DD151963A1

DD151963A1 - Verfahren zur gewinnung von eiweissbiomasse

Info

Publication number: DD151963A1
Application number: DD21321479A
Authority: DD
Inventors: Lidija I Kozlova; Olga I Velikoslavinskaja; Radij V Katrusch; Valerija A Rjabchuk; Herbert Gentzsch; Gustav-Adolf Luebbert; Wolfgang Hieke; Joachim Bauch; Guenter Heidenreich
Original assignee: Petrolchemisches Kombinat; Wissenschaftliches Allunionsfo
Priority date: 1979-05-29
Filing date: 1979-05-29
Publication date: 1981-11-11
Also published as: DD151963B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Eiweiszbiomasse, die einen erhoehten Gehalt an Methionin besitzt. Es handelt sich um eine kontinuierliche Kultivierung von Mikroorganismen, insbesondere durch Hefe auf Kohlenwasserstoffen, die die n Alkane C&ind8! - C&ind35! enthalten, bei Vorhandensein der erforderlichen Quellen an Naehr- und Spurenelementen unter den Bedingungen der Belueftung und nachfolgender Abtrennung der Biomasse, Kohlenwasserstoffe und des waeszrigen Mediums, bei Rueckfuehrung des waeszrigen Mediums in den Kultivierungsprozesz. Es wurde gefunden, dasz zur Erhoehung des Methioningehaltes im Eiweisz das Verhaeltnis der Konzentrationen der n-Alkane C&ind8! - C&ind18! und des Kaliums im Bereich 20 bis 100 : 1 und das Verhaeltnis der Menge an Frischwasser und des rueckzufuehrenden waeszrigen Mediums im Bereich 0,05 bis 0,5 : 0,5 bis 0,95 reguliert werden musz.

Description

-J- Sf3 214

Υerfahren zur Gewinnung von Eiweißbiomasse

C12D - 13/06

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Eiweißbiomasse der Mikroorganismen, die durch die essentielle Aminosäure Methionin angereichert ist» Es handelt sich um eine kontinuierliche Kultivierung von Mikroorganismen, insbesondere durch Hefe auf Kohlenwasserstoffen, die die n-Alkane C_Q — C^r- enthalten, bei Vorhandensein der erforderlichen Quellen an Nähr- und Spurenelementen unter den Bedingungen der Belüftung. Die aus dem Fermentor austretende Biomassesuspension wird in 3 Phasen unterschieden: die wäßrige Phase, die Kohlenwasserstoffphase und die Biomasse. Die die Biomasse enthaltende Phase wird einer weiteren Behandlung nach bekannten Verfahren unterzogen. Die Anwendung der Erfindung ist in der mikrobiologischen Industrie möglich*

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Hefeeiweiß, das auf Kohlenwasserstoffen gezüchtet wurde, beinhaltet alle nicht substituierbaren Aminosäuren und ist hinsichtlich der Aminosäurezusammensetzung dem Eiweiß des

Hühnereies gleichwertig» Jedoch ist der Gehalt der nichtsubstituierbaren Aminosäure Methionin im Hefeeiweiß um vier- bis fünfmal niedriger als im Eiweiß·eines Hühnereies (Grisdew, LV G_e U₀ a* 1974-, Izvestja TSCHA, Ausgabe 2, Seite 86, russ*)*

Zur Erhöhung des Nährwertes des Hefeeiweißes, das als Putter für landwirtschaftliche Nutztiere verwendet wird, ist es erforderlich, zusätzlich in das Putter Methionin zu geben_o Es gibt nur wenige bekannte Verfahren zur mikrobiologischen Gewinnung von Methionin» Bekannt ist ein Verfahren zur Gewinnung eines mit Methionin angereicherten Eiweißpräparates durch die Kultivierung eines bestimmten Stammes von Bakterien der Gattung Micobacterium auf Kohlenwasserstoffen (UdSSR-Urheberschein Nr. 199«796, 1973, Kl« C12K - 1/06)e Weiterhin ist ein Verfahren zur Gewinnung von wasserlöslichem Methionin durch Kultivierung eines bestimmten Bakterienstammes der Art Brevibacterium auf Glukose bekannt (Japanische Patentanmeldung Nr. 6753* 1976, Kl· 36(2)D251).

