DD286937A7

DD286937A7 - Verfahren zur gewinnung von mikrobieller biomasse

Info

Publication number: DD286937A7
Application number: DD30874787A
Authority: DD
Inventors: Walter Teich; Gerhard Otto; Ingeborg Flemming; Horst Bergmann; Konrad Leuschner; Annemarie Elsner; Peter Loewe; Joachim Sawistowski; Gudrun Meyer; Gerald Welz
Original assignee: Gaerungschemie Gmbh,De; Institut F. Biotechnologie,De
Priority date: 1987-11-06
Filing date: 1987-11-06
Publication date: 1991-02-14

Abstract

Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Gewinnung von mikrobieller Biomasse. Sie betrifft ein Verfahren zur Konvertierung von Kohlenhydraten zu mikrobieller Biomasse, die als Futtermittel verwendet werden kann. Erfindungsgemaesz wird zur Herstellung der mikrobiellen Biomasse der Hefestamm TOF 1 ZIMET 43849 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.{Biomasse; Ausbeute; Rohprotein; C. utilis; Kohlenhydrate}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kultivierung von Hefen durch aerobe Fermentation unter Verwendung von Kohlenhydraten als Kohlenstoffquelle. Die Erfindung kann in der mikrobiologischen Industrie zur Erzeugung von Futterhefe angewandt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Gewinnung mikrobieller Biomasse werden in bestimmten Umfang Kohlenhydrate als Kohlenstoffquelle eingesetzt, wobei entweder reine Substrate (Glucose, Saccharose) oder kohlenhydrathaltige Medien (Melasse, Sulfitablauge, Schlempe) verwendet werden. Die Kultivierung wird mit Wuchshefen unter aeroben Bedingungen durchgeführt. So ist ein Verfahren bekannt, DD-PS 224615, bei dem durch Kultivierung eines Hefestammes mit der Bezeichnung C. utilis auf der Basis eines Gomisches von Saccharose/Melasse unter üblichen Bedingungen Hefebiorr asse gewonnen wird. Die Ausbeute beträgt 44,6%, wobei der Rohproteingehal*. der Hefebiomasse einen Wert von 55Ma.-% aufweist. Durch elektromagnetische Behandlung der dem Fermentor zufließenden Median wird die Ausbeute auf 53,1 % gesteigert. Eine ähnliche Ausbeute wird in der Patentschrift DD-PS 142453 angegeben. Durch Kultivierung eines Hefestammes der Bezeichnung C.utilis auf der Basis von Saccharose/ Melasse beträgt 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 Lodderomyces elongisporus EH15 eingesetzt und damit eine Ausbeute von 55,6% bei einem Rohproteingehalt von 50Ma.-% erreicht.

Durch eine spezielle Dosierung von Substrat, Nährlösung und Wasser in die Prozeßstufe Kultivierung kann die Ausbeute auf 69,4% verbessert werden. 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. Aufgrund derartiger Prozeßstörungen wird die Ökonomie des Verfahrens nachteilig beeinflußt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine Verbesserung dos spezifischen Substratverbrauches von Hefen auf der Basis von Kohlenhydraten bei gleichzeitiger Gewährleistung eines hohen Rohproteingehaltes und einer einfachen Verfahrensweise.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Dor Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Auswahl eines geeigneten Hofestammes eine Verbesserung des spezifischen Substratverbrauches bei gleichzeitiger Gewährleistung eines hohen Rohproteingehaltes und einer einfachen Verfahrensweise zu erreichen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Hofestamm (Hanf enula jadinii) mit der Bezeichnung TOF 1 ZIMET 43840, hinterlegt im Zentralinstitut für Mikrobiologie und experimentelle Therapie der Akademie der Wissenschaften der DDR, 6900 Jena, Beuthenbergstr. 11, zur Kultivierung eingesetzt wird. Dieser Hefestamm ist durch folgende Morkmale charakterisiert: Morphologische Merkmale:

1) Kolonien nach 48 Stunden Wachstum auf Glucoseagar pH 5,4; 30^cC mittelgroß, creme-grau. Rand glatt, Profil konvex, matt glänzend

