DD241086A1 - Verfahren zur zuechtung von mikroorganismen unter unsterilen bedingungen - Google Patents
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Abstract
Das Verfahren kann angewendet werden in Fermentationsanlagen zur Erzeugung von Einzellerproteinen, die unter unsterilen Bedingungen betrieben werden und bei denen nach Abtrennung der Biomasse aus der Fermentationsfluessigkeit ein Teil oder das gesamte Prozesswasser in den Fermentationsprozess zurueckgefuehrt wird. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, das die Moeglichkeit bietet, Mikroorganismen im unsterilen kontinuierlichen Fermentationsprozess zu kultivieren, wobei im Fermentor staendig der optimale p H-Wert eingehalten werden kann und gleichzeitig die Verfaerbung von Produkten vermieden wird und moeglichst geringe technische und apparative Aufwendungen erforderlich sind.
Description
Das Verfahren kann angewendet werden in Fermentationsanlagen zur Erzeugung von Einzellerproteinen, die unter unsterilen Bedingungen betrieben werden und bei denen nach Abtrennung der Biomasse aus der Fermentationsflüssigkeit ein Teil oder das gesamte Prozeßwasser in den Fermantationsprozeß zurückgeführt wird.
Bei der kontinuierlichen Züchtung von Einzellerproteinen auf unterschiedlichen Substraten, wie z. B. n-Paraffinen, Erdöldestillaten, -raffinaten. Alkoholen, Melasse usw. wird heute auf die Rückführung des bei der Abtrennung der Biomasse anfallenden Prozeßwassers orientiert. Gründe dafür sind die Verbesserung der Ökonomie der Prozesse und die Senkung des Abwasseranfalles. Bei unsteriler Prozeßführung tritt im Prozeß neben dem eigentlichen Produktionsstamm eine Begleitflora auf.
Bei Verfahren zurZüchtung von Hefen verbleibt diese hauptsächlich aus Bakterien bestehende Begleitflora bei der mechanischen Abtrennung größtenteils im Prozeßwasser und wird mit diesem in den Fermentationsprozeß zurückgeführt.
Entsprechend dem Rückführgrad erreicht sie dabei durch Anreicherung im Prozeßwasserkreislauf ein höheres Konzentrationsniveau als bei Prozessen ohne Rückführung. In vielen Fällen kann ein hohes Niveau an bakterieller Begleitfiora nachteilige Auswirkungen auf den gesamten Prozeß haben. Bei mikrobiellen Prozessen unter Anwendung von Hefen als Produktionsstämme wachsen die Begleitbakterien vor allem auf im Medium vorhandenen Stoffwechsel- und Lyseprodukten.
Im Gesamtprozeß haben sie die Aufgabe, durch Bereitstellung von Biotin das Wachstum der Produktionskultur zu fördern. Es sind aber auch Prozesse bekannt, in denen die Begleitflora das gleiche Substrat wie die Produktionskultur verwertet und damit den spezifischen Rohstoffverbrauch erhöht.
In beiden Fällen benötigt sie im Fermentor einen Teil des zur Verfügung gestellten Sauerstoffes, der dann für die eigentliche Produktion verlorengeht.
Gegebenenfalls werden auch zusätzliche Stoffwechselprodukte gebildet, die den Prozeßablauf in Fermentoren durch oberflächenaktive Wirkungen, z.B. verstärkte Schaumneigung oder Emulsionsbildung behindern können.
Im speziellen Fall der Verhefung von Erdöldestillaten kann es, bedingt durch das technologische Regime der Fermentation auf Grund biochemischer Reaktionen an den nichtparaffinischen Kohlenwasserstoffen des Erdöldestillates zur Bildung von Farbstoffen kommen, die zu unerwünschten Verfärbungen der Endprodukte führen.
Möglichkeiten zur Verhinderung dieser Effekte werden in einer Verringerung der Konzentration der Begleitmikroorganismen gesehen. Alle bekannten Maßnahmen wie mechanische Abtrennung durch Filtration oder Separation sind sowohl apparativ als auch energetisch sehr aufwendig und belasten ein Verfahren ökonomisch.
Bekannt ist auch eine Methode der drastischen Absenkung des pH-Wertes im Fermentor bei Verhefungsprozessen.
Durch diese pH-Absenkung erfolgt zwar eine Unterdrückung der bakteriellen Infektionen, andererseits führt diese Maßnahme aber zu einer Verringerung der Hefeproduktion, weil die Hefe dann im suboptimalen Bereich kultiviert werden muß und biotinliefernde Bakterien abgetötet werden. Das führt neben quantitativen Einbußen auch zu einer verminderten Qualität des Produktes.
(DD-PS 218777)
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, das die Möglichkeit bietet, Mikroorganismen im unsterilen kontinuierlichen Fermentationsprozeß zu kultivieren, wobei im Fermentor ständig der optimale pH-Wert eingehalten werden kann und gleichzeitig die Verfärbung von Produkten vermieden wird und möglichst geringe technische und apparative Aufwendungen erforderlich sind.
