DD149081A1

DD149081A1 - Verfahren zur gewinnung von einzellerprotein

Info

Publication number: DD149081A1
Application number: DD21900880A
Authority: DD
Inventors: Dieter Beck; Wolfgang Biedermann; Guenter Franke; Guenther Heinze; Hans-Frieder Listewnik; Karl Placht
Original assignee: Dieter Beck; Wolfgang Biedermann; Guenter Franke; Guenther Heinze; Listewnik Hans Frieder; Karl Placht
Priority date: 1980-02-12
Filing date: 1980-02-12
Publication date: 1981-06-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von mikrobiellem Eiweisz, vorzugsweise Einzellerprotein auf der Basis von Kohlenwasserstoffen und Methanol. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch geeignete Masznahmen und Einsatzprodukte die Stoffumwandlung so durchzufuehren, dasz eine hoehere Ausnutzung der Einsatz- und Hilfsprodukte ermoeglicht wird. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dasz eine in an sich bekannter Weise auf Erdoeldestillat bzw. Kohlenwasserstoffen gezuechtete Biomasse extraktiv mit Methanol oder einem Methanol-Kohlenwasserstoffgemisch, wobei die Kohlenwasserstoffe im Siedebereich von 40 -120 Grad C liegen koennen, gereinigt wird und dasz dieses zur Extraktion verwendete Methanol vom Extrakt bzw. dem Kohlenwasserstoffgemisch durch Zugabe von Wasser getrennt wird und zur Erzeugung einer zweiten Biomasse als Substrat eingesetzt wird. Die bei der Aufkonzentrierung der Biomasse anfallenden Stickstoffverbindungen, Naehrsalze und Spurenelemente enthaltenden waeszrigen Phasen werden ganz oder teilweise als Einsatzwasser fuer die Biomassegewinnung genutzt. Gleichfalls wird der im hydrophilen Loesungsmittel geloeste Extraktteil als Fermentationshilfsmittel zur zweiten Biomassegewinnung genutzt.

Description

a) Titel der Erfindung

Verfahren zur Gewinnung von Einzellerprotein

b) Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von mikrobiellem Eiweiß, vorzugsweise Einzellerprotein auf der Basis von Kohlenwasserstoffen und Methanolo Die Erfindung kann in Anlagen eingesetzt werden, in denen Biomasse mittels Lösungsmittelextraktion unter Verwendung von Methanol oder Lösungsmittelgemischen, deren eine Komponente Methanol ist, gereinigt wird«, Die Erfindung ist einzuordnen in die IPK C 12d 13/06

c) Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die durch Züchtung auf kohlenwasserstoffhaltigen Substraten (z· Bo Erdöldestillatfraktionen im Siedebereich des Dieselkraftstoffes oder reine n-Alkane) anfallenden Bakterien oder Hefen enthalten nach ihrer Ernte aus dem Fermentorablauf, der Anreicherung und gegebenenfalls Trocknung immer noch unerwünschte Substratanteile, d₉ h«, Kohlenwasserstoffe und biogene lipophile Zeilinhaltsstoffe, die vor Verwendung dieser Biomassen als Futtermittel bzw· vor ihrer Weiterverarbeitungj z_o B₆ zur Herstellung von Eiweißisolatenj, entfernt werden müssen« Die Entfernung dieser Substanzen kann nach verschiedenen Verfahren erfolgen, die entweder nach dem

~ 2 - C

Waschen und/oder Separieren der wässrigen Mikroorganismensuspension oder nach, dem Trocknen eine Extraktion beinhalten«

Es sind verschiedene Verfahren bekannt, in denen die feste Biomasse nach dem Trocknen zur Entfernung der Kohlenwasserstoffe und unerwünschten lipophilen Stoffwechseiprodukte mit Lösungsmitteln extrahiert wird. Als Extraktionsmittel dienen demgemäß vorzugsweise Kohlenwasserstoffe oder polare Lösungsmittel einzeln oder in Mischung_β

Nach DD-AP 53 984, DT)-W 108 114₉ DD-WP 108 320 und DD-AP 64 018 sind die zur Verwendung vorgeschlagenen Lösungsmittel neben Hexan, Heptan und leichten bis mittleren Benzinfraktionen als unpolare Lösungsmittel bzw. Lösungsmittelkomponenten vor allem die niederen Alkohole CL bis C^j Aceton und Chlorkohlenwasserstoffe als polare Lösungsmittel bzw, Lösungsmittelanteile bekannt

