DD294277A5 - Verfahren zur herstellung eines naehrloesungsbestandteils fuer fermentationen - Google Patents
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Abstract
In der Fermentationsindustrie ist Maisquellwasser ein haeufig eingesetztes Naehrsubstrat, welches neben assimilierbaren makromolekularen und niedermolekularen organischen und anorganischen Stickstoffverbindungen, einen geringeren Anteil von Kohlenstoffverbindungen wie Zucker, verschiedene Vitamine und Wuchsstoffe enthaelt. Die Erfindung verfolgt das Ziel, die Gebrauchseigenschaften von Maisquellwasser als Naehrloesungsbestandteil fuer biotechnologische Zwecke zu verbessern. Zu diesem Zweck wird Maisquellwasser auf einen p H-Wert von 7,5 bis 10,0 eingestellt, mit 2% bis 20% Anteil mikrobieller, von der Biomasse befreiter Kulturloesung von mycelialen Antibiotikabildnern, insbesondere der Gattung Streptomyces oder Penicillium, die auf Naehrmedien mit einer komplexen organischen Stickstoffquelle als gemeinsames Kultivierungsmerkmal angezuechtet worden sind und welche eine proteolytische Aktivitaet von 0,2 Kunitz-Einheiten bis 0,8 Kunitz-Einheiten aufweisen, versetzt. Dieses Gemisch wird in einem temperierbaren, mit Ruehrung versehenen Reaktor 0,5 Stunden bis 5,0 Stunden bei einer Temperatur von 20C bis 60C unter Durchmischung zur Reaktion gebracht. Anschlieszend wird das Reaktionsprodukt durch Erhitzen auf 80C bis 130C fuer eine Zeit von 10 Minuten bis 1 Stunden und durch nachfolgende Abkuehlung auf 20C bis 30C ein gebrauchsfaehiges Produkt erhalten.{Fermentationsindustrie; Maisquellwasser; Naehrsubstrat; niedermolekulare organische und anorganische Stickstoffverbindungen; Vitamine; Wuchsstoffe; Kulturloesung; mycelialer Antibiotikabildner; Ruehrung}
Description
Anwendungsgebiet der Erfindung
In der Fermentationsindustrie ist Maisquellwasser ein häufig eingesetztes Nährsubstrat, welches neben assimilierbaren makromolekularen und niedermolekularen organischen und anorganischen Stickstoffverbindungen, einen geringeren Anteil von Kohlenstoffverbindungen wie Zucker, verschiedene Vitamine und Wuchsstoffe enthält. Eine Verbesserung seiner hinsichtlich der Fermentationseffektivität wichtigen Eigenschaften führt zu einer bedeutenden Steigerung eier Ökonomie mikrobieller bzw. biotechnologischer Prozesse.
Charakteristik des bekannten Standes der Technik
Maisquellwasser entsteht als Nebenprodukt bei der Stärkegewinnung aus Körnermais und wird nach Aufknnzentrierung auf einen Trockensubstanzgehalt von ca. 30% bis 50% in der Tierfütterung, aber auch aufgrund seines Gehaltes an organischen Stickstoffverbindungen wie Proteinen, Peotiden und Aminosäuren, an Zuckern und weiteren Kohlehydraten sowie wegen des Gehaltes an Vitaminen, insbesondere der B-Gruppe und bestimmter Wuchs- und Wirkfaktoren in der Biotechnologie als Bestandteil mikrobieller Fermentationsnährböden verwendet (s. Patentschriften SU 502019, SU 507634, FR 8017480, DE 2 136317, DE 2350647, DE 2531 999, DE 2736 964, DE 3 139397, DD 140056, DD 218633, DD 260295). Da es sich um ein nicht standardisiertes Nebenprodukt handelt, steht diesem Verwendungszweck der stark wechselnde Gehalt an Trockensubstanz und aller weiteren genannten Inhaltsstoffe, wie beispielsweise charakterisiert durch den a-NHrN-Gehalt, der zwischen 7 mg/ml und 15 mg/ml, oder durch den Gesamt-N-Gohalt, der zwischen 20mg/ml und 40mg/ml schwankt, entgegen.
Diese, hinsichtlich der möglichen Verwendung als Fermsntationseinsatzstoff sich negativ auswirkenden Qualitätsschwankungen schränken eine Verwendung und Anwendung dieses Nebenproduktes in der Biotechnologie ein. Weiterhin verursachen diese Qualitätsschwankungen im Falle einer Verwendung von Maisquellwasser als Bestandteil von Fermentationsnährböden unkontrollierbare, teilweise nichtreversible Änderungen im betreffenden Fermentationsprozeß, die mit entsprechenden geringen Ausbeuten am gewünschten Zielprodukt verbunden sind.
