DD203745A1 - Verfahren zur gewinnung von biomasse - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein biotechnologisches Verfahren zur Kultivierung von Hefen durch aerobe Fermentation unter ungeschuetzten Bedingungen. Das Ziel der Erfindung ist die Kultivierung von Hefen auf kohlenhydrathaltigen Substraten und/oder Essigsaeure als C-Quelle bei hoeheren Temperaturen und hohen Produktivitaeten. Die erzeugte Biomasse soll eine hohen Rohproteingehalt aufweisen. Das Ziel wird durch die kontinuierliche Kultivierung des Hefestammes Lodderomyces elongisporus EH 60 ZIMET 43671 erreicht, wobei als Kultivierungsbedingungen ein Temperaturbereich von 35 bis 43 Grad C, vorzugsweise zwischen 38 und 41 Grad C, ein pH-Bereich von 2,5 bis 4,5, vorzugsweise zwischen 3,5 bis 4,2 und Durchfluszraten von 0,2 bis 0,6 h&exp-1!, vorzugsweise zwischen 0,3 und 0,4 h&exp-1! zu realisieren sind. Die spezifischen Ertragskoeffizienten betragen 0,48 bis 0,51 g Hefetrockenmasse pro g Saccharose und der Rohproteingehalt bewegt sich zwischen 55 und 57 %. Die Erfindung kann in der mikrobiologischen Industrie zur Erzeugung von mikrobiellem Eiweisz genutzt werden.
Description
236027 4
Titel
Verfahren zur Gewinnung von Biomasse Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein biotechnologisches Verfahren zur Kultivierung von Hefen durch aerobe Fermentation unter Verwendung von kohlenhydrathaltigen Substraten und Essigsäure als C-Quelle. Die Erfindung wird in das Gebiet der mikrobiοlogischen Eiweiß- und Produktgewinnung eingegliedert und kann in Anlagen zur Putterhefehersteilung genutzt werden.
Die Erfindung ist in die IPK C 12 Ή einzuordnen.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Die industrielle Kultivierung von Hefen auf kohlenhydrathaltigen Substraten zur Gewinnung von Biomasse ist bekannt, Es werden sowohl Hydrolysate von Pflanzen und Abwässern dei Zelluloseindustrie als auch Rohrohrzucker als Substrate eingesetzt. Als Mikroorganismus wird hauptsächlich die Hefe Candida utilis eingesetzt. Als Begleitorganismen treten bei der FutterhefeZüchtung auf Melasse oder Sulfitablaugen Candida tropicalis oder Candida mycoderma auf. Wie aus der Literatur bekannt ist, hat die Verweilzeit der Mikroorganismen im stationären Zustand der kontinuierlichen Fermentation bzw. die Durchflußrate einen entscheidenden Einfluß auf die Hefeausbeute und Zusammensetzung der Hefe.
(Die Hefen, Bd. II, Verlag Hans Carl Nürnberg
G. Sobkowicz, Food Waste 1976, 42 - 57 (CA. 88/150532)
G. Frommholz et al. Chem. Techn. 30 (1978) 4, 180 - 185)
In den heute gebräuchlichen technischen Verfahren zur Futterhefeproduktion wird mit Verweilzeiten von etwa 4,0 h bei der Fermentation von Melasse und 5 h bei der Fermentation von Sulfitablaugen gearbeitet. Als günstiger pH-Wert hinsichtlich Ausbeute und Infektionsanfälligkeit wurde für die Melassefermentation ein Wert zwischen 3,8 und 4,2 und für die Sulfitablaugenfermentation ein Wert zwischen 4,8 und 5,2 ermittelt. Untersuchungen zur Abhängigkeit der Ausbeute von der Temperatur ergaben, daß die optimale Temperatur der Verhefung im Bereich von 33 bis 36° C liegt. Sei Temperaturen von über 40° C tritt eine Schädigung der Hefezellen ein, so daß es zu einer Wachstumshemmung und damit zu einer Ausbeuteminderung kommt. Bei Einhaltung der optimalen Parameter werden bei der Futtereiweißproduktion auf Basis von Melasse Ausbeuten bis 52 % erzielt, wobei der Rohproteingehalt der Futterhefe 48 bis 52 % beträgt.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Kultivierung von Hefen bei höheren Temperaturen und hohen Produktivitäten unter gleichzeitiger Gewährleistung der biologischen Stabilität während des Kultivierungsprozesses durchzuführen. Die erzeugte Biomasse soll sich durch einen hohen pLohproteingehalt auszeichnen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen schnellwüchsigen Hefestamm auszuwählen, der in der Lage ist, hohe Zulaufkonzentrationen der Kohlenstoffquelle bei hohen Verdünnungsraten und Temperaturen in eiweißreiche Biomasse umzuwandeln. Die Aufgabe, wird gelöst mit einem Hefestamm
Sm *J V \J &, f *ζ-
der Gattung Lodderomyces elongisporus. Dieser Stamm trägt die Bezeichnung EH 60 - ZIMET 43671 und wurde in der Hinterlegungsstelle der IMET-KuI tür ens aimnlung im Zentralinstitut für Mikrobiologie und experimentelle Therapie der Akademie der Wissenschaften der DDR, 6900 Jena, Eeuthenbergerstr. 11, hinterlegt.