Bei den bekannten Verfahren vjerden bestimmte Stämme von Bakterien, die durch ein periodisches Verfahren unter sterilen Bedingungen gezüchtet werden, verwendet» Außerdem ist die Abtrennung der Bakterien aus der Kulturflüssigkeit technisch sehr kompliziert, und es existieren auch keine Apparate in industriellem Maßstab für die Abtrennung der Bakterien von der Kulturflüssigkeit, Bekannt ist auch ein Verfahren zur Gewinnung von Biomasse durch Kultivierung bestimmter Stämme von Hefen der Gattung Candida, die äthioninbeständig sind, auf Nährmedien, welche eine begrenzte enge Fraktion der n-Alkane C^.„ - C^g enthalten«

Bei der periodischen Kultivierung der Hefe Candida petrophyllum, Stamm Nr· 401, Candida tropicalis Hr. 505 und IFO 0589, Candida rugosa Nr · 603 und IFO 0750 unter sterilen Bedingungen auf Nährmedien bei Vorhandensein eines Biosti-

«3

mulators — Maisextrakt — speichert die Hefe in 15 — 18 Stunden in der Biomasse 1,32 - 1,96 % Methionin. Dieses Verfahren kann als Prototyp angesehen werden (Japanisches Patent Nr. 43.876, 1973» Kl· 36(2)D251). Als Mangel dieses Verfahrens ist die Züohtung der Hefe unter sterilen Bedingungen durch ein periodisches Verfahren bei Verwendung streng bestimmter Stämme der Hefe der Gattung Candida und der engen Fraktion der gereinigten n-Alkane mit einem Kettenlängenbereich von C^ - C-o zu nennen.

Ziel, der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist die Erhöhung des Met Moning ehaltes in der Eiweißbiomasse unter sterilen Bedingungen.

Darlegung des Wesens der Erfindung .

Die technische Aufgabe der Erfindung besteht darin, Verfahrensparaaeter aufzufinden, die die Gewinnung einer Biomasse mit erhöhtem Gehalt an Methionin unabhängig von sterilen Bedingungen und unter Berücksichtigung eines wesentlich breiteren C - Bereiches der n-Alkane ermöglichen. Überraschend wurde gefunden, daß die Aufgabe so gelöst werden kann, daß im Rahmen der kontinuierlichen Kultivierung von Mikroorganismen, z. B₀ Hefe auf Nährmedien, eine Regulierung des Verhältnisses der Menge an Frischwasser und des rückauführenden wäßrigen Mediums sowie das Verhältnis der Konzentration der n~Alkane und des Kaliumions in bestimmten Bereichen erfolgt· Die Regulierung muß so erfolgen, daß das Verhältnis der Menge an Frischwasser und an rückzuführendem wäßrigen Medium im Bereich 0,05 - 0,5 * 0»5 - 0,95 i^nd das Verhältnis der Konzentration der n-Alkane

^8 "" ^18 ^un<^ ^^er ^^es ^l^¹²¹¹¹^⁰¹¹³ ^jh Bereich 20 - 100 : 1 liegto

Das Verfahren wird unter den Bedingungen der Rückführung des wäßrigen Mediums für das Abtrennen und Eindicken von Biomasse realisierte Bas rückzuführende wäßrige Medium, das unverbrauchte Nährelemente für die Mikroorganismen besitzt, wird für die Herstellung von Nährmedium verwendet_o Dadurch wird der Verbrauch an Frischwasser, welches für den Prozeß der Kultivierung von Mikroorganismen gebraucht Yiird, und der Verbrauch an Elementen des Nährmediums erheblich reduziert» ·

