DD201147A1 - Verfahren zur gewinnung von eiweissreichen nukleinsaeurearmen biomassen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Biotechnologie, insbesondere die Kultivierung von als Futtermittel geeigneten Mikroorganismen. Ziel der Erfindung ist ein Verfahren, das die kostensparende und ohne erhoehten technologischen Aufwand durchfuehrbare Herstellung einer als Futtermittel geeigneten Biomasse erlaubt. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, das die Produktion einer Biomasse mit hohem Rohprotein- und niedrigem Nukleinsaeuregehalt ermoeglicht. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe so geloest, dass die Verweilzeit des Kulturmediums im Fermentationsprozess 3,5 bis 5 Stunden, die Fermentationstemperatur 31 bis 34 grd C und der spezifische Verbrauchswert fuer Phosphor 12 bis 18g P/kg HTS betragen.
Description
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Titel
Verfahren zur Gewinnung von eiweißreichen nukleinsäurearmen Biomassen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von eiweißreichen nukIeinsäurearmeη Biomassen, die durch eine mikrobielle Konvertierung von Kohlenwasserstoffgemischen, insbesondere Erdöldestillaten bzw« -raffinaten mit einem n-Kohlenstoffkettenlangenbereich von Cq bis C,q mit Hefen gewonnen werden· Sie kann in der mikro- . biologischen Industrie angewendet werden und ist in die IPK C 12 N einzuordnen·
Mikrobielle Biomassen, die durch Kultivierung von Mikro-Organismen, z«B. auf der Basis von Kohlenwasserstoffgemischen, insbesondere n-alkanhaltigen Erdöldestillaten bzw, -raffinaten des Kohlenstoffkettenlängenbereiches C bis Coq gewonnen werden, werden bekanntlich im Fermentationsprozeß erzeugt* Entsprechende Verfahren sind in DE-OS 1 417 560, DE-OS 1 470484, DE-OS 1 470 490, DE-OS 1 470 517 und DD-WP 105 825 beschrieben· In den genannten Verfahren wird die Raum-Zeit<-Ausbeute dea Fermentationsprozesses von der Wachstumsgeschwindig keit der eingesetzten Mikroorganismen als Produktionsstamme, dem angewendeten Fermentortyp und den angewendeten Fermentationsbedingungen bestimmt«
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Die Qualität der gewonnenen Biomassen wird durch die spezifischen Eigenschaften des Produktionsstammes, sowie durch die Fermentations- und Aufarbeitungsbedingungen zur Gewinnung von Biomasse beeinflußt. Die wesentlichen Qualitätskennziffern mikrobieller Biomasse, der Rohprotein- und Nukleinsäuregehalt, werden durch das Regime des angewendeten Fermentationsprozesses bestimmt. Es ist gleichzeitig bekannt, daß Fermentationen mit Hefen oder Bakterien zu Biomassen führen, die sich signifikant im Rohprotein- und Nukleinsäuregehalt unterscheiden. So ist der Rohproteingehalt bei Bakterien meist größer als bei Hefen, aber zugleich ist der Nukleinsäuregehalt der gewonnenen Biomasse ebenfalls höher. Erhöhte Nukleinsäuregehalte in· mikrobiellen Biomassen sind aus ernährungsphysiologischen Gründen unerwünscht. Deshalb sind aus der Literatur zur Gewinnung von mikrobiellen Biomassen und Eiweißkonzentraten eine große Zahl von Verfahren bekannt, die die Entfernung der Nukleinsäuren zum Ziele haben. Diese Verfahren zur Entfernung bzw. Erniedrigung des Nukleinsäuregehaltes aus Biomassen bedeuten einen zusätzliche] technisch-ökonomischen Aufwand für das Biomassegewinnungsverfahren. (Lovland, J., Horper, J.M. und Frey, A.L-. Lebensm.-Wiss. u. - Technologie 9, 131-142 (1976)). Außer den Verfahren, die einen zusätzlichen technologische] und damit ökonomischen Aufwand zur Entfernung bzw. Erniedrigung des Nukleinsäuregehaltes in Biomassen notwendig machen, gibt es auch ein Verfahren zur Reduzierung des Nukleinsäuregehaltes von Mikroorganismen, nach dem in der Wachstumsphase befindliche Mikroorganismen mit Sauerstoff und einem wäßrigen Nährmedium in Berührung gebracht werden, wobei in letzteren ein Inhibitor enthalten ist. Solche Inhibitoren stellen Antibiotika, Analoge von Aminosäuren, Analoge von Purin- oder Pyrimidinbasen oder Kohlendioxid dar. Eine Senkung der Nukleinsäurekonzentration um maximal 60 % des Ausgangswertes ist möglich.
