DD157866A3 - Verfahren zur gewinnung von eiweissbiomasse - Google Patents
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Abstract
Von Eiweissbiomasse durch Kultivierung von Mikroorganismen auf der Basis von gasfoermigen Kohlenwasserstoffen, insbesondere Methan und/oder Erdgas. Die Erfindung kann in der mikrobiologischen Industrie angewandt werden und ist in die IKK : C 12 K einzuordnen. Die Erfindung verfolgt das Ziel, ein Verfahren zu entwickeln, das sich durch eine hohe Produktivitaet bei erhoehter Durchflussrate auszeichnet. Es wurde gefunden, dass mit dem Bakterienstamm WSB 874 - ZMPM W - 1743 diese Zielstellung realisiert wird. Dieser Bakterienstamm wird kontinuierlich bei einer Durchflussrate von D = 0,2 bis 0,3 h hoch -1, bei einer Temperatur von 42 bis 49 Grad C und einem pH-Wert von 4,4 bis 5,6 unter vorzugsweise erhoehtem Druck kultiviert. Der Stamm gewaehrleistet eine Produktivitaet von 8 bis 10 kg/m hoch 3 mal h bei einem Rohproteingehalt in der Biomasse bis 77 %.
Description
Titel
Verfahren zur Gewinnung von Eiweißbiomasse
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Eiweißbiomasse durch Kultivierung· von Mikroorganismen auf der Basis von gasförmigen Kohlenwasserstoffen, insbesondere Methan und/ oder Erdgas* Die Erfindung kann in der mikrobiologischen Industrie angewandt werden und ist in die IPK : 0 12 B einzuordnen·
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Es sind bereits mehrere Verfahren zur Kultivierung von Mikroorganismen, insbesondere Bakterien auf gasförmigen Kohlenwasserstoffen, ζ·Β· Methan bekannt·
So- wird in der US-PS 4.042*458 ein Verfahren beschrieben, in welchen ein.Stamm Methylococcus 999 auf Methan in einer Mischkultur mit heterotrophen und methylotrophen Mikroorganismen, die von ihnen gebildeten organischen Produkte assimiliert, mit einer Geschwindigkeit von 0,08 bis 0,09 h bei einer Produktivität von 2,1 g/l , h oder mit einer Wachstumsgeschwindigkeit von 0,18 und einer Produktivität von 0,9 g/ 1 . h gezüchtet wird*
Die maximale Wachstumsgeschwindigkeit bei der die Zellen ausgespült werden, beträgt D.max « 0,31 h"*"1* Hierbei beträgt die Produktivität 0,66 g/l „ tu
Die Züchtung des Stammes erfolgt bei einer Temperatur von 420C, einem pH-Wert von 6,8 oder 7»4* Dabei enthält die gewonnene Biomasse 69 % Rohprotein· Der Einsatz von Mischkulturen führt jedoch zu einem allmählichen Verlust der Eigenschaften des Ausgangsgemisches infolge des instabilen Verhältnisses der Zellen verschiedener Stämme· Der Nachteil des individuellen Stammes besteht in seiner niedrigen Produktivität» dem Fehlen der Azidotoleranz und auch darin, daß der Rohproteingehalt in der Biomasse beim Züchten in der neutralen Zahl - pH - ungenügend ist·
Ebenfalls bekannt ist die Züchtung einer symbiotischen Bakterienkultur, die Erdgas vollständig utilisiert und die aus den Stämmen Methy£ococcus capsulatus- Stamm 2, Methylosinus sporium var· incoloratus - Stamm 4, Methylococcus trichosporium var· rosacoccus ~ Stamm 5 und Warobacterium gasotypicum - Stamm 1 besteht· (SU-US 460 745)
