DD155080A1 - Verfahren zur gewinnung von lysinreicher hefe - Google Patents

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DD155080A1 DD20194777A DD20194777A DD155080A1 DD 155080 A1 DD155080 A1 DD 155080A1 DD 20194777 A DD20194777 A DD 20194777A DD 20194777 A DD20194777 A DD 20194777A DD 155080 A1 DD155080 A1 DD 155080A1
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Lidija I Kozlova
Olga I Velikoslavinskaja
Radij V Katrusch
Valerija A Rjabcuk
Herbert Gentzsch
Gustav-Adolf Luebbert
Wolfgang Hieke
Joachim Bauch
Ursula Reiter
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Petrolchemisches Kom Schwedt
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von lysinreicher Biomasse. Es wurde gefunden, dass durch Regulierung der Kohlenwasserstoffquelle bei gleichzeitiger Regulierung d. Elemente der Kulturfluessigkeit eine Biomasse mit erhoehtem Eiweiss- und Lysingehalt erreicht wird. Eine entscheidende Rolle spielt dabei die Zusammensetzung der Elemente der wasserloeslichen Naehrstoffe in der Kulturfluessigkeit. Man reguliert die Zusammensetzung der wasserloeslichen Naehrstoffe wie folgt in mg/l: N=50-450 Fe=2-8 P=40-120 Zn=2-8 K=40-120 Mn=2-8 Mg=10-40 Cu=1-5. Die Zusammensetzung der n-Alkane im Kohlenwasserstoffgemisch reguliert man so, dass die Anzahl der n-Alkane C tief 8- C tief 18 50-100 % der Gesamtmenge der n-Alkane C tief 8- C tief 35 betraegt.

Description

201947
Titel der Erfindung Verfahren zur Gewinnung von lysinreicher Hefe
IPK: C 12 d
der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf die mikrobiologische Industrie und beinhaltet ein Verfahren zur Gewinnung von Biomasse aus Mikroorganismen, die Eiweiß und essentielle Aminosäuren mit erhöhtem Lysingehalt enthält.
Die Biomasse erhält man durch Hefekultivierung auf der Grundlage von Kohlenwasserstoffen, die n-Alkane Cg - C35 enthalten, z« B·, auf Erdöldestillat-Petroleum, Dieseloder Ö'lfraktionen des Erdöls oder den aus ihnen extrahierten n-Alkanen Cg - C,,-.
Mikrobielles Eiweiß verwendet man als Eiweißzusatz für Nahrungs- und Futtermittel. Das Eiweiß der Mikroorganismen enthält alle essentiellen Aminosäuren: Lysin, Methionin, Tryptophan, Phenylalanin, Histidin, Threonin, Valin, Leucin und Isoleucin« Diese Aminosäuren werden nicht durch den menschlichen und tierischen Organismus synthesiert und müssen mit der Nahrung oder dem Futter zugeführt werden.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Zur Anreicherung der Nahrungs- oder Futtermittel mit Eiweiß und essentiellen Aminosäuren, insbesondere mit Lysin, sind Verfahren zur Gewinnung von Biomasse, die mit Eiweiß angereichert ist sowie Verfahren zur Gewinnung der einzelnen essentiellen Aminosäuren und Verfahren zur Gewinnung von Lysin bekannt, Z0 B. beschrieben in den Patenten der UdSSR Nr0 171 727, 258 225,
201947
322 888 und Nr0 443 595, der USAUr0 3«888o736, Großbritannien Nr0 1017*584.
