DD214145A1 - Verfahren zur reinigung von mikrobiellen biomassen und zur abtrennung von zellinhaltsstoffen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von mikrobiellen Biomassen von Substratresten und zur Abtrennung von lipophilen Zellinhaltsstoffen mit Hilfe von Gasen unter Druck und bei erhoehter Temperatur. Erfindungsgemaess wird die mikrobielle Biomasse in einer ersten Verfahrensstufe mit einem ueberkritischen Gas, vorzugsweise mit CO tief2 oder leichten Kohlenwasserstoffen, in Kontakt gebracht. In einer zweiten Verfahrensstufe wird zu dem Gas eine Selektivkomponente, vorzugsweise ein Alkohol oder Keton, im Masseverhaeltnis von etwa 1:1 bis 10:1 zudosiert. Auf diese Weise ist die stufenweise Entfernung der Substratreste und biogenen Lipide moeglich. Als Ausgangsmaterial sind beispielsweise mikrobielle Biomassen einsetzbar, die auf Erdoelkohlenwasserstoffen kultiviert wurden. Das erfindungsgemaesse Verfahren ist schonend und gewaehrleistet das Erreichen einer hohen Reinheit der mikrobiellen Biomassen.
Description
Titel
der
Erfindung
Verfahren zur Reinigung von mikrobieilen Biomassen und zur Abtrennung von Zellinhaltsstoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von mikrobiellen Biomassen von Substrat resten und zur Abtrennung von Zellinhaltsstoffen durch Behandlung mit Gasen unter Druck und bei erhöhter Temperatur« Die Erfindung kann unter anderem genutzt werden zur Entfernung von Kohlenwasserstoffen und zur Abtrennung biogener Lipide aus mikrobiellen Biomassen,, die auf Erdölkohlenwasserstoffen kultiviert wurden« Die Erfindung ist in die IPK C 12 N einzuordnen.
Charakteristik
der
bekannten technischen Lösungen
Mikrobielle Biomassen enthalten außer Proteinen in größeren Mengen Kohlehydrate« Nukleinsäuren und Lipide, insbesondere Phosphatide, Glyceride, freie Fettsäuren sowie in geringen Mengen Sterole, Vitamine und Coenzyme. Die auf kohlenwasserstoffhaltigen Substraten» beispielsweise Erd-
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öldestillaten oder n-Alkanen» kultivierten mikrobiellen Biomassen sind außerdem durch Substratreste verunreinigt« Die Reinigung der mikrobiellen Biomassen von Substratresten (Kohlenwasserstoffen) ist vor ihrem Einsatz als Futtermittel oder vor ihrer Weiterverarbeitung zu Proteinen für die menschliche Ernährung ein notwendiger Verfahrensschritt,
Oie mehr oder weniger vollständige Abtrennung von ZeIlinhaltsstoffen , beispielsweise von biogenen Lipidsn,
IQ kann aus organoleptischen, physiologischen oder toxikologischen Gründen oder wegen ihrer Bedeutung als Rohstoffe vorgenommen werden. Lipide beeinträchtigen den Geschmack und beschränken die Lagerfähigkeit durch Ranzigwerden, Aus Fütterungsversuchen ist bekannt, daß bestimmte Lipide, beispielsweise Bakterienfettsäuren, das Wachstum der Versuchstiere depressiv beeinflussen und toxisch wirken können ('/s/. Rambeck, H» Beck; Fette, Seifen, Anstrichmittel» 80 (1978), 604). Andererseits sind mikrobielle Lipide interessante Rohstoffe für die chemische und pharmazeutische Industrie· Es ist daher wichtig* den Lipidgehalt in mikrobiellen Biomassen zu senken«
Die Entfernung von Kohlenwasserstoffen aus mikrobiellen Biomassen erfolgt gegenwartig vorzugsweise durch Extraktion mit flüssigen Lösungsmitteln, dabei werden gleichzeitig die lipophilen Zellinhaltsstoffe mehr oder weniger vollständig abgetrennt» Nach den bekannten Verfahren werden Trockenprodukte oder wässrige oder wasserhaltige Mikroorganismensuspensionen mit Lösungsmitteln oder Lösungsmittelgemischen mehrstufig extrahiert» Häufig wird vor der Extraktion ein mechanischer oder chemischer ZallaufSchluß vorgenommen.