Mit dieser Kultur werden im diskontinuierlichen Betrieb bis 40 g/l·Trockenbiomasse іщ$ im kontinuierlichen Betrieb - 10 g/l BTS bei einer Durchflußrate bis 0,16 h gewonnen· Die Kultur erwächst bei einer Temperatur von 330C und einem pH von 6,7* Die erhaltene Biomasse enthält bis 75 % Rohprotein, bis 7 % Lysin, bis 3 % der schwefelhaltigen Gesamtaminosäuren und bis 12 mg/kg BTS Vitamin Bl2· Die Nachteile der Kultur sind insbesondere, das Wachstum bei niedrigen Durchflußraten, die geringe Produktivität, die komplizierte Steuerung der symbiotischen Kultur zum Errichen eines stabilen Prozesses sowie das Fehlen der Thermo- und Azidotoleranz*
Weiterhin ist ein thermotoleranter Bakterienstamm Methylococcus capsulatus Tsch.-MT-.16 bekannt, der bei einer optimalen Temperatur 38 bis 39° C und einen pH-Wert von 6,6 Ьіз 6,8, einer Durchfluß-
—1
rate von D = 0,12 h und einer Biomassekonzentration von 10 g/l BTS wächst und eine Produktivität von 1,2 g/l gewährleistet, (SU-US 467 620)*
Die Infektion des Stammes durch die Begleitflora betrug im un3terilen Betrieb 24 %*
Der Nachteil des Stammes ist insbesondere in dem Fehlen der Azidotoleranz zu sehen sowie der unzureichenden Optimaltemperatur beim Wachsen bei niedriger Durchflußrate, der geringen Produktivität und dem verhältnismäßig hohen Infektionsgrad· In der GB-PS 1.463#295 ist ein Stamm Methylococcus capsulatus ATSS 19069 beschrieben, der zum ersten Mal 1966 von Foster und Davis (J.W. Foster, R.H. Davis, 1966, Z0 Bact. Vol. 911 1924) isoliert wurde
Die kontinuierliche Züchtung dieses Stammes erfolgt bei einer optimalen Temperatur von 45°C und einem pH-Wert von 6,5» einer Durchflußgeschwindigkeit von 0,15 h * Dabei werden unter unsterilen Wachstumsbedingungen eine Zelldichte von 11»7 kg/m und·eine Produktivität von 1,76 kg/m #h erreicht. Gemäß einer anderen GB-PS (1.421*135) wuchs der Stamm Methylococcus capsulatus unter unsterilen Bedingungen unter den gleichen»Verhältnissen (pH 6,5 und Temperatur 450C) bei einer Durchflußrate von 0,18 h und einer Zelidichte 13»7 g/l (Produktivität 2,5 g/l#h). Die erhaltene Biomasse enthielt 72,5 % Rohprotein* Der Nachteil dieser Stämme besteht darin, daß der optimale pH-Wert in etwa dem neutralen Wert entspricht und die Stämme bei ungenügender Durchflußrate wachsen. Somit kann gesagt werden, daß die in den bekannten Verfahren verwendeten Stämme folgende Nachteile aufweisen: Geringe Wachstumsgeschwindigkeit beim Durchfluß des Mediums, niedrige Produktivität, neutralen pH-Wert oder ihm nahekommenden optimalen Wert, Fehlen der Konkurrenzfähigkeit sowie niedrige Resistenz gegen Infektionen und Stoffwechselzwischenprodukte» Auf Grund dessen wurden sie in einem Gemisch mit heterotrophen Mikroorganismen und bei kleinen Biomassekonzentrationen im Kulturmedium gezüchtet.
Weiterhin ist ein technisches Verfahren bekannt unter Verwendung eines Stammes Methylococcus capsulatus (GB-PS 1 397 735)«. Dieser Stamm wächst bei einer-Temperatur von 45° C, einem pH-Wert von 6,1 und einer Durchflußgeschweihdigkeit von 0,18 h~ .