U ach den bekannten Verfahren erhält man Biomasse, die mit Eiweiß angereichert ist oder eine Biomasse, die in der Kulturflüssigkeit einzelne essentielle Aminosäuren enthält. Dabei verwendet man zur Gewinnung von Aminosäuren Mikroorganismenstämme, die dner speziellen Bearbeitung unterworfen wurden und kultiviert sie unter sterilen Bedingungen auf komplizierten und teueren Nährmedien. Als bekannten Stand der Technik kennt man ein Verfahren zur Gewinnung von Biomasse mit hohem Eiweißgehalt durch Kultivierung von Mikroorganismen auf der Grundlage von Kohlenwasserstoffen entsprechend dem UdSSR-Patent Hr. 443o595 und dem DDR-Patent Ur0 105 825, Kl, G 12 c 11/18« In bekannten Verfahren erhält man eine Biomasse, mit einem hohen Eiweißgehalt von 55 % d\irch Einsatz des Stammes "Candida guilliermondii D" bei Züchtung auf Kohlenwasserstoffen© Ein Nachteil des bekannten Verfahrens ist, daß ein positiver Effekt nur bei der Kultivierung dieses Stammes erreicht wird«. Dabei gestattet es das Verfahren nicht, ein mit Lysin angereichertes Eiweiß zu gewinnen. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung von Biomasse gestattet im Unterschied zu den bekannten Verfahren die Gewinnung von Biomasse mit erhöhtem Eiweißgehalt bis 60 - 65 %, unabhängig vom eingesetzten Hefestammo Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es, im Prozeß der Kultivierung nicht nur eine eiweißreichere Biomasse zu gewinnen, sondern auch die Aminosäurezusammensetzung des Eiweißes so zusgulieren, daß der Gesamtgehalt der essentiellen Aminosäuren 25 - 30 %, bezogen auf Trockenbiomasse, und der Lysingehalt 10 - 13 % des Gesamtgehaltes der Aminosäuren in der Biomasse beträgt»
Ziel der Erfindung
Das Ziel der Erfindung besteht in der Gewinnung einer Biomasse mit erhöhtem Gehalt an Eiweiß und essentiellen Amino-
" 3 " 20 1 947
säuren, wobei in der Eiweißzusammensetzung ein erhöhter Lysingehalt vorliegen soll·
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnene Biomasse soll gleichzeitig als Eiweiß- und als Lysinzusatz für Uahrungs- und Futtermittel dienen ο
Darlegung dea Wesens der Erfindung
Die technische Aufgabe besteht darin, Verfahrensparameter aufzufinden, die die Gewinnung einer Biomasse mit erhöhtem Gehalt an Eiweiß- und Lysin, unabhängig vom eingesetzten Hefestamm, ermöglichen·
Es wurde überraschenderweise gefunden, daß durch Regulierung der Elemente der Nährflüssigkeit eine Biomasse mit erhöhtem Eiweiß- bzw0 Lysingehalt erreicht wird. Eine entscheidende Rolle spielt dabei die Zusammensetzung der Elemente der wasserlöslichen Nährstoffe in der Kultur*- flüssigkeito Als Kohlenstoffquelle dienen zur Kultivierung von Mikroorganismen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Kohlenwasserstoffe, die n-Alkane mit einer Kohlenstoffkette von Cg ""Cot; enthalten oder gereinigte n-Alkane mit gleicher Kettenlänge Cg - C^c·
Zur Gewinnung von Biomasse mit erhöhtem Lysin- und Eiweißgehalt reguliert man die Zusammensetzung der n-Alkane im Kohlenwasserstoffgemisch so, daß die Anzahl der n-Alkane Cg - C-g 50 - 100 % der Gesamtmenge der n-Alkane Cg - C^1-beträgt.
' Gleichzeitig reguliert man mit der Zusammensetzung der Kohlenstoffquelle den Gehalt an wasserlöslichen Nährstoffen: Stickstoff, Phosphor, Kalium, Magnesium, Eisen, Zink, Mangan und Kupfer so ,daß ihr Gehalt in der Kulturflüssigkeit für jedes Element in folgenden Grenzen liegt:
"4" 20 1947
in mg/1
U =50-450 . Pe β 1 - 8
P β 40 - 120 Zn β- 2 - 8
K β 40 - 120 Mh β 2 - 8
Mg β 10 - 40 Ou = 1 - 5
Die Mikroorganismen, z.Bo des Hefestammes Candida, wurden in kontinuierlichen Prozessen in Permentoren der Größen 30 1, 200 1, 10 τί? und 250 v? unter Rühren und Belüftung mit einem pH-Wert im Medium von 3-7 und einer Temperatur von 29 - 34 0C kultiviert«
Die Intensität der Belüftung des Mediums betrug 30,0 300 nr/m © Stunde, die Verweilzeit betrug 2-5 Stunden. Als Kohlenstoffquelle wurden n-Alkane mit einer Kettenlänge der Kohlenstoffatome von Cg - C-c oder Erdölfraktionen, die n-Alkane Cg - Cor enthalten, zeB. Dieselfraktionen eingesetzte Die Kohlenstoffquelle wurde so ausgewählt, daß in der Zusammensetzung der n-Alkane Cg - C^- der n-Alkangehalt Cg - C18 25 %, 50 %t 70 % und 100 % und der n-Alkangehalt C.q - C51- entsprechend 75 %> 50 %, 30 % und 0 % betrug«,