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Bei diesem Verfahren resultiert aus der Zugabe eines Hilfsstoffes in den Fermentationsprozeß ein erhöhter technologischer und ökonomischer Aufwand, wobei diese Zugabe auch zu anderen Beeinträchtigungen des Prozeßablaufes führen kann.
Ziel der Erfindung ist ein Verfahren, das die kostensparende und ohne erhöhten technologischen Aufwand durchzuführende Herstellung einer als Futtermittel ge-TO eigneten Biomasse erlaubt,
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das die Produktion einer Biomasse mit hohem Rohprotein- und geringem Nukleinsäuregehalt ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe so gelöst, daß im Fermentationsprozeß eine günstige Verweilzeit des Kulturmediums im Fermentor bei einer gleichsfalls günstigen Fermentationstemperatur und einem bestimmten Phosphat-Gehalt im Nährme- dium angewendet wird.
Auf der Grundlage der Tatsache, daß die Wachstumsrate bzw. Verweilzeit von Mikroorganismen im Fermentationsprozeß einen entscheidenden Einfluß auf die Höhe des Rohprotein- und Nukleinsäuregehaltes ausübt, wurde bei Hefen und Kohlenwasserstoffgemischen, insbesondere Erdöldestillaten bzw. Raffinaten als Substrat, gefunden, daß für den Erhalt einer hohen Produktivität sowie eines hohen Rohproteingehaltes in der Futterhefe bei gleichzeitig niedrigem Nukleinsäuregehalt in der Größenordnung von 4,0 bis 8,0 % Verweilzeiten von 3»5 bis 5 Stunden, vorzugsweise 4 Stunden, bei einer Fermentationstemperatur von 31° bis 34° C, vorzugsweise 33° C, angewendet werden müssen.
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Gleichzeitig wurde festgestellt, daß der Nukleinsäuregehalt von Hefen durch den angebotenen Phosphor im Nährmedium beeinflußt werden kann« So hat sich für den Erhalt niedriger Nukleinsäurewerte in Kombination mit den vor- her genannten Maßnahmen ergeben, daß ein Phosphorgehalt in der Futterhefe von 1,1 bis 1,7 %, vorzugsweise 1,3 günstig ist. Das entspricht einem spezifischen Verbrauchswert in der Fermentation von 12 bis 18 g/kg Hefetrockensubstanz, wobei in wäßrigem Kulturmedium eine Phosphatkonzentration von < 20 mg P/l angestrebt werden sollte.
Durch die Kombination vorstehend genannter Prozeßbedingungei in der Fermentation wird eine Biomasse erhalten, die einen hohen Rohproteinwert und einen verminderten Wukleinsäurewert aufweist und als Futtermittelkomponente geeignet ist.
Ausführungsbeispiel
Am nachstehenden Beispiel ist die Erfindung näher erläutert.
3 In einem Rührfermentor mit einem Gesamtvolumen von 250 m und einem Arbeitsvolumen von 90 t werden in einem kontinuierlichen Verfahren Hefen des Stammes Lodderomyces elongisporus auf einer Erdöldestillatfraktion vom Siedebereich 240 bis 36O0 C gezüchtet. Der n-Alkangehalt im eingesetzten Erdöldestillat beträgt 16,3 %* Die Fermentationstemperatur ist 33° C, der pH-Wert 4,2. Die' spezifische Begasungsintensität beträgt 64OO m /h, die Energieaufnahme 26O kW. Die Verweilzeit beträgt 4,5 Stunden. Die Mhr-und Spurensalze werden in Form von zwei Nährsalzlösungen in den Fermentationsprozeß eingeführt, eine 15 %ige wäßrige Kaliumchloridlösung und eine saure Salzlösung, bestehend aus Magnesiumsulfat, Kupfersulfat, Zinksulfat, Mangansulfat, Eisen-III-chlorid, Phosphorsäure und Wasser.
