DD265909A1 - Verfahren zur gewinnung von mikrobieller biomasse - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Gewinnung von mikrobieller Biomasse. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konvertierung von Kohlenhydraten zu mikrobieller Biomasse, die als Futtermittel verwendet werden kann. Erfindungsgemaess wird zur Herstellung der mikrobiellen Biomasse der Hefestamm TOF 2 ZIMET 43850 eingesetzt, wobei die Kultivierung bei einer Temperatur im Bereich von 30 bis 40C und einem p H-Wert im Bereich von 3,5 bis 6 erfolgt. Der Fermentorablauf wird in bekannter Art und Weise separiert und getrocknet.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kultivieruriu von Hefen durch aerobe Fermentation unter Verwendung von Kohlenhydraten als Kohlenstoffqueile. Die Erfindung kann in der mikrobiologischen Industrie zur Erzeugung von Futterhefe engewandt werden.
Zur Gewinnung mikrobieller Biomasse weiden in bestimmtem Umfang Kohlenhydrate als Kohlenstoffquelle eingesetzt, wobei entweder reine Substrate (Glucose, Saccharose) oder k^hlenhydrathaltige Medien (Melasse, Sulfitablauge, Schlempe) verwendet werden. Die Kultivierung wird mit Wuchshefen unter aeroben Bedingungen durchgeführt. So ist ein Verfahren bekannt, DD-PS 22461S, bei dem durch Kultivierung eines Hefestammes mit der Bezeichnung C. utilis auf der Basis eines Ge scho'j ν. * Saccharose/Melasse unter üblichen Bedingungen Hefebiomasse gewonnen wird. Die Ausboute beträgt 44,6%, wuoei der R. .iproteingehalt der Hefebiomasse einen Wert von 55Ma.% aufweist. Durch elektromagnetische Behandlung der dem Fermentor zufließenden Medien wird die Ausbeute auf 53,1 % gesteigert. Eine ähnliche Ausbeute wird in der Patentschrift DD-PS 142463 angegeben. Durch Kultivierung eines Hefestammes der Bezeichnung C. utilis auf der Basis von Saccharose/ Melasse betrögt die Ausbeute 52%. Die genannten Verfahren haben den Nachteil, daß die Ausbeute relativ niedrig liegt und somit der eingesetzte Rohstoff nicht entsprechend genutzt wird.
Nach einem weiteren Verfahren, DD-PS 219036, wird zur Kultivierung der Hefestamm Lodderomycos elongisporus EH15 eingesetzt und damit eine Ausbeute von 55,6% bei einem Rohproteingehalt von 50 Ma.-% erreicht.
Durch eine spezielle Dosierung von Substrat, Nährlösung und Wasser In die Prozeßstufe Kultivierung kann die Ausbeute auf 69,4% verbessert worden. Der Rohproteingehalt bleibt demgegenüber konstant, Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß der eingesetzte Hefestamm einen relativ niedrigen Rohproteingehalt aufweist, der sich auch bei Anwendung der vorgeschlagenen Verfahrensweise nicht verändert. Das Verfahren hat weiter den Nachteil, daß es für technische Anlagen zu kompliziert und deshalb störanfällig ist. Die dadurch bedingten Prozeßstörungen wirken sich nachteilig auf die Ökonomie des Verfahrens aus.