Dcr Stamm erzeugt 14 g/l Biomasse und gewährleistet eine Produktivität von 2,5 g/l«h·
Der Nachteil dieses Stammes bezieht sich auf das Fehlen der Azidotoleranz, dem Wachsen bei einer niedrigen Durchflußrate und dsr niedrigen Produktivität·
Ziel der Erfindung
Die Erfindung verfolgt das Ziel, ein Verfahren zu entwickeln, das sich durch eine hohe Produktivität bei erhöhter Durchflußrate auszeichnet»
Wesen der Erfindung
Der- Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Produktionskultur zu selektieren und einzusetzen, die sine Azido-Thermo-Toleranz besitzt» Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein bei einer Stufen~Autoselektion unter kontinuierlichen Bedingungen aus den Abwässern der Erdölbohrving in der ASSR selektierter und als ein zur Gattung Methylococcus capsulatus identifizierten Stamm (nach^J»¥. Foster, K.H. Davis 1966, T of Bacteriology, vol.91 ,-.ρ* 1924) als Produkt ions stamm verwendet wird» Der Stamm unterscheidet sich vom Standardtyp durch eine höhere Wachstumsgeschwindigkeit der Kolonien und durch deren Größe, durch ein höheres Temperaturoptimum, die Azidotoleranz, durch die Bildung von Tetrakokken, Fixierungsfähigkeit von atmosphärischen Stickstoff und der oligonitrophilen Eigenschaft» Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Stamm unterscheidet sich von den bisher bekannten Stämmen durch die Wachstumsfähigkeit bei erhöhter Durchflußrate (D » 0,25 bis 0,3 h~1)s der Gewährleistung einer hohen Produktivität. (8 bis 10 kg/cT * h) sowie durch die vorhandene Azido-Therpi-Toleronz, d#h* durch seine Wachs turas fähigkeit bei einem pH-Wert des Mediums von 4,4 bis·5,6-und bei einer Temperatur von 42 bis 49°C bei einer Durchflußrate von D - 0s2 bis 0,3 h"*1.«
Weiterhin unterscheidet sich der Stamm von den bisher bekannten Stämmen durch seine Barotoleranz, d*h* durch seine Wachstumsfähigkeit bei erhöhtem Druck (7 'bis 12 atm), wobei er Druckabfälle verträgt und eine hohe Biomassekonzentration·im Medium (bis 60 g/l Trockensubstanz unter kontinuierlichen Bedingungen und bis zu 100 g/l unter diskontinuierlichen Bedingungen) gewährleistet· Der Stamm ist gegen Beimengungen von Methanhomologen (І0 bis 15 %) und gegen Schwefe!verbindungen (20 mg/m), bezogen auf Schwefel im Erdgas resistent· Er kann eine Biomasse mit einem Rohproteingehalt bis 77 % produzieren·
Der Stamm trägt die Bezeichnung - Methylococcus capsulatus WSB-874 - und wurde zum Zwecke der Aufbewahrung in die Kulturensamralung des Museums für Kulturen industrieller Mikroorganismen des Institutes "WUIIgenetika", unter der Kollektionsnummer ZMPM W - 1.743 - registriert und hinterlegt*
Zellen haben die Form von Kokken, 0 1 mkra oder von Diplokokken, Abmessung 1x2 mkm, unbeweglich, mit einer Mikrokapsel umgeben, gramnegativ» In der alten Kultur (10 Tage) bilden sich Makrokapseln· Im kontinuierlichen Prozeß, der bei atmosphärischem Druck und Überdruck durchgeführt wird, haben die Zellen unter optimalen Bedingungen die beschriebene Form und die angeführte Größe· In Abhängigkeit von den Wachstumsbedingungen liegt der Durchmesser der Kokken im Bereich von 0,7 bis 1 mkm· Bei ungünstigen Verhältnissen, bezogen auf das Wachsen, liegen die Zellen in Form von Tetrakokken mit einem 0 von 2 mkm vor, sie sind dunkel im Phasenkontrast·
Merkmale der Kultur
Kolonien auf Mineralagar konvex, glänsend, glatt, cremefarben, kugelig mit glattem Rand, Durchmesser am zweiten Tag 1 mm und fünften Tag 2S5 mm« Sie bilden kein wasserlösliches Pigment·
Paysiоlapisсhe Merkmale
Der Aerobier wächst im Temperaturbereich von 30 bis 5O0C und, bei einem pH-Wert von 4 bia 8* Optimale Temperatur bei kontinuierlicher Kultivierung 42 bis 450G und optimaler pH-Wert 5 bis 556
Als Kohlenstoffquelle wird reines Methan oder Erdgas und Methanol in einer Konzentration von 0,01 bis 0,025 % eingesetzt, kein Y/achstum auf organischen Medien (Fleischpeptonager, Kartoffelagar unä Würzeagar), d„h· er ist ein Obligatfsethylotroph» Er "10 assimiliert Hexan auf dem Hexulosephosphatweg«
Verhältnis zur Stickstoffquelle» Er verwertet die Ammonium-, Nitrat-, Amin- und Amidformen der Stickstoffquellen, fixiert atmosphärischen Stickstoff, Er besitzt oligonitrophile Eigenschaften, cUh·, er kann bei kleinen Stickstoffmengen im Medium v/a cha en·
Verhältnis zu den Wachstumsfaktoren· Es liegt kein Bedarf an Vitaminen und sonstigen Wachsturnsstimulatoren vor* Es handelt sich um einen nichtpathogenen Stamm und ist, bezogen auf andere Mikroorganismenarten konkurrenzfähig«.