Dieser Hefestamm ist durch folgende Merkmale charakterisiert: Er v/eist im Temperaturbereich über 37 C eine relativ hohe Wachstumsgeschwindigkeit auf und zeigt eine gute Assimilationsfähigkeit für verschiedene Zucker, Alkohole und organische Säuren. Er wächst in kontinuierlicher Kultivierung in Form von mittelgroßen, ovalen Zellen, die leicht separierbar sind. Auf glukosehaltigen Hährböden bildet der Stamm runde ganzrandige, konvexe, leicht gelbliche Kolonien mit halbmatter glatter Oberfläche.
Für die Kultivierung wird ein Hahrmedium eingesetzt, daß als C-Quelle niedermolekulare Kohlenhydrate in reiner Form oder als Bestandteile von Abprodukten (Melasse, Schlempe, Maisquellwasser, Sulfitablaugen u.a.), Essigsäure oder deren Gemische (Essigsäure/Saccharose) und mineralische Bestandteile enthält. Die Hefe ist vitamin- oder wuchsstoffbedürftig. Auf einen Einsatz von Vitaminen oder Wuchsstoffen kann aber verzichtet werden, wenn im Fermentationsprozeß ein zweiter Wuchsstofflieferant - wie z.B. der Hefestamm. Hansenula fabianii H 180 ZIMET 9-36ΨΖ , der ebenfalls unter der vorgenannten Bezeichnung in der Hinterlegungsstelle der BCET-KuItürensammlung hinterlegt wurde, in Anteilen von 5 bis 50 % vorzugsweise 10 bis 20 % gezüchtet wird.
Bei Kultivierung des HefeStammes EH 60 - ZHiET 43671 auf Melasse, Maisquellwasser oder Schlempe vermag dieser ohne zusätzliche Vitamin oder V/uchsstoffbeigaben zu wachsen. Der Zubereitung der mineralischen Mhrsalzlösung werden folgende Bedarfswerte zugrunde gelegt:
1OO mg N/g HTS 27,8 mg P/ g HTS 26 mg K/ g HTS 2,1 mg Mg/ g HTS 0,3 mg Fe/ g HTS 0,15 mg Mn/ g HTS 0,15 mg Zn/ g HTS 0,03 mg CU/ g HTS
Die Kultivierung der Hefe erfolgt in einem Temperaturbereich von 35 bis 45° G und einem pH-Bereich zwischen 2,5 und 4,5 unter ungeschützten Bedingungen. Mit dieser Kultur können Durchflußraten bis 0,63 h~ realisiert werden. Zum Zweck einer ausreichenden Sauerstoffversorgung der Kultur wird das Fermentationsmedium mit Luft einer Intensität von 100 bis 200 1 kg"""1 h~1 begast, wobei die Bedingungen für den O2 - Übergang so eingestellt werden, daß ständig die Gelöstsauerstoffkonzentration 10 bis 20 % des Maximalwertes beträgt.
Die gewonnene Biomasse besitzt einen Rohproteingehalt von 55 bis 57 %.
Die Erfindung wird an vier Beispielen erläutert.
In einem für aerobe Fermentation geeigneten Reaktor von 13 1 Inhalt werden 4 kg eines Hahrmediums. folgender Zur? sammensetzung pro Liter zugeführt:
50 g Saccharose 1,45 g K2SO4 1,5. ml 85 folg H3PO4
525 mg MgSO4 . 7 H2O 50 mg FeSO4 , 7 H2O 17 mg ZnSO4 .1H2O 17 mg MnSO4 . 5 H2O 3,08 mg GuSO4
Das Mhrmedium wird mit konzentrierter Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 2 eingestellt, lach Zudosierung von Ammoniakwasser bis zum Irreichen eines pH-Wertes von 4,0 und einer Temperierung auf 39° C wird dem Fermentorinhalt das Inoculum eines Hefegemisches von 85 % Lodderomyces elongisporus EH 60 ZIMET 43671 und 15 % Hansenula fabiani H 180 ZIMET 436 72 zur Beimpfung so zugesetzt, daß gleichzeitig das ursprüngliche Hährmedluin eine Masse von 5 kg hat· Bei gleichzeitiger Begasung und Durchmischung wird die diskontinuierliche Anzucht der Kultur bis zur Auszehrung der Saccharose fortgeführt- Danach wird mit der kontinuierlichen Fermentation begonnen« Die Saccharosekonzen-
— 1
tration des Umlaufes beträgt dabei 40 gl , die mineralische Nährlösung entspricht der Zuckermenge· Die Kultivierung wird bei einer Verdünnungsrate von 0,35 h~ , einem konstanten pH-Wert von 4,0 und einer Temperatur von 39° C vorgenommen· Die pH-Regelung erfolgt mit Ammoniakwasser*
Nach Einstellung des stationären Zustandes wird eine Ablaufkonzentration von 19,8 g HTS pro Liter erreicht, das einem spezifischen Saccharoseverbrauch von 2,02 g Saccharo pro Gramm HTS entspricht·
Die diskontinuierliche Anzucht wird bis auf die Temperatur unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 durchgeführt· Die Temperatur beträgt in diesem Fall 42° C. Bei der anschließend durchgeführten kontinuierlichen Fermentation werden folgende Bedingungen gewählt:
pH-Wert: 4,0 Temperatur: 42° C Durchflußrate: 0,33 h~1
Die Umlaufkonzentration an Saccharose und mineralischer Nahrsalzlösung und die Versuchsdurchführung sind die gleichen wie im Beispiel 1.