Ziblder Erlindung
Die Erfindung verfolgt das Ziel, die Gebrauchseigenschaften von Maisquellwasser als Nährlösungsbestandteil für biotechnologische Zwecke zu verbessern.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, mit dessen Hilfe größere Schwankungen des Gehaltes an niedermolekularen organischen Stickstoffverbindungen ausgeglichen und darüber hinaus auf ein höheres Niveau gebracht werden können, zu beschreiben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß Maisquellwasser in einem alkalischen pH-Bereich eingestellt, mit 2% bis 20% Anteil, vorzugsweise mit 5% bis 10%, einer bei Fermentation von mycelialen Antibiotikabildnern, insbesondere der Gattung Streptomyces oder Penicillium, die auf Nährmedien mit einer komplexen organischen Stickstoffquelle als gemeinsames Kultivierungsmerkmal angezüchtet worden sind und welche eine proteolytische Aktivität, vorzugsweise von 0,2 Kunitz-Einheiten bis 0,8 Kunitz-Einheiten, aufweist, von der Biomasse und von den Antibiotikaanteilen befreiten Kulturlösung, vermischt. Dieses Gemisch wird in einem temperierbaren, mit Rührung versehenem Reaktor 0,5 Stunden bis 5,0 Stunden, vorzugsweise 1 Stunde bis 3,0 Stunden bei einer Temperatur von 2O0C .ois 6O0C, vorzugsweise von 450C bis 55"C unter Durchmischung zur Reaktion gebracht. Während dieser Reaktionszeit wird durch portionsweise Zugabe von Alkalien der pH-Wert im alkalischen pH-Bereich gehalten. Anschließend wird das Reaktionsprodukt durch Erhitzen auf 8O0C bis 1300C für eine Zeit von 10 Minuten bis 1 Stunde inaktiviert. Nach Abkühlung auf 200C bis 300C wird ein gebrauchsfähgies Produkt erhalten. Das vorgeschlagene Verfahren wird vorteilhaft wie folgt durchgeführt:
In einem mit Rührung und Einrichtungen zur Temperierung versehenen Reaktor wird eine solche Menge Maisquellwasser vorgelegt, daß eine ca. 60%ige Füllung und eine gute Durchmischung beim Rühren erreicht wird. Das Maisquellwasser wird durch Zugabe von Natron- oder Kalilauge, Calciumhydroxid, insbesondere in Form von etwa 10%iger Kalkmilch oder gesättigter Ammoniumhydroxidlösung auf einen pH-Wert von p7,5 bis pH 10,0, vorzugsweise pH 8,0 bis pH 9,0, eingestellt. Durch portionsweise Zugabe von mikrobieller, durch Fermentation von Mikroorganismen der Art Streptomyces griseus, Streptomyces rimosus, Streptomyces noursei oder Penicillium notatum gewonnener sowie von der Biomasse und von Antibiotika weitgehend befreiten Kulturlösung, welche eine proteolytische Aktivität von 0,2 Kunitz-Einheiten bis 0,6 Kunitz-Einheiten aufweist, mit einem Anteil von 5% bis 10% bezogen auf die Gesamtmenge entsteht der Reaktionsansatz. Dieser Reaktionsansatz wird auf eine Temperatur von 50°C bis 550C erhitzt. Unter diesen Bedingungen und der Aufrechterhaltung des eingesielllten pH-Wertes durch portionsweise Zugabe von 10%iger Lauge, Kalkmilch oder gesättigter Ammoniumhydroxidlösung wird die Reaktion im Verlaufe von 3 Stunden unter ständigem Rühren durchgeführt und danach der Inhalt des Reaktors auf eine Temperatur von 9O0C für eine Zeitdauer von 15 Minuten erhitzt. Nach Abkühlen des Inhalts auf 200C bis 3O0C wird ein Produkt erhalten, welches durch einen hohen Gehalt an niedermolekularen organischen Stickstoffverbindungen und einer geringen Schwankungsbreitge dieser Größen charakterisiert ist.
Dieses Ergebnis ist überraschend, da nicht erwartet werden konnte, daß weitgehend unbehandelte, mikrobielle Fermentationskulturlösungen der genannten Mikroorganismen-Gruppe ohne spezielle Aufarbeitung, Konzentrierungsschritte bzw. Isolierung bestimmter aktiver Fraktionen eine derartige qualitative und quantitative Veränderung des Maisquellwassers bewirken kann.