Zwei moderne Verfahren zur Entfernung von Kohlenwasserstoffen und biogenen lipophilen Zeilinhaltsstoffen durch Extraktion der getrockneten Biomassesuspension beruhen darauf, daß entweder Mischungen aus Kohlenwasserstoffen und Methanol oder reines Methanol als Extraktionsmittel angewendet wird· Die Verwendung dieses Lösungsmittels bzw₀ Lösungsmittelgemisches führt zu einer nahezu vollständigen Entfernung der genannten Fremdstoffe aus der getrockneten Biomasse. Den bekannten Verfahren zur Reinigung getrockneter Biomassen ist gemeinsaia_s daß nach der Extraktion eine destillative Aufarbeitung der Miszella erfolgt und die reinen Lösungsmittel wieder in den Prozeß zurückgeführt werden. Dadurch tritt eine starke energetische Belastung des Gesamtprozesses auf· Speziell die polaren Lösungsmittelbestandteile, die für eine effektive Reinigungsoperation unbedingt erforderlich sind, besitzen hohe Verdampfungswärmen, die zum Beispiel bei Methanol etwa das Dreifache der Verdampfungs-

wärine von Kohlenwasserstoffen beträgt. Vfeiterhin treten hohe Verluste an Salzen und wasserlöslichen Zeilinhaltsstoffen auf,

d) Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein energetisch günstigeres Verfahren zu schaffen, bei dem eine bessere Ausnutzung der Roh- und Hilfsstoffe erfolgt und eine Verminderung von Abprodukten und Verlusten eintritt«

e) Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch geeignete Maßnahmen und Einsatzprodukte die Stoffumwandlung so durchzuführen, daß eine höhere Ausnutzung der Einsatz- und Hilfsprodukte ermöglicht wird«,

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in einer ersten Stufe eine in an sich bekannter V/eise auf kohlenwasserstoff halt igen Substraten gezüchtete Biomasse gereinigt, aufbereitet und mit Methanol oder einem Kohlenwasserstoff-Methanol-Gemisch extrahiert wird und das zur Extraktion verwendete Methanol oder die hydrophile Komponente des Kohlenwasserstoff-Methanol-Gemisches in einer zweiten Stufe einer Fermentation unterzogen wird, indem die methanolhaltigen Wasser in einer solchen Menge einem Fermentor mit oder ohne mechanischer Turbulenzerzeugung zugeführt werden, daß der Methanolgehalt 5 Ma.-% nicht übersteigt und die für das Wachstum notwendigen, teilweise enthaltenen Kationen wie Natrium, Kalium, Ammonium^ Magnesium, Calcium, Eisen, Zink, Mangan und Anionen wie Phosphat, Sulfat, Mtrat und Chlorid im erforderlichen Umfange ergänzt-werden· Der Fermentor. wird wahlweise unter sterilen oder unsterilen Bedingungen mit der methanolverwertenden Kultur beimpft«, Gleichzeitig können die im Methanol gelösten Extraktbestandteile als Fermen-

tationshilfsmittel dienen· Bei Zufuhr von Luft, sauerstoff angereicherter Luft oder Sauerstoff und bei einer Temperatur von 20 - 45° G entsteht eine Biomasse mit einem Rohproteingehalt von mindestens 50 Ma_e-% ·

Nach der Ernte kann die Zellmasse abgetrennt, weiterverarbeitet und zum Zwecke einer gemischten Produktqualität mit der Biomasse der ersten Stufe gemischt werden, während die flüssige Phase ganz oder teilweise in den Prozeß zurückgeführt wird·

Das für die zweite Fermentation zur Ergänzung benötigte Wasser kann gegebenenfalls aus der ersten Stufe des Verfahrens (Aufrahmung, Separation) herangeführt werden, da dieses bereits teilweise die für die gegebenenfalls erforderliche Ergänzung der für die Fermentation erforderlichen Nähr- und Spurensalze enthält.

Die Abtrennung des Methanols nach dem Extraktionsprozeß in der ersten -Stufe erfolgt durch Brechung der erhaltenen Extraktphase mit Wasser, wobei die wässrige Phase das nahezu gesamte Methanol enthält und anschließend direkt in einen Fermentationsprozeß eingebracht wird, in welchem das Methanol als C-Qaelle dient. Je nach eingesetztem Mikroorganismus besteht die Möglichkeit diese methanolhaltige wässrige Phase als Substrat oder Substratanteil zu verwenden

Eine andere Variante der Erfindung besteht in der Extraktion mit Methanol-Kohlenwasserstoff-Gemischen in der ersten Stufe, wobei die Kohlenwasserstoffe im Siedebereich von 40 - 120° C liegen können und die Kohlenwasserstoffkomponente wiederaufbereitet wird« Dabei wird die aus der Extraktion ablaufende Miszella destillativ in Extrakt, der aus dem Prozeß ausgeschleust wird;, und in "'die Kohlenwasserstoff komponente des Lösungsmittels j, die wieder zur Extraktion zurückgeführt wird, getrennte Die Hauptmenge des eingesetzten Methanols geht aufgrund der höheren Affinität an die Biomasse« Nach einer mechanischen Lösungsmittelabtrennung, wobei'.

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das Lösungsmittelgemisch wieder dem Extraktionsprozeß zugeführt wird, erfolgt die thermische Lösungsmittelabtrennung» Die entstehenden Brüden werden in der ersten Stufe kondensiert, mit Y/asser gebrochen und die wäßrige von der Kohlenwasserstoff komponente des Lösungsmittels freie das Methanol, enthaltende Phase der zweiten Stufe zugeführt.