Ziel der Erfindung ist eine Verbesserung des spezifischen Substratverbrauches von Hefen auf der Basis von Kohlenhydraten bei gleichzeitiger Gewährleistung eines hohen Rohproteingehaltes und einer einfachen Verfahrensweise.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Auswahl eines geeigneten Hefestammes eine Verbesserung des spezifischen Substratverbrauohes bei gleichzeitiger Gewährleistung eines hohen Rohproteingehaltes und einer einfachen Verfahrensweise zu erreichen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabo dadurch gelöst, daß ein Hefestamm (Hansenula jadinii) mit der Bezeichnung TOF 2 ZIMET43850, hinterleg' im Zentralinstitut für Mikrobiologie und experimentelle Therapie der Akademie der Wissenschaften der DDR, Beuthenbergstr. 11, Jena, 6900, zur Kultivierung eingesetzt wird. Dieser Hefestamm ist durch folgende Merkmale charakterisiert: Morphologische Merkmale:
1) Kolonien nach 48 Stunden Wachstum auf Glucoseagar pH 5,4; 300C mittelgroß, creme-grau, Rand glatt, Profil konvex, matt glänzend
2) Zellform nach 48 Stunden Wachstum auf Glucoseager pH 5,4; 30°C länglich oval Ms langgestreckt
Größe 8,7 χ 4,4pm, (7-10) χ (3-6)pm Physiologische Merkmale: Wachstum auf Agar bei 30 bis 370C sehr gut bei 450C kein Wachstum Assimilation von:
Galactose, Sorbose, Xylose, Saccharose, Maltose, Trehalose, Methyl-a-D-glucopyranosi, Cellobiose, Salicin, Arbutin, Raff inose, Melezitose, Mannit, Gluco-o-lacton, Lactat, Succinat, Na-citrat, Na-gluconat, Nitrat.
keine Assimilation von:
Ribose, L-Arabinose, O-Arabinose, Rhamnose, Melibioso, Lactose, Inulin, Stärke, Erythrlt, Ribit, Dulcit, Gucitol, Inosit, Arabit, Glucosamin, Gluceronsäure-o-lacton, Xylit.
Fermentation von:
Glucose, Saccharose, Raffinose
Keine Fermentation von:
Galactose, Trehalose, Maltose, Cellobiose, Malibiose, Methyl-a-D-glucopyranosid, Melezitose, Lactose, Stärke Die Kultivierung dieses Hefestammes erfolgt unter aeroben Bedingungen, wobei folgende Parameter eingestellt werden:
Temperatur.· 30 bis 4O0C pH-Wert: 3,6 bis 6 Verweilzeit: 2,5 bis 5h
Als Kohlenstoffquelle werden reine Kohlenhydrate wie z. B. Saccharose und/oder kohlenhydrathaltige Substrate wie z. B.
Melasse, Sulfitablauge und Schlompe eingesetzt.
Man führt die Kultivierung unter Berücksichtigung der genannten Parameter in bekannter Art und Weise durch und erhält einen Fermentorablauf, dessen Hefekonzentration je nach eingesetzter Kohlenstoffquelle und Verfahrensweise (kontinuierlich oder diskontinuierlich) stark variiert. Mit Hilfe von Separatoren erfolgt nach der Kultivierung eine Konzentrierung der Hefesuspension, die danach zur weiteren Wasserabtrennung in eine Votverdampferstufe dosiert und anschließend in einer Trockenstufe (z. B.
Sprühtrockner) getrocknet wird. Die so hergestellte Hefebiomasse hat einen Rohproteingehalt, der im Bereich von 55 bis 56,5 Mc.-% liegt.
Die mit der dargelegten Verfahrensweise erreichten spezifischen Ausbeutekoeffizienten lagen stets über 56%.
In den folgenden Beispielen wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.
In einem mit einer Begasungsvorrichtung versehenen Rührfermentor mit einem Bruttovolumen von 121 und einem Masseinhalt von 4,5kg wurden kontinuierlich Hefen der Bezeichnung TOF 2 ZIMET43850 auf der Basis von Saccharose gezüchtet. Durch Regelung wurde die Temperatur auf 33°C und der pH-Wert au,' 4,1 gehalten. Dem Fermentor wurden kontinuierlich wäßrige Saccharoselösung, eine Nährsalzlösung üblicher Zusammensetzung sowie Ammoniakwasser in einer Gesamtmenge von 1350g/h zudosiert, entsprechend einer Verdünnungsrate von D = 0,30h '. Die Substratkonzentration betrug im Fermentorzulauf 60g RS/kg, Im Fermentorablauf 0,15g RS/kg. Unter diesen Bedingungen wurde im Fermentorablauf eine BiomassekonzentratioR von 3,47Ma.-% HTS erreicht. Das entspricht einer Produktivität von 10,4 g HTS/kg h und einem Ausbeutekoeffizienten von Y = 58%.