Die Kohlenwasserstoffkonzentration im Nährmedium betrug 2,5 - 10 %, umgerechnet auf n-Alkane Cg - C0^o Das wäßrige Nährmedium enthielt P, N, K, Mn, Fe, Zn, Mg und Cu0 Andere Mineralnährstoffe sowie Wachstumsstimulatoren hatten keinen Einfluß auf die Anreicherung des Eiweißes und der essentiellen Aminosäuren in der Biomasse· Nährlösung wurde dem Ferment or so zugeführt, daß .-...' die Konzentration der notwendigen Elemente in der Kulturflüssigkeit in weiten Grenzen von 0 - 5OOO mg/1 verändert werden konnte. Als Heutralisationsmittel wurde verdünnte Alkalilauge oder Ammoniakwasser verwendete Die Menge der dem Fermentor zugeführten Nährmedien war gleich der Menge aus dem Fermentor abgezogenen mikroorganismenhaltigen Kulturflüssigkeit«
"5 ~ 201 947
Die Kulturflüssigkeit mit den Mikroorganismen wurde kontinuierlich in ein Dekantationsgefäß eingeleitet, in dem eine Trennung in zwei Schichten erfolgte· Die untere Schicht, das wäßrige Medium, wurde kontinuierlich in den Fermentor zurückgeführt· Die obere Schicht, ein ,4-Komponentensystem wurde nach bekannten Verfahren separiert»
Dabei wurden drei Phasen abgetrennt: Biomasse, die eine geringe Menge Wasser und Kohlenwasserstoffe enthält, eine wäßrige Phase und eine Kohlenwasserstoffphase. Die wäßrige Phase wurde in den Permentor zurückgeführt. Die erste Phase wurde der Eindickung, Trocknung und Extraktion mit organischen Lösungsmitteln zugeführt. Der Lipid- und Kohlenwasserstoffextrakt wurde nach der Destillation der Lösungsmittel zur Gewinnung einzelner Lipidfraktionen verwendet, die abgetrennten Kohlenwasserstoffe wurden in den Permentor zurückgeführte Die Kohlenwasserstoffphase, die in der Separation abgetrennt wurde, wurde bei der Kultivierung von Mikroorganismen auf Basis von η-Paraffinen in den Permentor zurückgeführt oder bei der Kultivierung auf Basis von Erdöldestillaten einer speziellen Reinigung unterworfen. Die gereinigte Kohlenwasserstofffraktion mit verringertem n-Alkangehalt wurde als Kraftstoff mit verbesserter Qualität verwendete
Die bei der Hefekultivierung gewonnene Biomasse sowie das Endprodukt, das nach der Extraktion der Hefe mit Lösungsmitteln gewonnen wurde, wurden hinsichtlich Rohprotein und Aminosäuren analysierte Es wurde festgestellt, daß sich bei der Kultivierung der Hefe in der Biomasse 50 - 65 % Rohprotein und 6-13 % Lysin, umgerechnet auf den Gesamtgehalt an Aminosäuren, anreichern. Dabei wurde ermittelt, daß der Gehalt an Rohprotein und Aminosäuren in der Biomasse reguliert wurden kann·
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In der Hefe reichert sich 60 - 65 % Rohprotein mit 10 - 13 % Lysin, bezogen auf die Gesamtmenge der Aminosäuren bei der Kultivierung auf Kohlenv/asserstoffen an, die 50 - 100 % n-Alkane CQ - C.g vom Gemisch der n~Al- '
kane CD - CUr- enthaltene ö 35
Der Gehalt an wasserlöslichen Verbindungen in der Kulturflüssigkeit mußte dabei in bestimmten Grenzen liegen und zwar:
H β- 50 - 450 mg/1 Pe β 2 - 8 mg/1
P β 40 - 120 mg/1 Zn α 2 - 8 mg/1
K β 40 - 120 mg/1 Mn «= 2 - 8 mg/1
β 10 - 70 mg/1 Cu s 1 » 5 mg/1
Im Ergebnis der Extraktion mit Lösungsmitteln zur Entfernung von Kohlenwasserstoffen und Biolipiden stieg der Eiweißgehalt in der wasserfreien Biomasse von 60 - 65 % auf 70 - 75 %, der Gehalt an essentiellen Aminosäuren von 25 - 30 % auf 35 - 40 % und der Lysingehalt von 10 - 13 % auf 15 -.18 £·
Die Hefe enthielt 50 - 57 % Rohprotein, 13 - 19 % essentielle Aminosäuren, 6 - 9 % Lysin, bezogen auf die Summe der Aminosäuren, bei Kultivierung auf Kohlenwasserstoffen, die 90 - 100 % n-Alkane Cig - C^ vom Gemisch der n-Alkane Cg - CU1- enthalten bei Verringerung oder Erhöhung eines oder mehrerer Elemente in der Kulturflüssigkeit an H, P, K, Mg, Pe, Zn, Mn und/oder Cu gegenüber den angegebenen Grenzen.