Es wurde gefunden, daß die Farbstoff bildung verhindert werden kann, wenn das Aufrahmwasser, das in den Fermentor zurückgeführt werden soll, vor der Rückführung auf einen pH-Wert von 2,5-3,0 abgesenkt und für mindestens 50 min bei diesem pH-Wert gehalten wird, wobei die bakterielle Keimzahl im Rückführwasser stark verringert wird, überraschenderweise die Gesamtkeimzahl im Fermentor aber konstant bleibt. Auf diese Weise wird der positive Effekt der bakteriellen Begleitflora, die Bereitstellung von Biotin für das Hefewachstum, voll aufrechterhalten, während die Farbstoffbildung unterdrückt wird. Das vorgesehene Verfahren zur Züchtung von Einzellerprotein sieht vor, daß im kontinuierlichen Fermentationsprozeß der Fermentorablauf durch mechanische Trennung, wie z.B. Aufrahmung bei derErdöldestillatverhefung oder Dekantation bzw. Separation in eine vorzugsweise die Produktionskultur enthaltende Biomassesuspension, die der weiteren Aufarbeitung zu Trockenprodukt zugeführt wird, und ein die Begleitflora enthaltendes Prozeßwasser zerlegt wird. Dieses Prozeßwasser wird völlig oder teilweise durch Zugabe der für die Phosphorversorgung des Fermentationsprozesses erforderlichen Phosphorsäure und/oder Schwefelsäure sowie ganz oder teilweiser Zugabe von angesäuerten die Nähr-und Spurensalze enthaltenden Nährlösungen auf pH-Werte kleiner oder gleich 3 angesäuert.
Vor der Rückführung in den Fermentationsprozeß muß dieses Prozeßwasser bei dem genannten pH-Wert mindestens 50 min bis 1 h gehältert werden, um einen ausreichenden Inaktivierungseffekt zu erzielen. Die Halterung erfolgt vorzugsweise in Behältern so, daß ein enges Verweilzeitspektrum für die gesamte Prozeßwassermenge erzielt wird.
In einem 2000 m3-Fermentor wurden unter unsterilen Bedingungen Hefen des Stammes Lodderomyces elongisporus IMET H 128 auf Erdöldestillat im Siedebereich des Dieselkraftstoffes mit einem n-Paraffingehalt von 14,0Ma.-% im kontinuierlichen Prozeß gezüchtet. Die Verweilzeit im Fermentor betrug zwischen 4 und 5 h, der pH-Wert im Fermentor lag bei 4,0-4,2. Der Fermentationsablauf wurde sogenannten Aufrahmgefäßen zugeleitet, in denen sich die Trennung in eine erdöldestillathaltige Hefesuspension und eine wäßrige Phase vollzieht.
Der Wasserabscheidegrad lag bei 60-80%. Der pH-Wert der Wasserphase lag bie 4,0-4,3. In den Fermentor wurden ca. 150 m3 Wasserphase zurückgeführt. Dabei traten in den Medien Prozeßwasser und Biomasse sowie dem Erdöldestillat Verfärbungen auf, die durch Untersuchungen auf vorrangige Beteiligung der bakteriellen Begleitflora zurückgeführt werden konnte. Durch Zwischenschaltung von Behältern mit einem Gesamtvolumen von rund 160 m3 und Ansäuern des Prozeßwassers vor dem Durchströmen dieser Behälter auf pH-Werte zwischen 2,2 und 2,8 konnte die Aktivität der Begleitflora verringert und die Verfärbungserscheinungen unterdrückt werden.
Die Bakterienzahl im Bereich von 109-1010 Keime/ml Prozeßwasser wurde dabei auf Gehalte von 10e—107 Keime/ml Prozeßwasser gesenkt, die durchschnittliche Bakterienkeimzahl im Fermentor von ca. 109 Zellen/ml blieb konstant. Der Fermentationsprozeß wurde beim für den Prozeß optimalen pH-Wert von 4,0-4,2 weitergeführt. Auswirkungen auf Fermentorproduktivität und Produktqualität konnten damit vermieden werden.
Claims (2)
1. Verfahren zurZüchtung von Mikroorganismen unter unsterilen Bedingungen im langandauernden kontinuierlichen Prozeß unter Rückführbedingungen von Prozeßwässern, gekennzeichnet dadurch, daß das im kontinuierlichen Prozeß nach der Fermentation abgeschiedene Prozeßwasser vorrangig mit den für den Fermentationsprozeß benötigten sauren Medien auf pH-Werte kleiner oder gleich 3 angesäuert und in diesem Zustand mindestens 50 min, vorzugsweise 1 Stunde gehältert, anschließend dem Fermentationsprozeß wieder zugeführt wird, wobei durch Zugabe der alkalischen Medien in den Fermentorin an sich bekannter Weise der Fermentationsprozeß bei einem pH-Wert von 4,0-4,3 durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das angesäuerte Prozeßwasser unmittelbar vor seiner Rückführung in den Fermentationsprozeß auf den pH-Wert von 4,0-4,3 eingestellt wird.
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