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Die spezifischeh Verbrauchskennziffern lauten:
Element Spez.Elementbedarf eingesetzter
g E/kg HTS Rohstoff
P 17,5-18 Phosphorsäure, 74,5%ig
K 20 Kaliumchlorid
Mg 0,94 Magnesiumsulfat
Pe 0,02 Eisen-III-chlorid
Cu 0,02 - 0,03 Kupfersulfat
Mn 0,16 Mangansulfat
Zn 0,22 Zinksulfat
In das wäßrige Kulturmedium wird zur Intensivierung dea Permentationsprozesaes eine Hilfskombination von der Struktür Propylenoxid-ethylenoxidaddukt-/Polyethy1englyko1 in einer Konzentration von 600 mg/1 wäßriges Kulturmedium zugegeben.
Die Produktivität des Fermentationsprozesses beträgt 3,6 kg/ HTS/ t · h.
Durch Aufrahmung erfolgt aus dem Vierphasengemisch Erdöldestillat/Biomasse/Prozeßwasser/Luft eine Abscheidung von 60 % des Prozeßwassers· Zur Erdöldestillat/Biomasse/Pr-ozeßwasser-Suspension gibt man ca. 0,8 g der genannten Hilfsstoffkombination zu und erhitzt die Suspension auf 80 bis 85° C. Mittels zweier Industrie-Separatoren wird das entparaffinierte Erdöldestillat weitgehendst und weiteres Prozeßwasser abgetrennt.
Die aufkonzentrierte Biomassesuspension wird durch Vakuumeindampf ung weiter angereichert und anschließend in einem Sprühtrocknungsprozeß getrocknet. Die Prozeßwässer aus der Aufrahmung und ca. 40 % der in der Separation abgetrennten wäßrigen Phase werden in den Fermentationsprozeß zurückgeführt.
Durch eine extraktive Reinigung der Trockenbiomasse in einer kontinuierlichen Drehscheibenextraktionsanlage bei 40° C mit einem Extraktionsmittelgemisch Benzin-Ä'thanol-Wasser (80-
3,5 19-1 Vol.%) werden die restlichen Kohlenwasserstoffe und der Hauptteil der Lipide aus der Biomasse entfernt. Das Extraktionsmittel wird anschließend aus der extrahierten
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Biomasse durch eine zweistufige thermische Trocknung entfernt. Das erhaltene Endprodukt zeichnet sich durch einen hohen Rohproteingehalt, einen verminderten Nucleinsäuregehalt und eine hohe Rohproteinverdaulichkeit aus.
Kennwerte der Biomasse, bezogen auf Trockenprodukt:
Aussehen: beige bis hellbraun Rohproteingehalt: 62,3 %
Besatz: ohne Lysingehalt: 7,6 %
Gefüge: nicht klumpig Methioningehalt: 1,4 %
Geruch: arteigen Nukleinsäuregehalt: 7»1 %
Phosphorgehalt: 1,2 %
Im Vergleich zu Beispiel 1 wird ein weiterer Versuch unter den geschilderten Arbeitsbedingungen durchgeführt. .Zum Unterschied beträgt die Verweilzeit des Kulturmediums im Permentor 3,3 h, die Fermentationstemperatur 28° C und der spezifische Phosphorverbrauchswert 21,0 g/kg Hefetrokkensubstanz.
Die Produktivität des Fermentationsprozesses beträgt 2,9 kg HTS/t.h.
Die unter den genannten Prozeßbedingungen erhaltene extrahierte Biomasse weist folgende Kennwerte auf:
Kennwerte der Biomasse, bezogen auf Trockenprodukt:
Aussehen: beige bis hellbraun Rohproteingehalt: 60,8 %
Besatz: ohne Lysingehalt 6,5 %
Gefüge: nicht klumpig Methioningehalt 1,3 %
Geruch: arteigen Nukleinsäuregehalt 8,4 %
Phosphorgehalt: 1,8 %
Claims (1)
- -*- 23 3 861 2Erfindungsanspruch1. Verfahren zur Gewinnung von eiweißreichen nukleinsäure armen Biomassen, die durch Züchtung von Hefen auf Kohlenwasserstoffgemischen, insbesondere Erdöldestillaten bzw. -raffinaten mit einem Kohlenstoffkettenlängenbereich Cq bis CUq erhalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeiten des Kulturmediums im Fermentationsprozeß 3,5 bis 5,0 Stunden, vorzugsweise 4,0 Stunden, bei einer Fermentationstemperatur von 31 bis 34 C, vorzugsweise 33° C, betragen und daß der spezifische Verbrauchswert für Phosphor im Fermentationsprozeß 12 bis 18 g P/ kg Hefetrockensubstanz, vorzugsweise 15 bis 17 g P/kg Hefetrockensubstanz, beträgt.
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