Das Ergebnis ist insbesondere deshalb überraschend, da derartige Wirkungen bisher nur von auf konzentrierten, gereinigten und getrockneten Präparaten wie z. B. Brauereienzym erwartet werden konnten, die sie!: von Mikroorganismen gänzlich anderer taxonomischer Zuordnung ableiten.
Ausführungsbe'spiele
In einem im Wasserbad befindlichen 1-l-Rührreaktor werden 600ml industriell hergestelltes Maisquellwasser vorgelegt, durch Zugabe von 58 ml gesättigter Ammoniumhydroxidlösung auf einen pH-Wert von pH-Wert 8,5 eingestellt und 60 ml einer weitgehend von Streptomycin und Biomasse befreiten Kulturlösung, welche eine proteolytische Aktivität und 0,3 Kunitz-Einhniten aufweist, aus einer großtechnischen Fermentation von Streptomyces griseus, die nach einem bereits beschriebenen Verehren hergestellt wurde, zugegeben. Dieser Reaktionsansatz wird auf eine Temperatur von 55°C erhitzt, für eine Zeitdauer von 3 Stunden durch ständiges Rühren durchmischt und durch Zutropfen von jeweils 3ml bis 4ml gesättigter Ammoniumhydroxidlösung bei einem pH-Wert von pH 8,0 bis pH 8,5 gehalten. Danach wird die Reaktion durch Erhitzen des Wasserbades auf 800C beendet, und nach einer Verweilzeit von 15 Minuten bei dieser Temperatur wird das so inaktivierte Reaktionsprodukt unter Rühren auf 3O0C abgekühlt.
Das damit gebrauchsfähige Produkt ist durch die charakteristische Größe des a-NH2-Gehaltes von 13,5 mg/ml gegenüber einem a-NHj-N-Gehalt von 9,8mg/ml des Ausgangsmaterials gekennzeichnet.
Die proteolytische Gesamtaktivität der weitgehend von Biomasse und Antibiotika befreiten Kulturlösung wird nach folgender Methode bestimmt:
1 ml einer definiert mit Wasser verdünnten weitgehend von Biomasse und Antibiotika befreiten Kulturlösung aus der Streptomycin- oder Penicillin-Fermentation wird mit 1 ml 1%iger Caseinlösung (1 g Casein nach Hammarsten, gelöst in 100ml 0,1 M Phosphatpuffer, pH 7,6), versetzt und bei 350C im Wasserbad 20 Minuten lang inkubiert. Danach werden diesen Proben 3 ml 5%ige Trichloressigsäure zugesetzt und diese 30 Minuten bei Raumtemperatur stehengelassen. Anschließend wird das Präzipitat durch Zentrifugation entttrnt und in den klaren Probelösungen gegen entsprechende Blindproben die Extinktion bei 280nm in 1-cm-Küvetten gemessen. Die proteolytische Aktivität von 1 Kunitz-Einheit entspricht der Aktivität, die untar den vorgegebenen Bedingungen in 1 Minute eine Extinktionsänderung von 1,000 verursacht.
In einem 70I fassenden mit Heiz- und Kühlmantel ausgestattetem Rührreaktor werden 401 Maisquellwasser vorgelegt, und durch Zugabe von 3,81 gesättigter Ammoniumhydroxidlösung wird ein pH-Wert im Bereich von pH 8,0 bis pH 8,5 eingestellt. Nach Temperaturerhöhung auf 550C und Zugabe von 41 einer weitgehend von Streptomycin und Biomasse befreiter mikrobieller Kulturlösung aus einer großtechnischen Fermentation von Streptomycces griseus, die nach einem bereits beschriebenen Verfahren hergestellt wurde und eine proteolytische Aktivität von 0,5 Kunitz-Einheiten aufweist, wird unter ständigem Rühren
und insgesamt viermaliger Zugabe von je 30 ml bis 45ml gesättigter Ammoniumhydroxidlösung die Reaktion bei einem pH-Wert von pH 8,0 bis pH 8,5 gehalten und im Verlaufe 2,5 Stunden durchgeführt. Nach Ablauf dieser Zeit wird durch Temperaturerhöhung mittels indirekter Manteldampfheizung auf 90°C und Halten dieser Temperatur über eine Zeitdauer von 20 Minuten die Reaktion beendet und anschließend durch Wasserkühlung die Temperatur des Reaktionsproduktes auf 30°C verringert. Nach Ablassen aus dem Reaktor werden 481 gebrauchsfähigen Produktes erhalten. Die Verbesserung seiner Gebrauchseigenschaften wird anhand des Gehaltes an Aminosäuren vor und nach der Reaktion demonstriert.