2) Zeitform nach 48 Stunden Wachstum auf Glucoseagar pH 5,4; 30^cC länglich oval bis langgestreckt

Größe 9,4 x 4,4μπι, (7,5-11) χ (3,5-5)μηι Physiologische Merkmale: Wachstum auf Agar bei 30^cC bis 37^CC sehr gut

bei 45⁰C kein Wachstum Assimilation von:

Galactose, Sorbose, Xylose, Saccharose, Maltose, Trehalose, Methyl-a-D-glucopyreanosid, Cellobiose, Salicin, Arbutin, Raffinose, Melezitose, Mannit, Gluco-o-lacton, Lactat, Succinat, Na-citrat, Na-gluconat, Nitrat

keine Assimilation von:

Ribose, L-Arabinose, O-Arabinose, Rhamnose, MelJbiose, Lactose, Inulin, Stärke, Erythrit, Ribit, Dulcit, Glucitol, Inosit, Arabit, Glucosamin, Glucuronsäure-o-lacton, Xylit

Fermentation (Vergärung) von:

Glucosb, Saccharose, Raffinose

keine Fermentation von:

Galactose, Trehalose, Maltose, Cellobiose, Melibiose, Methyl-a-D-glucopyranosid, Melezitose, Lactose, Stärke Die Kultivierung dieses Hefestammes erfolgt unter aeroben Bedingungen, wobei folgende Parameter eingestellt werden:

Temperatur: 30⁰C bis 40°C pH-Wert: 3,5 bis β Verweilzeit: 2,5 bis 5 h

Als Kohlenstoffquelle werden reine Kohlenhydrate wie ?. B. Saccharose und/oder kohlenhydrathaltige Substrate wie z. B.

Melasse, Sulfitablauge und Schlempe eingesetzt.

Man führt die Kultivierung unter Berücksichtigung der genannten Parameter in bekannter Art und Weise durch und erhählt 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 Vorverdampferstufe dosiert und anschließend in einer Trockenstufe (z. 8.

Sprühtrockner) getrocknet wird.

Die so hergestellte Hefebiomasse hat einen Rohproteingehalt, der im Bereich von 55 bis 56,5Ma.-% liegt.

Die mit der dargelegten Verfahrensweise erreichten spezifischen Ausbeutekoeffizienten lagen stets über 56%.

Vergleich des neuen Hefestammes mit dom Stand der Technik In tabellarischer Form Mikroorganismus/ zusätzliche techn. RP Y

Literatur Maßnahmen % %

C.ulilis keine 55 44,6

DD-PS 224 615

C. utilis elektromagn. Behänd- 55 53,1

DD-PS142453 lung des Mediums

Lodderomycoselongi- keine 50 55,6

sporusEH'S

DD-PS 219036

Lodderomyceselongi- ständige Änderung der 50 69,4

sporusEH15 derDosiorung

DD-PS 219 036

Hefestamm TOF1 keine 55-56,5 56

ZIMET43849

(Hansenula jadinii)

RP = Rohproteingehalt Y = Ausbeutekoeffizient

Beispiel 1

In einem mit einer Begasungsvorrichtung versehenen Rührformuntor mit einem Bruttovolumen von 121 und einem Massoinhalt von 4,2kg wurden kontinuierlich Höfen der Bezeichnung TOF1 ZIMET43349 auf der Basis von Saccharose gezüchtet. Durch ^Degelung wurde die Temperatur auf 32^CC und der pH-Wert auf 4,5 gehalten. Dem Formentor wurden kontinuierlich wäßrige Saccharoselösung, eine Nährsalzlösung üblicher Zusammensetzung sowie Ammoniakwasser in einer Gesamtmenge von 1200g/h zudosiert, entsprechend einer Verdünnungsrate von D - 0,286h~'. Die Substratkonzentration betrug im Fermentorzulauf 70g RS/kg, im Fermentorablauf 0,1 g RS/kg. Unter diesen Bedingungen wurdo im Fermentorablauf eine Biomassekonzentration von 4,09Ma.-% erroicht. Das entspricht einer Produktivität von 11,7g HTS/kg · h und einem Ausbeutekoeffizienton von Y = 58,5%.