Der Fermentorablauf wurde anschließend zentrifugiert und das erhaltene Hefekonzentrat, das eine Biomassekonzentration von 18,3 Ma.-% aufwies, bei 1050C getrocknet. Bezogen auf 24 h wurde ein Ausstoß von 1142 g Hefetrockenprodukt erzielt, das einen Rohproteingehait von 56,1 Ma.-% und einen Feuchtigkeitsgehalt von 2,2Ma.-% aufwies.
In einem mit einer Begasungsvorrichtung versehenen Rührfermentor mit einem Bruttovolumen von 121 und einem Masseinhalt von 4,5 kg wurden kontinuierlich Hefen der Bezeichnung TOF 2 ZIMET43850 ouf der Basis von Melasse gezüchtet. Die Fermentationstemperatur betrug 34°C, der pH-Wert wurde durch eine Regelung mittels H2SO4 < 'if einen Wert von 4 gehalten. Dem Fermentor wurden kontinuierlich wäßrige Nährsalzlösung üblicher Zusammensetzung, Ammoniakwasser sowie Melasse in einer Gesamtmenge von 1000g/h zudosiert, entsprechend einer Verdünnungsrate von D = 0,222h'1. Die Substratkonzontration betrug !m Fermentorzulauf 62g RS/kg, im Fermentorablauf 0,1 g RS/kg. Unter diesen Bedingungen wurde im Fermentorablauf eine Biomassekonzentration von 4,12 Ma.·% erreicht, was einer Produktivität von 9,15g HTS/kg h und einem auf den RS-Gehalt bezogenen Ausbeutekoeffizienten von Y = 66,5% entsprach.
Durch Zentrifugation des Fermentorablau's wurde ein Hefekonzentrat mit einer Biomassekonzentration von 18,5 Ma.-% erzeugt. Nach Trocknung bei 1050C wurde daraus ein Hefetrocknungsprodukt mit einem Rohproteingehait von 55,3 Ma.-% und einem Feuchtigkeitsgehalt von 4 Ma.·% erhalten. Der auf 24 h bezogene Ausstoß betrug 1020 g Hefetrockenprodukt.
In einem mit einer Begasungsvorrichtung versehenen Rührfermentor mit einem Bruttovolumen von 121 und einem Masseinhalt von 4 kg wurden kontinuierlich Hefen der Bezeichnung TOF 2 ZIMET43850 auf der Basis eines Gemisches aus Melasse und reiner Saccharose gezüchtet Die Furmentationstemperatur betrug 34°C, ddr pH-Wert wurde durch Regelung mittels H2SO4 auf einem Wert von 4,2 gehalten Dom Fermentor wurden kontinuierlich die beiden Kohlenstoffquellen sowie Nährsolzlösung und Ammoniakwasser in einer Gesamtmenge von 10OOg/h zudosiert, entsprechend einer Verdünnungsrate D = 0,25h \ Die Substratkonzentration im Fermentorzulauf, die zu 50% der Saccharose und zu 50% der Melasse entstammte, betrug 51,5g RS/kg, im Formentorablauf verblieben 0,2g RS/kg. Unter diesen Bedingungen wurde im Fermentorablauf einer Produktivität vc-Cy HTS/kg · h.
Der auf den RS-Gehalt bezogene Ausbeutekoeffizient betrug 62,6%. Durch Zentrifugation des Fermentorablaiifs wurde ein Hefekonzentrat mit einer Biomassekonzentration von 18,2 Ma.-% gewonnen. Durch Trocknung bei 105"C wurde ein Hefetrockenprodukt mit einem Rohproteingehait von 55,7 Ma.·% und einem Feuchtigkeitsgehalt von 2,5 Ma.-% erhalten. Di r auf 24 h bezogene Ausstoß betrug 782 g Hefetrockenprodukt.