Aminosäure vor Reaktion bei Reaktionsende
mg/ml mg/ml
L-Threonin 1,42 1,96
L-Serin 1,92 2,70
L-Glutaminsäure 2,36 3,26
L-Glycin 1,58 2,00
L-Alanin 11,20 15,20
L-Valin 3,40 4,80
L-Methionin 2,00 2,60
L-Isoleucir. 2,00 2,80
L-Leucin 7,40 10,40
L-Lysin 2,20 3,20
Beispiel 3 wird analog Beispiel 2 durchgeführt, mit dem Unterschied, daß zum Maisquellwasseransatz 7I von Penicillin und Biomasse befreiter Kulturlösung, aus einer Fermentation von Penicillium notatum, zugegeben werden.
Nach Ablauf der Reaktion unter den im Beispiel 2 beschriebenen Bedingungen werden 501 eines Produktes erhalten, dessen Verbesserung seiner Gebrauchseigenschaften durch die Erhöhung des a-NH2-N-Gehaltes auf 12,7mg/ml von 9,5mg/ml des Aufgangsmaterials ersichtlich ist.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung eines Nährlösungsbestandteils für Fermentationen durch Erhöhung seines Gehalts an niedermolekularen Stickstoffverbindungen, gekennzeichnet dadurch, daß Maisquellwasser in einem alkalischen pH-Bereich eingestellt, mit 2% bis 20% Anteil einer, bei Fermentation von mycelialen Antibiotikabildnern auf Nährmedien mit komplexer, organischer Stickstoffquelle erzeugten, von der Biomasse und von den Antibiotikaanteilen befreiten Kulturlösung, welche eine proteolytische Aktivität aufweist, vermischt, dieses Gemisch bei Temperaturen von 2O0C bis 6O0C und Aufrechterhaltung des pH-Wertes durch portionsweise Zugabe von Alkalien für eine Zeitdauer von 0,5 Stunden bis 5,0 Stunden unter Rührung zur Reaktion gebracht und anschließend durch Erhitzen auf Temperaturen vo n80JCbis 1300C für eine Zeitdauer von 10 Minuten bis 1 Stunde inaktiviert und nach Abkühlung das Reaktionsprodukt in an sich bekannter Weise für biotechnologische Zwecke eingesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß von der Biomasse und von den Antibiotikaanteilen befreite Kulturlösung verwendet wird, die aus Fermentationen von Mikroorganismen der Gattung Streptomyces, insbesondere der Arten Streptomyces griseus, Streptomyces rimosus oder Streptomyces noursei, stammt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß von der Biomasse und von den Antibiotikaanteilen befreite Kulturlösung verwendet wird, die aus Fermentation von Mikroorganismen der Gattung Penicillium, insbesondere der Art Penicillium notatum, stammt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß Maisquellwasser in einem pH-Bereich von pH 7,5 bis pH 10,0, vorzugsweie in einem pH-Bereich von pH 8,0 bis pH 9,0, eingestellt, mit einem Anteil von 5% bis 10%, von der Biomasse und von den Antibiotikaanteilen befreite Kulturlösung, welche eine proteolytische Aktivität von 0,2 Kunitz-Einheiten bis 0,8 Kunitz-Einheiten aufweist, vermischt wird, dieses Gemisch bei Temperaturen von 45°C bis 550C 10%iger Lauge, Kaikmilch oder gesättigter Ammoniumhydroxidlösung im Verlaufe von 1 Stunde bis 3 Stunden unter Rührung zur Reaktion gebracht und die Inaktivierung des Reaktionsproduktes durch Erhitzen aufTemperaturenvon80°Cbis 1000C für eine Zeitdauer von 10 Minuten')is 30 Minuten vorgenommen wird.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DD34059990A DD294277A5 (de) | 1990-05-14 | 1990-05-14 | Verfahren zur herstellung eines naehrloesungsbestandteils fuer fermentationen |
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| DD34059990A DD294277A5 (de) | 1990-05-14 | 1990-05-14 | Verfahren zur herstellung eines naehrloesungsbestandteils fuer fermentationen |
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| DD294277A5 true DD294277A5 (de) | 1991-09-26 |
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ID=5618443
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| Country | Link |
|---|---|
| DD (1) | DD294277A5 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006044608A1 (en) * | 2004-10-15 | 2006-04-27 | Biotechnology Research And Development Corporation | Fermentative production of mannitol |
-
1990
- 1990-05-14 DD DD34059990A patent/DD294277A5/de not_active IP Right Cessation
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