7 ·»
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Ausführungsbeispiele Beispiel 1
Candida guilliermondii wurde in einem 30 1-Permentor unter Rühren und Belüftung kultiviert. Die Drehzahl dee Rührers betrug 1200 U/min, die zugegebene Luftmenge 150 Hm;/m; „ Stunde0 Die Fermentortemperatur lag bei 32 - 34 0C, der pH-Wert bei 4 - 4,2, die Verweilzeit betrug 4 Stundeno Als Kohlenstoffquelle wurde Erdöldestillat mit den Siedegrenzen 200,- 320 0C verwendet, das 17 % n-Alkane Cg - C35 enthielt, wobei 70 % der n-Alkane aus Cg - C-g bestanden und 30 % n-Alkane C18 - C350 Die Kohlenwasserstoffkonzentration betrug im Nährmedium 3 % bezogen auf n-Alkane Cg - C-j-» Das wäßrige Kährjnedium enthielt H, P, K, Pe, Zn, Mn und Cuän solchen Konzentrationen, daß ihr Gehalt in der Kulturflüssigkeit bei der Kultivierung in folgenden Grenzen in mg/1 lag:
N =50-450 Pö = 2 - 8
P = 40 - 120 Zn = 2 - 8
K = 40 - 120 Mn = 2 - 8
Mg = 10 - 40 Cu = 1 - 5
Die bei der Kultivierung erhaltene Biomasse enthielt:
- Rohprotein (% der trockenen Biomasse) 63,8
- Summe der essentiellen Aminosäuren
{% der trockenen Biomasse) 25,3
- Lysin {% bezogen auf die Summe der Aminosäuren) 12,5
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Beispiel 2
Die Hefe Candida guilliermondii wurde analog dem Beispiel 1 kultiviert.
Im Unterschied zum Beispiel 1 lag der Gehalt eines Elementes
- des Kaliums - in der Kulturflüssigkeit bei 5-30 mg/1 und damit niedriger als in den o· g. Grenzen. Der Gehalt der übrigen Elemente, die für die erhöhte Synthese des Eiweißes und Lysins notwendig sind, lag im normalen Bereich. Die bei der Kultivierung gewonnene Biomasse enthielt:
- Rohprotein (Ma.-% der trockenen Biomasse) - 56,3
- Summe der essentiellen Aminosäuren - 16,7 (Ma.-% der trockenen Biomasse)
- Lysin (Ma.-% bezogen auf die Summe der Aminosäuren) - 8,7
Beispiel 3
Die Hefe Candida guilliermondii wurde analog dem Beispiel 1 kultiviert.
Der Unterschied bestand darin, daß als Kohlenstoffquelle Erdöldestillat mit den Siedegrenzen 240 - 360 0C verwendet wurde, das 20 % n-Alkane Cg - C,r in der Zusammensetzung 25 % n-Alkane Cg - C18 und 75 % n-Alkane C^q - C~c enthielt. Die Kulturflüssigkeit enthielt die notwendigen Elemente in der erforderlichen Menge.
Die bei der Kultivierung anfallende Hefe enthielt:
- Rohprotein (Ma.-% der trockenen Biomasse) - 55,2
- essentielle Aminosäuren - 15»3 (Ma.-% der trockenen Biomasse)
- Lysin (Ma.-% bezogen auf die Summe der - 7»6 Aminosäure)

Claims (1)

  1. Erfindungsanspruch
    Verfahren zur Gewinnung von lysinreicher Biomasse durch Kultivierung von Mikroorganismen, vorzugsweise Hefen, auf Kulturmedien, die als Kohlenstoffquelle Kohlenwasserstoffe enthalten, welche teilweise oder vollständig aus n-Alkanen bestehen, bei Anwesenheit von U, P, K, Mg, Mn, Zn, Pe und Cu im Kulturmedium, gekennzeichnet dadurch, daß zur Erhöhung des Eiweißgehaltes und des Gehaltes an essentiellen Aminosäuren, insbesondere Lysin, in der Biomasse die Kultivierung der Mikroorganismen auf Kohlenwasserstoffen erfolgt, die n-Alkane Cg - C,r enthalten, von denen der Anteil an Cg - C1Q-n-Alkanen in den Grenzen 50 - 100 % reguliert wird und der Gehalt der Elemente in der Kulturflüssigkeit in den. folgenden Grenzen liegt:
    Έ β 50 - 450 mg/1 Pe = 2 - 8 mg/1
    P β 40 - 120 mg/1 ' Zn = 2 - 8 mg/1
    K = 40 - 120 mg/1 Mn = 2 - 8 mg/1
    Mg =10- 40 mg/1 Cu = 1 - 5 mg/1
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