Als Extraktionsaiittel dienen vorzugsweise Kohlenwasserstoffe und/oder polare Lösungsmittel einzeln oder im Gemisch oder in Gegenwart von Wasser» Die verwendeten Kohlenwasserstoffe sind vorzugsweise Hexan oder Leichtbenzine» Die polaren Losungsmittal sind meist Alkohole f vor, diesen werden Methanol (DD-WF 151 576), Ethanol (DE-CS 2 405 593) und iso-Propanol (DD-WP 141 610) bevorzugt.
Häufig werden Gemische aus Kohlenwasserstoffen und Alkoholen als Extraktionsmittel verwendet (DD-AP 53 984, DD-VVP 124 057) <, Bekannt ist weiterhin die Lipidextraktion mit Methanol-Chloroform-Mischungen» Als polare Lösungsmittelkomponenten werden auch Aceton (DD-WP 108 320), dipolar-aprotische Lösungsmittel, wie Dimethylformamid oder Dimethylsulfoxid, (DD-WP 145 406), und andere verwendet» Die bekannten Hxtraktionsverfahren sind in der technischen Ausführung aufwendig. Es werden große Mengen an Lösungsmittein sowie umfangreiche Apparaturen für den Extraktionsprozeß und für die Lösungsmittelrückgewinnung benötigt. Die Qualität der extrahierten Biomassen genügt häufig nicht den gestellten Forderungen hinsichtlich Restsubstrat-(Restkohlenwasserstoffe) und Restlipidgehalt« Infolge der Porosität des Feststoffes können außerdem beträchtliche Mengen an Extraktionsmittel an der extrahierten Biomasse haften bleiben« Dadurch treten sicherheitstechnische und ernährungsphysiologische Risiken auf» Weiterhin können bei der Verwendung polarer Extraktionsmittel Veränderungen an der chemischen Struktur bei verschiedenen lipophilen Zeilinhaltsstoffen, beispielsweise bei Phosphatidsn und Ubichinonen, auftreten* deren Gewinnung sinnvoll arscheint
Sei Verfahren, bei denen eine Abreicherung von Zellinhaltsstoffen durch alkalischen ZellaufschluS bei erhöhten Temperaturen erfolgt t geht ein Teil der Proteine in einen vom Organismus nicht verwertbaren Zustand über«
Ziel
der
Erfindung
Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Reinigung von mikrobiellen Biomassen von Substrat resten und zur Abtrennung von lipophilen Zeilinhaltsstoffen, welches das Erreichen einer hohen Reinheit der mikrobiellen Biomassen gewährleistet und bei dem vom Organismus verwertbaren Bestandteile sowie die abgetrennten Zellinhaltsstoffe nicht geschädigt oder verändert werden»
'.Vesen der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde. Substrat rest© und lipophile Zellinhaltsstoffe aus mikrobiellen Biomessen mit Hilfe von Gasen unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur zu extrahieren.
ErfindungsgemäS wird diese Aufgabe gelöst» indem das Ausgangsmaterial mit Gasen unter überkritischen Bedingungen ohne oder mit Zusatz von Selektivkomponenten ein- oder mehrstufig in Kontakt gebracht wird.
-Q Als Ausgangsmaterial sind beispielsweise mikrobielle Biomassen einsetzber,. die auf Erdölkohlenvvasserstof fen kultiviert wurden» Derartige mikrobielle Biomassen enthalten immer beträchtliche Mengen an Substratanteilen und biogenen lipophilen Zeilinhaltsstoffen, die^eine direkte Verwendung der Biomassen für Fütterungs- und Srnährungszwecke ausschließen.