Nach diesem Verfahren erreicht der Methioningehalt 3»3 % des Gesaiatgehaltes an Aminosäuren in der Biomasse» Der Eiweißgehalt in der Biomasse erreicht 65 %« Im einzelnen läuft das Verfahren zur Gewinnung von Biomasse mit erhöhtem Methioningehalt wie folgt ab: · Im Rahmen der Kultivierung von Mikroorganismen, vorzugsweise Hefe, der Gattung Candida auf einem Nährmedium, werden als Kohlenstoffquelle n-Alkane mit einer Kettenlänge des Kohlenstoffs von C_Q - Coc oder eine Erdölfraktion, die bei 200 - 400 ^UC siedet und n-Alkane Cg - C^c besitzt, verwendet«

Die Kultivierung der Mikroorganismen erfolgt in Permentoren mit Rührern und Belüften des Mediums bei einer Konzentration des Kohlenwasserstoffs im Nährmedium von 2,5 - 5 %j bezogen auf n~Alkane Cg — C^c* Das wäßrige Nährmedium enthält Stickstoff, Phosphor, Kalzium, Magnesium und andere Quellen für die mineralische Ernährung, die für das Wachstum der Mikroorganismen notwendig sind₀ Die Konzentration der Quellen für die mineralische Ernährung im Nährmedium setzt sich aus deren Menge im rückzuführenden wäßrigen Me- dium und zusätzlich der Menge, die mit dem Frischwasser zugeführt wird, zusammen« Dabei wird die Gesamtkonzentration des Kaliumions im Nährmedium so beibehalten, daß sich das Verhältnis der Konzentration der n~Alkane Cg - C^g und

des Kaliumions im Bereich 20 - 100 : 1 "befindet* Im Prozeß der Kultivierung wird die Beluftungsintensität des Mediums bei 100 - 250 °m-yh, eier pH-Wert des Mediums bei 3,5 - 5» die Temperatur des Mediums bei 30 -42 ⁰C, die Verdünnungsgeschwindigkeit des Mediums bei 0,13 0,4 h~^ beibehalten*

Die mikrobiologische Suspension, die aus dem Fermentor abläuft, wird durch bekannte Verfahren eingedickt, dabei wird das abgetrennte wäßrige Medium in den Fermentationsprozeß zurückgeführt und bei der Herstellung des Nährmediums verwendet.

Das wäßrige Medium, das sich beim Eindicken der Biomasse gebildet hat, enthält alle Elemente des Nährmediums, u. a. auch Kaliumionen«, Die Kaliumkonzentration im Nährmedium hängt von der Art der Abtrennung ab. Bei der Abtrennung des wäßrigen Mediums ohne Erhitzen ist der Gehalt an Kalium gleich 50 - 250 mg/1, beim Erhitzen bis zu 70 - 90 ⁰C wächst der Kaliumgehalt bis auf 800 - I3OO mg/1 an· Die Kaliumkonzentration wird im Nährmedium (S^) so reguliert, daß sie in einem bestimmten Verhältnis zu der Konzentration im Nährmedium der n-Alkane Cg - C^g (S_Co _ η )> die %&& Bestand der n-Alkane Cg - C^c- gehören, steht. Die fehlende Menge an Kalium im Nährmedium wird durch ein zusätzliches Einführen an Kaliumsalzlösung in das Frischwasser hinzugefügt. Der Überschuß an Kalium wird durch das Verdünnen des Nährmediums mit Frischwasser beseitigt» Dabei wird das Verhältnis von Frischwasser und des Rücklauf wassers'"!Lm" Prozeß

der Kultivierung von Mikroorganismen im Bereich 0,05 - 0,5 j 0,5 - 0,95 reguliert«,