Es wird im Ablauf eine HTS-Konzentration von 18,5 gl erreicht, der spezifische Saccharoseverbrauch beträgt 2,16 gl"1.
Die Kultivierung wird unter den gleichen Bedingungen, wie im Beispiel 1 angegeben, durchgeführt, jedoch wird als C-Quelle Melasse und zur Beimpfung ein Inoculum der Hefe Lodderomyces elongisporus EH 60 ZDIET 43671 eingesetzt. Nach Einstellung des stationären Zustandes wurde eine Ablauf konzentration von 19,5 g HTS pro Liter erreicht.
Einem 13 1-Permentor werden 4 &g Mhrmedium mit nachfolgender Zusammensetzung zugeführt:
10 g Essigsäure 23 g Saccharose 0,87 g K2SO4 0,9 ml 85 %±s H3PO4 315 mg MgSO4 . 7 H3O 30 mg PeSO4 . 7 H2O 10,2 mg ZnSO4 . 7 H2O 10,2 mg IvInSO4 . 5 H3O 1,85 mg CuSO4 .5 H2O
Mach vorheriger Einstellung eines pH-Wertes von 2 mit konzentrierter Schwefelsäure, wird Ammoniak bis zum Erreichen eines pH-Y/ertes von 4,0 zudosiert und der Fermentorinhalt auf 38° C temperiert. Zur Beimpfung wird das Inoculum eines Hefegemisches von 80 % Lodderomyces elongisporus EH 60 ZIMET 43671 und 20 % Hansenula fabianii H 180 ZIMET 43672 so zugesetzt, daß das ursprüngliche Mhrmedium eine Masse von 5 kg hat. Die diskontinuierliche Anzucht der Kultur wird bei gleichzeitiger Begasung und Durchmischung bis zur Auszehrung der Saccharose und Essigsäure fortgeführt. Anschliessend wird mit der kontinuierlichen Fermentation begonnen. Die Konzentration des Essigsäure/Saccharose-Gemisches im Zulauf beträgt 40. gl , wovon 30 % Essigsäure sind, die mineralische Nährlösung ent-
vy υ
spricht der Konzentration des Substratgemisches. Die KuI-
— 1 tivierung wird bei einer Verdünnungsrate von 0,34 h , einem konstanten pH-Wert von 4,0 und einer Temperatur von 38° C vorgenommen. Die pH-Regelung erfolgt mit Ammoniakwasser. Nach Einstellung des stationären Zustandes wird eine Ablaufkonzentration von 19, 5g HTS pro liter erreicht, das einem spezifischen Substratverbrauch von 2,05 g Saccharose/Essigsäure (70/30) pro Gramm HTS entspricht.
Claims (3)
1. Verfahren zur Gewinnung von mikrobiellem Eiweiß durch Kultivierung von Hefen auf der Basis von Kohlenhydraten (wie z.B. Saccharose), kohlenhydrathaltigen ' Abprodukten (wie Melasse, Sulfitablauge), Essigsäure und deren Gemische als Kohlenstoffquelle in Gegenwart einer mineralischen Nährlösung und Wuchsstoffen (wie z.B. Hefextrakt, Biotin) oder eines zweiten Mikroorganismus als WuchsstoffIieferant, der ein Bakterium oder eine Hefe sein kann, gekennzeichnet dadurch, daß der Hefestamm Lodderomyces elongisporus EH 60 ZIMET 43671 bei einem pH-Wert von 2,5 bis 5,0, vorzugsweise bei pH 3,5 bis 4,2, bei einer Temperatur von 30 bis 45° C, vorzugsweise zwischen 38 und 41° C und bei Durchflußraten von 0,2 bis 0,6 h , vorzugsweise bei 0,3 bis 0,4 h kultiviert wird.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als wuchsstoffliefernder Mikroorganismus der Hefestamm Hansenula fabianii H 180 ZBCST 43632 eingesetzt wird.
3- Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei kohlenhydrathaitigen Kohlenstoffquellen, die auch Wuchsstoffe enthalten, keine zusätzlichen Wuchsstoffe eingesetzt werden.
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