotierende Mischorgane eine völlig gleichmässige Stoffverteilung im ganzen Behälter aufrechterhalten wird.