DD225859A3

DD225859A3 - Verfahren zur kultivierung von mikroorganismen

Info

Publication number: DD225859A3
Application number: DD24596982A
Authority: DD
Inventors: Wolf Hadeball; Mirko Jechorek
Original assignee: Adw Ddr; Vnii Biosinteza Belkovych Vesc
Priority date: 1982-12-15
Filing date: 1982-12-15
Publication date: 1985-08-07

Abstract

Das Verfahren zur Kultivierung von Hefen auf Methanol betrifft das Gebiet der technischen Mikrobiologie. Das Ziel der Erfindung besteht darin, durch eine entsprechende Wahl der Fermentationsbedingungen die Fermentation von Methanol durch methylotrophe Hefen so zu gestalten, dass eine sonst uebliche Zugabe von Wuchsstoffen zur Fermentation entfallen kann. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass die aktuelle Biomassekonzentration im Fermentor oberhalb einer stammspezifischen kritischen Biomassekonzentration gehalten wird. Das wird erreicht durch: 1. Variation der Durchflussrate im Turbidostat,2. Aufhebung bzw. Verschiebung der Limitationsgrenze im Chemostat,3. eine Kombination der Punkte 1 und 2.Durch die Erfindung wird die Oekonomie der Fermentation von methylotrophen Hefen auf Methanol verbessert. Die Erfindung betrifft das Anwendungsgebiet der Zellsubstanz- und Produktsynthese.

Description

Titel

Verfahren zur Kultivierung von Mikroorganismen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Biomasse durch Kultivierung von Hefen auf Methanol als einziger Energie- und KohleηstoffqueHe. Die Erfindung gehört in das Gebiet der mikrobiologischen Eiweißgewinnung und Produktgewinnung und kann in Anlagen, in denen Futterhefe hergestellt wird, eingesetzt werden. Die Erfindung ist in die IPK G 12 Ή einzuordnen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Verfahren zur Kultivierung von Mikroorganismen auf Methanol sind in großer Zahl bekannt. Während etwa bis Mitte der 70er Jahre die Methanol-Fermentation mit Hilfe von Bakterien im Vordergrund stand, gewinnt in jüngster Zeit die Methanolkonvertierung in SC? mittels Hefen zunehmende Bedeutung. Bisher sind eine Reihe von Arten fakultativ methylotropher Hefen bekannt und in die Gattungen Candida, Hansenula, Kloeckera, Pichia, Saccharomyces und Torulopsis einzuordnen. Charakteristisch für alle diese methylotrophen Hefen ist, daß Wuchsstoffe zum Permentationsprozeß zugesetzt weidon müssen. Diese Y/uchsstoffe können in reiner Form, z· B. als Biotin, (Ehiamin-Hydrochlorid, Pyridoxin u. a. oder als komplexe Medien (Hefeextrakt, Maisextrakt, Malzextrakt oder Pflanzen- bzw« Fruchtpressmassen u. ä.) zum Fermentationsmedium zugegeben werden.

Diese für methylotrophe Hefen notwendigen Wuchsstoffe üben in der Hefezelle die Punktion von Coenzymea aus·

So wird nach der· GB - PS 1 342 744 eine Hefe der Gattung Candida mit Methanol unter Zusatz von Hefeextrakt oder Üühiamin-Hydrochlorid und Biotin kultiviert, Nach der GB - PS 1 423 642 wird eine Hefe der Art Candida alcomigas mit Methanol unter Zusatz von Thiamin-Hydrochlorid und Biotin diskontinuierlich kultiviert. In verschiedenen japanischen Patentschriften (JA - PS 76 009 031, JA - PS 76 019 029, JA - PS 76 019 030, JA - PS 76 009 334, JA - PS 77 017 114) wird die diskontinuierliche Züchtung verschiedener Spezies der Gattungen Torulopsis, Pichia, Hansenula, Saccharomyces und Candida mit Methanol als einziger Kohlenstoffquelle unter Zusatz von-Wuchsstoffen beschrieben«