Die Besonderheiten des Stammes gewährleisten ein stabiles Wachsen unter kontinuierlichen Bedingungen bei einer hohen Geschwindigkeit und Produktivität sowie die Konkurrenzfähigkeit, •Infektionsresistenz, eine hohe Biomassequalität und eine Erhöhung der Effektivität des Prozesses·
Die Erfindung wird anhand folgender Beispiele, die die Wachstumsbedingimgen des Stammes nicht begrenzen, illustriert dargestellt*
Beispiel Д
Die Kultur Methylococcus capeulatus Stamm WSB-874 wurde in einem Turbostrahlfermentor mit einein Volumen von 40 1 (Betriebsfüllung 20 l)bei Verwendung eines Mineralnährmediums in folgender Zusammensetzung gezüchtet:
| Beispiel 1 | H3PO4 | (80 %ig) |
| 0,05 ml/1 | Mg SO4 | |
| 0,02 g/l | KCL | |
| 0,025 g/l | ZnSO4 | 4 7 H2O |
| 0,3 mg/1 | MnSO4 | . 4 H2O |
| 1,9 mg/1 | CuSO4 | • 5 H2O |
| 1,0 mg/i | CoSO4 | . 7 H2O |
| 0,048 mg/1 | NiSO4 | • 7 H2O |
| 0,10 mg/1 | Al2(SO | 4)3 - 4 H2O |
| 0,20 mg/1 | CrCl3 | * * H2° |
| 0,085 mg/1 | H3BO3 | |
| 1,25 mg/1 | PeSO4 | • 7 H2O |
| 2,1 mg/1 | Ha2IdO4 | . . 2H0 |
| 0,045 rag/1 | ||
Als Stickstoffquelle und zur Einstellung des pH-Wertes wurde Ammoniakwasser verwendet·
Der Erdgas- und Luftverbrauch pro 1 1 Kulturmedium betrug und 45 l/h.
Die Züchtung wurde bei einem atmosphärischen Druck, einer Temperatur von 450C, einem pH-Wert von 5,0 und einer Durchfluß· rate von 0,25 h durchgeführt«
Dabei betrug die Biomassekonzentration 11 g/l Trockensubstanz (BTS), der Rohproteingehalt - 77 %·
Unter unsterilen Bedingungen betrug die Infizierung durch die Begleitflora 8 %.
Die Züchtung erfolgte auf einem Nährmedium, das im Beispiel 1 abgegeben ist«. Die Temperatur betrug 45°C .und der pH-Wert 5,5 bis 5,6· Der Erdgasr und Luft-Verbrauch beträgt,25 und too vor/Yl pro m Medium,
Die Züchtung wurde unter einem Druck von 7 ata durchgeführ
Dabei wurde eine Produktivität von 6,2 kg/пг» h bei einer Wachstumsrate von 0,27 ti und einer Konzentration der Biomasse von 23 kg/m Trockensubstanz BTS erhalten*
ta Der Infektionsgrad durch die Begleitflora betrug 10 %· Roh-
proteingehalt 77 %· Beispiel 3
Die Züchtung der Bakterien wurde im diskontinuierlichen Betrieb auf einera im Beispiel 1 angeführten Itfährmedium bei einer Temperatur von 42°C und einera pH-Wert von 5,5» bei einem Druck tO von 5 ata durchgeführt. Der Erdgas- und Luft-Verbrauch beträgt
3 3
entsprechend 30 und 120 щ /h pro m"„
Der Druck wurde bis aum Erreichen einer Biomassekonzentration von 10 kg/m BTS gesteigert« Dabei wurde eine Biomaßsekonzentration von 100 kg/m BTS in 40 Stunden erreicht»
Claims (1)
- Verfahren zur Gewinnung von Eiv/eißbiomasse durch Kultivierung von Mikroorganisoien auf der Basis von gasf örtaigen Kohlenwasserstoffen, insbesondere Methan und/oder Erdgas, dadurch gekenn~ zeichnet, daß der Bakterlenstarnen WSB 874 - ZMPM W - 1743kontinuierlich bei einer Durchflußrate von I) » 0,2 bis 0,3 hbei einer Temperstur von 42 bis 490C und einem pH-Wert von
4»4 bis 5,6 und unter vorzugsweise erhöhtem Druck, kultiviert wird*
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| Country | Link |
|---|---|
| DD (1) | DD157866A3 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0617129A3 (de) * | 1993-03-26 | 1995-03-15 | Boc Group Inc | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Bioproteinen. |
-
1980
- 1980-10-06 DD DD22435780A patent/DD157866A3/de not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0617129A3 (de) * | 1993-03-26 | 1995-03-15 | Boc Group Inc | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Bioproteinen. |
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