Das erfindungsgemäße Verfahren .beinhaltet die Reinigung der mikrobiellen Biomassen von Substratresten und die Abtrennung von lipophilen Zellinhaltsstoffen in zwei Stufen, In einer ersten Verfahrensstufe kann die Hauptmenge der Substrat rests * insbesondere Kohlenwasserstoffe, aus der Biomasse entfernt werden und in einer zweiten Verfahrensstufe können bevorzugt lipophile Zellinhaltsstoffe sowie die restlichen Verunreinigungen abgetrennt werden«
Das Ausgangsmaterial wird in ein Druckgefäß gefüllt und in der ersten Verfahrensstufe nur mit der gasförmigen Komponente beaufschlagt, welche zuvor durch Druck- und Temperaturerhöhung in den überkritischen Zustand überführt wird, Als gasförmige Komponente sind Kohlendioxid und laichte Kohlenwasserstoffes
3Q vorzugsweise Ethan oder Propan* geeignet« Der Arbeitsdruck kann das 1,1- bis 5-fache» vorzugsweise das 1,1- bis 2-fache4 des kritischen Druckes betragen»' die Arbeitstemperatur soll über der kritischen Temperatur, vorzugsweise 2 bis 20 ^0 darüber, liegen«
Das beladene Gas wird nach Verlassen des Druckapparates' durch Druck- und/oder Temperaturänderung von den gelasten flüssigen Bestandteilen getrennt und wieder in den ProzeS zurückgeführte Die abgeschiedene Flüssigkeit enthält bei Einsatz von Biomassen» die auf Erdölkohlenwasserstoffen gezüchtet wurden, bis zu etwa 85 % Kohlenwasserstoffe sowie geringe Anteile an biogenen Lipiden, vorwiegend Fettsäuren und Glyceride« In der zweiten Verfahrensstufe wird die vorbehandelte Biomasse von dem Gas, dem eine Selektivkomponente im Masseverhältnis von etwa 1:1 bis 10:1 zudosiert wird, bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur durchströmt» Als Selektivkomponente eignen sich leichtflüchtige Verbindungen t vorzugsweise toxikologisch unbedenkliche Alkohole oder Ketone« Die Selektivkomponente wird in die Druckapparatur flüssig eingepumpt, in einer Mischstrecke mit dem kontinuierlich strömenden Gas vermischt und aufgeheizt« Temperatur und Druck können auf dem gleichen Niveau wie in der ersten Verfahrensstufe gehalten werden. Die Extraktionszeit und die Durchsatzmenge des Gases können dagegen wesent- lieh reduziert werden. Um die sn der Biomasse anhaftende Selektivkomponente wieder zu entfernen, ist nach Beendigung der Zudosierung der Selektivkomponente noch eine anschließende Zeitspanne vorgesehen t in der die Biomasse nur von dem Gas unter überkritischen Bedingungen durchströmt wird, In der zweiten Verfahrensstufe werden die iipophilen Zeil-» inhaltsstoffe und die restlichen Verunreinigungen bis zur toxikologischen Unbedenklichksitsgrenze abgetrennt«. Nach Druck- und/oder Temperaturänderung der beladenen Phase und destillativer Abtrennung der Selektivkomponente aus dem ab-' geschiedenen Flüssigkeitsgemisch wird eine Lipidfraktion gewonnen, die reich an biogenen Phosphatiden, Fettsäurenβ GIyceridan und Sterolen ist«
Die Selektivkomponente wird ebenso wie die gasförmige Komponente im Kreislauf gefahren, was die Wirtschaftlichkeit des
τ:5 Verfahrens erhöht*
Im Bedarfsfall kann auf die erste Verfahrensstufe verzichtet werden und nur die zweite Verfahrensstufe Anwendung findene Die Behandlung von mit Substratresten, insbesondere mit Kohlenwasserstoffen verunreinigten Eiomassen in zwei Stufen ist jedoch besonders vorteilhaft, da auf diese Weise die einfache Gewinnung einer kohlenwasserstoff reichen und einer lipidreichen Fraktion möglich ist
Ein wesentlicher Vorteil.des erfindungsgemäßen Verfahrens
^q besteht darin» daß als Lösungsmittel Stoffe mit niedrigem Molekulargewicht eingesetzt werden, die leicht durch die Zellmembranen diffundieren und den Austritt der Substratreste und der biogerten Lipide besonders vorteilhaft vermitteine Eine hohe Reinheit der mikrobiellen Biomasse wird dadurch gewährleistet«
Das beschriebene Verfahren ist äußerst schonend, so daß am Einsatzprodukt keine Denaturierungserscheinungen auftreten und die gereinigte mikrobielle Biomasse unmittelbar» beispielsweise als Futtermittel, verwendet werden kann« Weitere Vorteile des srfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daS niedrige Temperaturen angewendet werden können und die Zeitdauer des Reinigungsprozesses kurz ist« Durch die Kreislauffahrweise sind nur geringe Mengen an gasförmiger und Selektivkomponente erforderlich. Die Behandlung der Biomassen kann mit gesundheitlich unterschiedlichen Substanzen, beispielsweise C0„ und Ethanol, erfolgen* Bei dem vorgeschlagenen Verfahren fallen keine nichtverwertbaren Rückstände an,
78 ,.7 g einer sprühgetrockneten Hefe des Stammes Lodderomyce3 elongisporus, dis auf einem' Erdöldestillat das Siedebereiches von etwa 510 bis 650 K kultiviert wurde und nach Separation und Trocknung in einer Korngröße von etwa 0*05 bis 0,5 mm vor-( lag» wurden in sin Strömungsrohr mit 12 mm Innendurchmesser
und IGOO ram Länge eingefüllt und iCO Minuten bei 11^3 MFa und 310,5 K von 9,95 g/gh CO2 (berechnet als g CO2 pro g Hefe und Stunde) durchströmt« Die eingesetzte Hefe hatte einen Gehalt an Gesamtextrahierbarem von 18,9 %t an Restkohlenwasserstoffen von 8a4 % sowie einen Wassergehalt von 10,7 %.