Weiterhin gibt es Versuche, den Wuchsstoffbedarf der methylotropheη Hefen durch die Kombination zweier Hefen zu decken, wobei eine nicht methylotrophe Hefe, die auf einem zweiten Kohlenstoffsubstrat wächst, die Wuchsstoffe bildet, die für die methylotrophe Hefe essentiell sind (DD - PS 211 271). Bereits vorgeschlagen (WP C 12 ΙΓ/223-634) wurde die Substitution der essentiellen Wuchsstoffe methylotropher Hefen durch billige landwirtschaftliche und industrielle Abprodukte (Melasse, Molke, Gülle, Schlempe und Sulfitablauge allein oder in Kombination derselben).

Allen Verfahren gemeinsam ist die Zugabe bzw. Zuführung der Wuchsstoffe von außen bzw. über die Premdproduktion einer zweiten Hefe. Bisher sind keine methylotrophen Hefen bekannt, die ohne die Zuführung von Wuchsstoffen mit gleicher Wachstumsgeschwindigkeit, Bioraasseausbeute und Produktqualität der Hefetrockensubstanζ wachsen*

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Züchtung methylotropher Hefen im kontinuierlichen Prozeß ohne die Zugabe von Wuchsstoffen, Biostimulatoren, Wachstumsbeschleunigern bei mindestens gleicher Wachstumsgeschwindigkeit, Biomasseausbeute und Qualität der methylotrophen Hefen wie bei der Zugabe dieser Stoffe zum Prozeß zu realisieren.

Wesen der Erfindung;

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Züchtung methylotropher Hefen so zu gestalten, daß eine Zugabe von Wuchsstoffen, Biostimulatoren, Wachstumsbejschleu_niger.n u. ä« nicht erforderlich ist, ohne daß die Wachstumsgeschwindigkeit, Biomasseausbeute und Qualität der methylotrophen Hefe gemindert wird. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Bedingungen der Fermentation so gewählt werden, daß die Biomassekonzentration im Permentor oberhalb einer Grenze gehalten wird, die man als kritische Biomassekonzentration bezeichnen kann· Oberhalb dieser Konzentration ist die Wachstumsgeschwindigkeit der methylotrophen Hefen unabhängig von der Biomassekönzentration im Permentor und mindestens so hoch wie bei der Kultivierung der Hefen unter Zusatz von Wuchsstoffen, Unterhalb dieser Grenze ist ein langsameres Wachstum zu beobachten und es besteht eine Abhängigkeit der Wachstumsgeschwindigkeit von der Biomassekonzentration. Diese Abhängigkeit ist in der Abbildung 1 dargestellt.

krit.

χ / g/l /

Abbildung 1: Abhängigkeit der Wachstumsgeschwindigkeit von der Biomassekonzentration

ohne Wuchsstoffzugabe

— _mj_.j. ii/Qckastoffzugabe

Die methylotrophen Hefen erzeugen einen gewissen Teil der Coenzyme bzw. Vitamine selbst. Insofern als die Menge dieser Produkte der Biomasse proportional ist, wird auch. die Wachstumsgeschwindigkeit eine starke Abhängigkeit von der Biomassekonzentration aufweisen·

Anstelle der Biomassekonzentration in der Abbildung 1 könnte also auch, die Konzentration der Produkte stehen, die von den methylotrophen Hefen selbst gebildet werden·

Die Eigenproduktion der Coenzyme bzw· Vitamine durch die methylotrophen Hefen.ist nicht gleich. Verschiedene Spezies der Hefen können unterschiedliche Mengen an Coenzymen bzw. Vitaminen synthetisieren. Demzufolge ist auch die kritische Biomassekonsentration von der Art der methylotrophen Hefe abhängig.