Die Kohlenstoffquelle in Form der Kohlenwasserstoffe wird entweder unmittelbar in den Kultivierungsprozeß gegeben, oder sie wird vorher mit dem wäßrigen Nährmedium emulgiert. Die Kohlenwasserstoffe werden in den Fermentor oder in das Nährmedium so gegeben, daß sich die Konzentration der n-Alkane Cg - C^c nicht verändert, vorzugsweise 2,5 - 5 %·

Dabei wird die Konzentration der n-Alkane Cg - C^g, die einen bestimmten Teil der Zusammensetzung der n-Alkane Cg ~ Coc bilden, konstant gehalten. Nach der Konzentration der n-Alkane Cg - C^g wird die Kaliumkonzentration im Nährmedium so geregelt, daß das Verhältnis S~ _c : S_k = 20 - 100 ϊ 1 und das Verhältnis der Menge an Frischwasser und des Rückführwassers sich im Bereich 0,05 - 0,5 J 0,5 - 0,95 befindet*

Die Durchführung des Kultivierungsprozesses der Mikroorganismen, vorzugsweise Hefe der Gattung Candida, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht in einem nichtkontinuierlichen und nichtsterilen Prozeß eine Biomasse der Mikroorganismen mit einem Eiweißgehalt bis zu 65 %» bei einem Methioningehalt bis zu 3»3 % äes Gesamtgehaltes, an Aminosäure im Eiweiß, zu bekommen« Nach dem bisher bekannten Verfahren erhält man in der Biomasse innerhalb von 15 - 18 Stunden des periodischen KuI-tivierens unter sterilen Bedingungen streng definierter Stämme der Hefe der Gattung Candida bis zu 2 % Methionin. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man in der gleichen Kultivierungszeit um 7 - 10 mal mehr Methionin. Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch folgende Ausführungsbeispiele veranschaulicht:

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

Die Hefe Candida guilliermondii wurde in einem Fermentor mit einem Arbeitsvolumen von 75 t, ausgerüstet mit einem Rührer und einem kontinuierlichen Belüftungssystem, auf Erdölfraktionen, die im Bereich von 240 - 360 ⁰C sieden, kultiviert« Der Gehalt an n-Alkanen Cg - C^c in der Kohlenwasserstofffraktion betrug 20 %, davon entfallen 70 % auf die n-Alkane C_ß - C^p»

In tien Ferment or wurden laufend 19 t/h Nährmedium, das aus einem Kohlenwasserstoffgemisch und einer wäßrigen Lösung der Mineralsalze "bestand, gegeben. Die Kohlenwasserstoffkonzentration im Nährmedium betrug 3 %j bezogen auf die n-Alkane Cg - C^c oder 2,1 %, bezogen auf die n-Alkane ^C8 ~ ^C18·

Die wäßrige Lösung der Salze diente als Quelle des Stickstoffs, Phosphors, Kaliums, Magnesiums und der Spurenelemente. Das Verhältnis des Frischwassers und des Rücklaufwassers im Nährmedium betrug 0,35 * 0,65« Die Kaliumkonzentration betrug im Frischwasser 1060 mg/1, im rückführenden wäßrigen Medium 200 mg/1, die gesamte Kaliumionenkönzentration im Nährmedium 500 mg/1.

Verhältnis der Konzentrationen S_n „ : S₁ = 42 : 1

^υ8 ~ °18 *

Die übrigen Parameter der Kultivierung sind:

—1

Geschwindigkeit des Verdünnen des Mediums 0,25 b- » Belüftungsintensität 100 m^/t h, pEM?ert des Mediums 4 - 4,5» Temperatur des Mediums 32 - 34 ⁰C.