Die Masseabnahme der Hefe bei Versuchsende betrug 5,7 %t der Gehalt an Restkohlenwasserstoffen sank auf 3„2 % > Die abgeschiedene Flüssigkeit enthielt 82j8 % Kohlenwasserstoffes 15,2 % freie Fettsäuren und Glyceride sowie 2t0 % sonstige Lipide,
In ein auf 600 mm verkürztes Strömungsrohr mit 12 mm Innendurchmesser wurden 40,4 g der in Beispiel 1 beschriebenen
-5 Hefe eingefüllt und unter Zusatz von 2,44 g/gh Ethanol zu 5*5 g/gh CO2 bei 12,4 MPa und 337 K 68 Minuten durchströmt. Dia Masseabnahme der Hefe bei Versuchsende betrug 22,7 %, Die extrahierte Hefe hatte einen Gehalt an Gesamtextrahierbarem von 3,5 % und von Restkohlenwasserstoffen von 0,25 %, Die abgeschiedene Flüssigkeit enthielt nach Abdestillieren des Ethanols 49,9 % Kohlenwasserstoffe, 26,8 % Phosphatide, 12*7 % freie Fettsäuren sowie 10,6 % weitere Lipide.
Seispiel 3
Das in Seispiel 2 verwendete Strömungsrohr wurde mit 42S8 g der gleichen Hefe gefüllt und bei 11,7 MPa und 374 K 90 Minuten von 3*75 g/gh Propan durchströmt» Die Masseabnahme der Hefe betrug 14*9 %<, Der Restkohlenwasserstof f gehalt sank auf 3,8 %„ Die abgeschiedene Flüssigkeit enthielt 77S8.% Kohlenwasserstoffe und 12 t2 % Lipide, insbesondere Fettsäuren und Glyceride„
Ein Druckrohr von 400 mm Länge und 12 mm Innendurchmesser, das sich in einem Luftthermostaten befand, wurde mit 26#1 g der in Beispiel 1 beschriebenen Hefe gefüllt» Bei 11,2 MPa und 311 K wurde mit 11,5 g/gh CO2 40 Hinuten durchströmt» Die abgeschiedene Flüssigkeit enthielt 75,6 % Kohlenwasserstoffe und 24,4 % Lipide» insbesondere Fettsäuren und Glyceride»
Anschließend wurde bei 10,4 MPa und 314 K nach Reduzierung der C02-Menge auf 5,7 g/gh 4,2 g/gh Ethanol zudosiert und disc vorbehandelte Hefe 20 Minuten mit dem Gemisch durchströmt. Nach Beendigung der Ethanolzugabe wurde der COp-Strom noch 30 Hinuten aufrechterhalten«
Nach Versuchsende wurde in der Hefe ein Gehalt an Gesamtes extrahierbarem von 4,4 % und an Restkohlenvvasserstof fen von 0*54 % bestimmt« Die abgeschiedene Flüssigkeit enthielt nach destillativer Entfernung des Ethanols 25,6 % Kohlenwasserstoffe» 24,8 % Phosphatide sowie 49,6 % v/eitere Lipide»
Zum Vergleich wurden 250 g der in Beispiel 1 verwendeten Hefe in einem temperierten Rührgefäß mit 500 g eines Lösungsmittelgemisches aus Benzin 60/85» Ethanol und Wasser im Masseverhältnis 80:19:1 bei 313 K 10 Minuten gerührt« Nach Filtration wurde aer Feststoff unter den gleichen Bedingungen insgesamt noch dreimal analogen Extraktionen unterworfen«
Die getrocknete Hefe hatte nach Beendigung des Versuches •einen Gehalt an Gesamtextrahierbarem von 3,0 % und an Rsstkohlenwasserstoffen von 0,9 %,
Der nach destillativer Entfernung der Extrsktionslösungsmittel verbleibende flüssige Extrakt enthielt 43,3 % Kohlenwasserstoffe, 20,5 % Phosphatide, 13,8 % freie Fettsäuren sowie 22,4 % Glyceride und weitere Lipide *
Claims (7)