Nach. Ermittlung der kritischen Biomassekonzentration kann der Prozeß der kontinuierlichen Züchtung von methylotrophen Hefen so gestaltet werden, daß die aktuelle Bio-

massekonzentration im Permentor immer oberhalb dieser kritischen Konzentration gehalten wird. Das erreicht man durch

1. eine konstante Biomassekonzentration durch Variation der Durchflußrate im Turbidostat

2· die Aufhebung bzw. Verschiebung der limitationsgrenze des limitierenden Substrates im Chemostat

3· eine Kombination der Punkte 1 und 2

EeiSOiel 1:

Der Methanol utilisierende Eefestamm Hansenula polymorpha sp, wurde im kontinuierlichen Prozeß unter folgenden konstanten Bedingungen kultiviert;

Temperatur: 38 ⁰C pH-Wert: 4,5

Bei zwei verschiedenen Verweilzeiten wurden folgende Ergebnisse erzielt:

.Verweilzeit	Hefeestrakt	Biomassekonzen	Produktivität
		tration
/h/	/1 «/1/	/sr HTS/1/	/g HTS/1 . h/
8,0	-	Ausschwemmung	-
8,0	+	13,6	1,70
11,8	+	19,7	1,67
11,3		19,2	1,63

Durch eine Erhöhung der Verweilzeit von 8 auf 11,8 Stunden konnte erreicht werden, daß die Fermentation von Hansenula polymorpha sp« im kontinuierlichen Prozeß ohne die Zugabe von Wuchsstoffen bei sonst gleichen Ergebnissen bezüglich Produktivität, Biomasseausbeute und Produktqualität realisiert wurde.

Beispiel 2;

Der Methanol utilisierende Hefe stamm Pichia ambrosiae MH ZIMET H 43667 wurde im kontinuierlichen Prozeß unter folgenden konstanten Bedingungen kultiviert:

Temperatur: 40 ⁰C

pH-Wert: 3,4 Verweilzeit: 6,0 h

Für zwei verschiedene Sauerstoffübergangsgeschwindigkeiten (r_n ), die über die Luftmenge und die Rührerdrehzahl ein-

Up

gestellt wurden, wurden folgende Ergebnisse erzielt: r_n Hefeestrakt

/kg 0₂/l . h/ /1 g/l/ /g HTSZlZ /g HTSZl . h/

15 5 +

10 +

10

Durch eine Erhöhung* der Sauerstoffübergangsgeschwindigkeit von 5 auf 10 kg OpZl - h konnte erreicht werden, daß die .Fermentation von Pichia ambrosiae MH 26 ZIMET H 43667 im kontinuierlichen Prozeß ohne die Zugabe von Wuchsstoffen bei gleichen und besseren Ergebnissen bezüglich Produktivität, Biomasseausbeute und Produktqualität realisiert wurde.

Biomasse-	Produkti	-
konzentration		,79
Zg HTSZlZ		,42
Aus schwemmung	/g HTS/1	,63
10,7
20,5	1
21,8	3
3

Claims

Erfindungsanspruch.

1· Verfahren zur Gewinnung von Biomasse durch Kultivierung von Hefen auf der Basis von Methanol als einziger Kohlenstoffquelle gekennzeichnet dadurch, daß die Hefen ohne Wuchsstoffe oberhalb einer stammspezifisch.en kritischen Biomassekonzentration, oberhalb der-keine Abhängigkeit zwischen Waehstumsgeschwindigkeit und Biomassekonzentration besteht, gezüchtet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß die Biomassekonzentration oberhalb der kritischen Konzentration durch Variation der Durchflußrate im Turbidoatat konstant gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch. 1 gekennzeichnet dadurch, daß die Biomassekonzentration durch Aufhebung der Liinitation des limitierenden Substrats im Chemostat bis über die kritische Konzentration angehoben wird.

4· Verfahren nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß die Biomassekonzentration oberhalb der kritischen Konzentration durch Variation der Durchflußrate und durch Aufhebung der Limitation des limitierenden Substrats gehalten wird.