Die Suspension der Hefe wurde aus dem Fermentor zum Eindicken in das Aufrahmgefäß, wo bis zu 65 % der wäßrigen Phase abgetrennt wurde, danach in die Separatoren, wo 15 20 % der wäßrigen Phase abgetrennt wurden, geleitet. Rund 10 % des wäßrigen Mediums, das in den Fermentor gegeben wurde, wurden von der Gesamtmenge durch die Verdampfung der Biomasse abgetrennt. Das wäßrige Medium, das in den Stadien des Eindickens der Biomasse abgetrennt wurde, wurde in den Kultivierungsprozeß der Hefe zurückgeführt. Die bis zu 20 - 25 % Trockensubstanz eingedickte Hefesuspension wurde in einem Zerstäubertrockner weitergetrocknet. Die so getrocknete Biomasse wurde auf Eiweißgehalt und Aminosäure untersucht«

~ TO ~

Beispiel 2

Die Hefe C₀ guilliermondii wurde analog dem Beispiel 1 kultiviert«

Der Unterschied besteht darin, daß das Verhältnis C_ß ϊ Cg. gleich 105 J 1 war, d« h_o die Kaliumionenkonzentration im liährmedium betrug 200 mg/1. Die Kaliumionenkonzentration in dem rückzniührenden wäßrigen Medium betrug 200 mg/1, in der Frischwasserlösung ebenfalls 200 mg/l_e Die Bioiaasse enthielt 55 ϊ 8 % Eiweiß, Der Methioningehalt betrug 1,8 % vom Gesamtanteil der Aminosäuren,

Die Hefe C₄, guilliermondii wurde analog dem Beispiel 1 auf Erdölfraktionen, die im Bereich 280 - 370 ⁰C sieden, kultivierte Der Gehalt an n-Alkanen Cg - C^c lautete in der Kohlenwasserstofffraktion 16 %, davon betrugen die n-Alkane Cg ~ C-g 27 %* Die Kohlenwasserstoffkonzentration im Mhrmedium betrug 3 %» bezogen auf die n-Alkane Cg - C^c oder 0,8 % umgereclinet auf die n-Alkane Cg-C ^g₀ Die Kaliumkonzentrat ion im HährmediuEi betrug 500 mg/1. Der Unterschied bestand darin, daß der Prozeß der Fermentation nur aoi Frischwasser verwirklicht wurde, ohne Rückführung des wäßrigen Mediums, d_o h_e daß das Verhältnis der Mengen an Frischwasser und des rückzuführenden wäßrigen Mediums 1 : O war, das Verhältnis der Konzentrationen im

Hährmedium S^ „ : S_lr = 16 ! 1, ^8 °18 K

Die Biomasse enthielt 53,2 % Eiweiß.

Der Methioningehalt betrug 1,5 % vom Gesamtanteil der Aminosäuren_β

13

Die Ergebnisse der Beispiele sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3

Verhältnis der Menge an Frischwasser und dem rückzuführenden Wasser 0,35:0,65 0,35:0,65 1:0

Verhältnis der Konzentration im Nährmedium C s _K 42:1 105:1 16:1

Eiweißgehalt in der

Biomasse in % 63,7 55*8 53,2

Methioningehalt am Gesaiatgehalt der Aiaino-

säuren in % 3,0 1,8

Claims

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Erfindungsanspruch

Verfahren zur Gewinnung von. Eiweißbiomasse, angereichert mit Methionin, durch Kultivierung von Mikroorganismen, vorzugsweise Hefe, auf Kohlenwasserstoffen, die n««Alkane Gg «» Cnc besitzen, bei Anwesenheit der notwendigen Nahrstoffquellen und unter Bedingungen der Belüftung mit nachfolgender Abtrennung der Biomasse, Kohlenwasserstoffe und des wäßrigen Mediums, Rückführung des wäßrigen Mediums in den Kultivierungsprozeß, gekennzeichnet dadurch, daß zur Erhöhung des Methioningehaltes im Eiweiß das Verhältnis der Konzentrationen der n-Alkane Cg ~ C^g und des Kaliums im Bereich 20 - 100 : 1 und das Verhältnis der Menge an Frischwasser und des rückzuführenden wäßrigen Mediums in Bereich 0,05 —0,5 » 0,5 ~ 0,95 reguliert wird»