1. Verfahren zur Reinigung von mikrobiellen Biomassen und zur Abtrennung von Zeilinhaltsstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß man das Ausgangsmaterial mit Gasen unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur ohne oder mit Zusatz von Selektivkomponenten ein- oder mehrstufig in Kontakt bringt, die mit den Verunreinigungen und/oder Zellinhaltsstoffen beladene Phase vom Ausgangsmaterial abtrennt und die in der beladenen Phase enthaltenen Stoffe IC durch Druck- und/oder Temperaturänderung abscheidet.
2» Verfahren nach Punkt I1 dadurch gekennzeichnet» daß als. Gase Kohlendioxid oder leichte Kohlenwasserstoffe ' verwendet werden,
3» Verfahren nach Punkt 1 und 2# dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsdruck das 1,1- bis 5-fache, vorzugsweise das 1,1- bis 2-fache, des kritischen Druckes des Gases beträgt und die Arbeitstemperatur über der kritischen Temperatur des Gases, vorzugsweise 2 bis 20 % darüber, lieqt*
4, Verfahren nach Funkt 1 bis 3 r dadurch gekennzeichnet, daß als Selektivkomponenten leichtflüchtige Verbindungen, vorzugsweise gesundheitlich unbedenkliche Alkohole oder Ketone, eingesetzt werden,
5„ Verfahren nach Punkt 1 bis 4t dadurch gekennzeichnet» daß in einer ersten Verfahrensstufe aus der mikrobiellan Biomasse durch Behandlung mit einem überkritischen Gas vorzugsweise Substratrestef beispielsweise Kohlenwasserstoffe, entfernt werden«
6» Verfahren nach Punkt 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet» daß in einer zweiten Verfahrensstufe aus der mikrobiellen Biomasse durch Behandlung mit dem Gas bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur unter Zusatz einer Selektivkomponente vorzugsweise lipophile Zellinhaltsstoffe abgetrennt werden und eine lipidreiche Fraktion gewonnen wird«
7« Verfahren nach Punkt 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet» daß im Bedarfsfall die zweite Verfahrensstufe als erste und alleinige angewendet wird«
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD83248739A DD214145A1 (de) | 1983-03-11 | 1983-03-11 | Verfahren zur reinigung von mikrobiellen biomassen und zur abtrennung von zellinhaltsstoffen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD83248739A DD214145A1 (de) | 1983-03-11 | 1983-03-11 | Verfahren zur reinigung von mikrobiellen biomassen und zur abtrennung von zellinhaltsstoffen |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD214145A1 true DD214145A1 (de) | 1984-10-03 |
Family
ID=5545579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DD83248739A DD214145A1 (de) | 1983-03-11 | 1983-03-11 | Verfahren zur reinigung von mikrobiellen biomassen und zur abtrennung von zellinhaltsstoffen |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DD (1) | DD214145A1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5380826A (en) * | 1989-07-20 | 1995-01-10 | Aphios Corporation | Supercritical fluid disruption of and extraction from microbial cells |
-
1983
- 1983-03-11 DD DD83248739A patent/DD214145A1/de not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5380826A (en) * | 1989-07-20 | 1995-01-10 | Aphios Corporation | Supercritical fluid disruption of and extraction from microbial cells |
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