Als Mikroorganismen für die zweite Stufe, können Bakterienstämme der Arten Methylomonas methanolica, Pseudomonas methanica, verschiedene "Vertreter der Gattung Pseudomonas, Corynebakterien verschiedener Spezies, Mischkulturen methanolverwertender Bakterien, auch in Mischung mit nichtmethanolverwertenden Bakterien, obligat methyIotrophe Bakterien sowie methanolassimilierende Hefen eingesetzt werden«,

d) Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden·

Beispiel 1

In einem kontinuierlich arbeitenden Rührwerkskolonnenextraktionsapparat von 150 mm Durchmesser und 6 m Länge werden pro Stunde 25 kg sprühgetrocknete Biomasse, die durch Züchtung von Candida tropicalls auf kohlenwasserstoffhaltigem Substrat (Leichtöl mit einem n~Alkangehalt von 16,8 Ma_e-%) erhalten wurde, im Gegenstrom im Verhältnis 1 : 1 mit Benzin vom Siedebereich 50 - 80⁰C extrahiert, im Gleichstrom werden 5 kg/h Methanol dosierte Nach der Lösungsmittelaustreibung werden die anfallenden Brüden gemeinsam mit der Miszella mit der gleichen Menge Wasser versetzt, wobei sich die Mischung in 2 Phasen teilt. Die schwere Phase enthält 15,2 Ma_e-% Methanol«, Diese wurde kontinuierlich einem 600 -Liter - Bioreaktor zugeführt, der eine methylotrophe Kultur enthält. Bei 35⁰C, einer Umdrehungs-

·—1 zahl des Rührers von 850 min , einem pH-Wert von 7>0

—1

und einer Durchflußrate von 0,33 h wird der Gleichgewichtszustand aufrechterhalten, so daß bei einem Zellausbeutekoeffizienten von 0,48 (g Trockenmasse pro g. Methanol) und einer Produktivität von c 7*5-g*l ^leh- gearbeitet werden konnte« 50 % des Separationswassers wurden nach Abtrennung der Mikroorganismen in den Reaktor bei gleichzeitiger Reduzierung der Menge der eingeführten Nährlösung zurückgeführt» Nach dem Trocknen der Mikroorganismensuspension wurde ein Feststoff erhalten, der zu 71 % aus Rohprotein, 3>8 % aus Fett und 3j4 % aus Asche bestand,

Beispiel 2

Im Extrakt or nach Beispiel 1 v/erden 25 kg auf erdöldestillathaltigen Substraten gezüchtete Trockenhefe im Verhältnis 1 : 1 mit Methanol extrahiert. Extraktphase und Brüden werden vereinigt, kontinuierlich mit 15 kg/h Wasser versetzt und die ca. 65 % Methanol enthaltende schwere Phase einem Bioreaktor von 4 Br

2Q Inhalt kontinuierlich zugeführt· Bei einer Durchflußrate von 0,37 \T und einer Produktivität von 7,2 g*l h wurde der Gleichgewichtszustand aufrechterhalten» Die Separationswässer wurden zu 50 % in den Reaktor zurückgeführt.

Claims

Erfindungsanspruch

1e Verfahren zur Gewinnung von Einzellerprotein

gekennzeichnet dadurch,'daß in einer ersten Stufe in an sich bekannter Weise auf Erdöldestillaten bzw ο Kohlenwasserstoffen Biomasse gezüchtet und > extraktiv mit Methanol oder einem Methanol-Kohlen-WasserstoffGemisch, wobei die Kohlenwasserstoffe im Siedebereich von 4-0 - 120°C liegen, gereinigt wird, danach das zur Extraktion verwendete Methanol vom Extrakt bzw» vom Kohlenwasserstoffgemisch durch Wasserzugabe abgetrennt und die dabei entstehende Methanol, Nährsalze sowie lipophile Bestandteile enthaltende wässrige Phase einer zweiten Stufe, bestehend aus Fermentation, mechanischer und thermischer Wasserabtrennung zugeführt wird und ganz oder teilweise als Substrat der Fermentation dient.

Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein Teil der in der ersten Stufe bei der Aufkonzentrierung anfallenden wässrigen organischen Stickstoff-Verbindungen sowie Nähr- und Spurensalze enthaltenden Phase als Einsatzwasser für die zweite Stufe dient, wobei dieses Einsatzwasser in üblicher Weise durch erforderliche Nährsalze ergänzt werden kann und daß die bei der Abtrennung der Mikroorganismen aus der zweiten Stufe anfallenden wässrigen Phasen ganz oder teilv/eise in den Prozeß zurückgeführt werden«

ο Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der im hydrophilen Lösungsmittel gelöste Extraktteil als Fermentationshilfsmittel in der zweiten Stufe genutzt wird₀

Verfahren nach Punkt 1 bis 3 gekennzeichnet dadurch., daß die getrockneten Biomassen aus den zwei Stufen gemischt werden.

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2 Blatt Zeichnungen -