Ββ1·ρΙ·Ι4
In einem mit einer Begasungsvorrichtung versehenen Rührfermentor mit einem Bruttovolumen von 121 und einem Masseinhalt von 4kg wurden kontinuierlich Hefen der Bezeichnung TOF 2 ZIMET43850 auf der Basis von Buchenholz-Sulfitablauge bei einem pH-Wert von 4 und bei einer Temperatur von 330C gezüchtet. Dem Fermentor wurden außer der Buchenholz-Sulfitablauge (RS-Gehait 46g/l) Nährsalzlösuiig und Ammoniakwasser zudosiert. Die Gesamtmenge der Dosierung betrug 800g/h, entsprechend einer Verdünnungsrate von D = 0,20h'.
Die Substraktionskonzentration betrug im Fermentorzulauf 42g RS/kg, im Fermentorablauf 4g US/kg, woraus eine RS-Abbaurate von 90,5% resultiert. Unter diesen Bedingungen wurde im Fermentorablauf eine Biomassokonzentration von 2,21 Ma.-% bei einer Produktivität von 4,4g HTS/kg · h erreicht. Der auf den RS-Abbau bezogene Ausbeutekoeffizient be'.rug Y = 58,2%. Der Fermentorablauf wurde anschließend zentrifugiert und des erhaltene Hefekonzentrat, das eine Biomassekonzentration von 17,2Ma.-% aufwies, bei 1050C getrocknet. Der Ausstoß an Hefetrockenprodukt mit einem Rohproteingehalt von 55,öMa.-% und einem Feuchtigkeitsgehalt von 1,8Ma.-% betrug 428g, bezogen auf 24h.
In einem mit einer Begasungsvorrichtung versehenen Rührfermentor mit einem Bruttovolumen von 121 und .inom Masseinheit von 4kg wurden kontinuierlich Hefen der Bezeichnung TOF 2 ZIMET43850 auf dar Basis eines Gemischesaus Melasse-Schlempe und Saccharose gezüchtet. Die Fermentationstemperetur betrug 35°C, der pH-Wert wurde durch Regelung auf einen Wert von 4,8 gehalten. Dem Fermentor wurde kontinuierlicii in Diner Menge von 720g/h Melasse-Schlempe zudosiert, der Saccharose in einer Konzentration von 42,5g/kg Schlempe zugesetzt worden war. Außerdem wurden in den Fermentor 80g/h Diammoniumhydrogenphosphat-Lösung dosiert, so daß der Gesamtzulauf 800g/h betrug, entsprechend einer Verdünnungsrate von D = 0,20h'1. Unter diesen Bedingungen wurde eine Produktivität von 6,8g HTS/kg · h erreicht. Der Fermentorablauf mit einer Biomassekotupntration von 3,4 Ma.-% wurde durch Zenti ifugation auf 17,2 Ma.-% konzentriert und anschließend bei 1050C gntrocknet. Dar Ausstoß an Hefetrockenprodukt mit 56 Ma.-% Rohprotein und 2,3 Ma.-% Feuchtigkeit betrug 661 g, bezogen auf 24 h.
Im Vergleichsversuch mit Melasse-Schlempe gleicher Zusammensetzung ohne Saccharosezusatz wurde unter gleichem Fermentationsbedingungen eine Produktivität von 2,3g HTS/kg h und ein auf 24h bezogener Ausstoß von 224g Hefetrockenprodukt der gleichen Qualität erzielt. Damit betrögt der auf den Saccharoseteil bezogene Ausbeutekoeffizient Y = 59,5%.
Claims (3)
1. V'jrfai.rän zur Gewinnung mikrobieller Biomasse auf der Basis von Kohlenhydraten, gekennzeichnet dadurch, daß die Kultivierung mit dem Hefestamm TOF 2 ZIMET43850 durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dais die Kultivierung des Hefestammes bei einer Temperatur im Bereich von 30 bis 40°C durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Kultivierung dos Hefestammes bei einem pH-Wert im Bereich von 3,5 bis 6 erfolgt.
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