Dor Fermentorablauf wurde anschließend zentrifugiert und das erhaltene Hefekonzentrat, ds 17,5Ma.-% HTS enthielt, bei 105⁰C getrocknet. Bezogen auf 24 h wurde ein Ausstoß von 1206g HTS erzielt, die einen Rohproteingehalt von 56,4 Ma.-% und einen Feuchtigkeitsgehalt von 3,0Ma.-% aufwies.

Beispiel 2

In einem mit einer Bogasungs vor richtung versehenen Rührfermontor mi! einem Bruttovolumen von 121 und einem Masseinhalt von 4,0kg wurden kontinuierlich Höfen dor Bezeichnung TOF 1 ZIMET 43849 auf dor Basis von Melasse gezüchtet. Die Fernientationiiempei Jtur betrug 32""C, der pH-Wert wurde durch eine Regelung mittels HjSO« auf 4,2 gehalten. Dem Fermentor wurden kontinuioilich wäßrige Nährcalzlösung üblicher Zusammensetzung, Ammoniakwasser sowie Melasse in einer Gesamtmengeven 1000g/h zudosiert, entsprechend einer Verdünnungsrate von D = 0,25h"¹. Die Substratkonzentration betrug im Fermentorzulauf 52g RS/kg, im Fermentorablauf 0,2g RS/kg. Unter diesen Bedingungen wurde im Fermentorablauf eine Biomassekonzentration vcn 3,58 Ma.·% erroicht, wus einer Produktivität von 8,95 g HTS/kg · h und einem auf donRS-Gehalt bezogenen Ausbeutekoeffizienton von Y = 69,1 % ontsprach.

Durch Zontrifugation des Fermentorablaufs wurdo ein Hofukonzentrat mit einer Biomassekonzontration von 18Ma.-% erzeugt. Nach der Trocknung boi 105"C wurdo daraus ein Hefetrockenprodukt mit einem Rohproteingehalt von E5,6Ma.-% und einem Feuchtigkeitsgehalt von 3,6Ma.-% erhellen. Der auf 24 h bezogene Ausstoß betrug 884g Hefetrockenprodukt.

Beispiel 3

In einem mit einer Begasungsvorrichtung versehenen Fermentor mit einem Bruttovolumen von 121 und einem Masseinhalt von 4 kg wurden kontinuierlich Hefen der Bezeichnung TOF 1 ZIMET 43849 auf der Basis eines Gemisches aus Melasse und reiner Saccharose gezüchtet. Die Fermentationstemperatur betrug 33⁰C, der pH-Wert wurde durch Regelung mittels H₂SO₄ auf einen Wert von 4,5 gehalten. Dem Fermentor wurden kontinuierlich die beiden Kohlenstoffquellen sowie Nährsalzlösung und Ammoniakwasser in einer Gesamtmenge von 1250g/h zudosiert, entsprechend einer Verdünnungsrate D = 0,313h"¹. Die Substratkonzentration im Fermentorzulauf, die zu 40% der reinen Saccharose und zu 60% dor Melasse entstammte, betrug 84,5g RS/kg, im Fermentorablauf verblieben 0,5g HS/kg. Unter diesen Bedingungen wurde im Formentorablauf eine Biomassekonzentration von 5,4Ma.-% erreicht, entsprechend einer Produktivität von 16,9g HTS/kg h. Der auf den RS-Gehalt bezogene Ausbeutekoaffizient betrug 64,3%.

Durch Zentri'ugation des Fermentorablaufs wurde ein Hefekonzentrat mit einer Biomassekonzentration von 19Ma.-% gewonnen. Durch Trocknung bei 105⁰C wurde ein Hefetrockenprodukt .nit einem Rohprotoingehalt von B6,1 Ma.-% und einem Feuchtigkeitsgehalt von 2 Ma.-% orhalton. Der auf 24 h bezogene Ausstoß betrug 1635g Hefetrockenprodukt.

Beispiel 4

In einem mit einer Begasungsvorrichtung versehenen Rührfermentor mit einem Bruttovolumen von 121 und einem Masseinhalt von 4 kg wurden kontinuierlich Hefen der Bezeichnung TOF 1 ZIMET 43849 auf der Basis von Buchenholz-Sulfitablauge bei sinem pH-Wert von 4,0 und bei einer Temperatur von 33⁰C gezüchtet. Dem Fermentor wurden außer der Sulfitablauge (RS-Gehalt 46g/l) Nährsalzlösung und Ammoniakwasser zudosiert. Die Gesamtmenge der Dosierung betrug 1000 g/h, entsprechend einer Verdünnungsrate von D = 0,25h"¹. Die Substratkonzentration betrug im Fermentorzulauf 42 g RS/kg, im Fermentorablauf 4,6g RS/kg. Unter diesen Bedingungen wurde im Fermentorablauf eine Biomassekonzentration von 2,24 Ma.-% HTS bei einer Produktivität von 5,6g HTS/kg · h erreicht. Der auf den RS-Abbau bezogene Ausbeutekoeffizient betrug Y = 60%. Der Fermentorablauf wurde anschließend zentrifugiert und das erhaltene Hefekonzentrat, das eine Biomassekonzentration von 17,6Ma.-% enthielt, bei 105⁰C getrocknet. Der Ausstoß an Hefetrockenprodukt mit einem Rohproteingehalt von 55,8 Ma. % und einem Feuchtigkeitsgehalt von 2 Ma.-% betrug 545g innerhalb von 24h.

Beispiel5

In einem mit einer Begasungsvorrichtung versehenen Rühifermentor mit einem Bruttovol. ^>r>. von 121 und einem Masseinhalt von 4 kg wurden kontinuierlich Hefen der Bezeichnung TOF 1 ZIMET 43849 auf der Basis eines Gemisches aus Melasse-Schlempe und Saccharose gezüchtet. Die Fermentationstemperatur betrug 35°C, der pH-Wert wurde durch Regelung auf einem Wert von 4,6 gehalten. Dem Fermentor wurde kontinuierlich in einer Menge von 720g/h Melasse-Schlempe zudosiert, der reine Saccharose in einer Konzentration von 48g/kg Melasse-Schlempe zugesetzt worden war. Außerdem wurden in den Fermentor 80g/h Diammoniumhydrogenphosphat dosiert, so daß der Gesamtzulauf zum Fermentor 800g/h be'.rug, entsprechend einer Verdünnungsrate von D = 0,20h"¹. Unter diesen Bedingungen wurde eine Produktivität von 7,3g HTS/kg · h erreicht.

Der Fermentorablauf mit einer Biomessekonzentration von 3,65 Ma.-% wurde durch Zentrifugation auf 19 Ma.-% konzentriert und anschließend bei 105⁰C getrocknet. Der Ausstoß an Hefetrockenprodukt mit 55,7Ma.-% Rohprotein und 2,1 Ma.-% Feuchtigkeit betrug 708g, bezogen auf 24h.

im Vergleichsversuch mit Melasse-Schlempe gleicher Zusammensetzung ohne Saccharosezusatz wurde unter gleichen Fermontationsbedingungen eine Produktivität von 2,25g HTS/kg h und ein auf 24 h bezogener Ausstoß von 220 g Hefotrockenprodukt der gleichen Qualität erzielt. Damit beträgt der auf den Saccharoseanteil bezogene Ausbeutekoeffizient

Claims

1. Verfahren zur Gewinnung mikrobieller Biomasse auf der Basis von Kohlenhydraten, gekennzeichnet dadurch, daß die Kultivierung mit dem Hefestamm TOF1 ZIMET43849 durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kultivierung de^ Hefestammes bei einer Temperatur im Bereich von 30⁰C bis 40⁰C durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kultivierung des Hefestammes bei einem pH-Wert im Bereich von 3,5 bis 6 erfolgt,