CS209235B1 - Způsob výroby mikrobiálních proteinů z odpadů po chemickém zpracování dřevné hmoty - Google Patents

Description

(54) Způsob výroby mikrobiálních proteinů z odpadů po chemickém zpracování dřevné hmoty

Využívání produktů kyselé hydrolýzy rostlinných materiálů jako je například dřevo, sláma, rákos atd., jakožto základní suroviny k mikrobiosyntéze proteinů je dobře známo a zvládnuto i v průmyslovém měřítku. Tak například již dlouhou dobu jsou s úspěchem využívány k výrobě krmných kvasnic s vysokým obsahem proteinů odpadní louhy z kyselých bisulfitových způsobů výroby celolósy. Tyto tak zvané sulfitové výluhy jsou zatím jediným druhem odpadních vod vznikajících v celulózářském průmyslu, který se k výše uvedenému účelu v průmyslovém měřítku využívá. Tak například Lefran^ois a B. Revuž 1964 Ind. Agric et Allim. Sl. No 12) nebo G. Kretschmar (1962 (I)) Zellstoft and Papier D. K. 6631 str. 14—23 popisují výrobní technologie krmných kvasnic ze sulfitových výluhů.

Jiným typem základní suroviny jsou tak zvané kyselé hydrolyzáty rostlinných materiálů, kdy je hmota například dřevo, podrobována za přídavku nejčastěji minerální kyseliny (H₂SO₄), zvýšeného tlaku a teploty při příslušném hydromodulu hydrolýze. Vzniklý hydrolyzát se po oddělení furalu upravuje na vhodné pH a za přípravku živin (N, P, K, Mg) dále fermentuje a zpracovává známými postupy.

V obou zmíněných případech vznikají z rostlinných materiálů z přítomných polysacharidů hlavně monosacharidy, které jsou potom ve fermentačním procesu za příslušných podmínek mikrobiálně transformovány v biomasu bohatou na proteiny.

V případě sulfitových výluhů se jedná téměř výhradně o hydrolýzu ve dřevě přítomných hemi- ί celulós, z nichž vznikají příslušné hexózy a pentózy. ‘

V případě kyselé hydrolýzy se kromě hemicelulóz štěpí hlavně celulóza a konečný substrát obsahuje převážně glukózu.

Daleko méně pozornosti z hlediska mikrobiálního využití bylo věnováho produktům alkalické hydrolýzy lignocelulózových materiálů. Při alkalické hydrolýze, ať již se jedná o tak zvaný natronový j neb j sulfátový postup výroby celulózy, vznikají j a přecházejí do odpadního louhu z potencionálně utílizovatelných látek převážně hydroxykyseliny.

Z celkového obsahu hydroxykyselin tvoří sacharinové kyseliny největší podíl. Tyto kyseliny jsou přítomny ponejvíce ve formě svých solí nebo laktonů. Konkrétně se jedná například o kyseliny Cgglukózosacharinovou, glukózomethasacharinovou, sacharinovou, C₅isosacharinovou atd.

Malinan a kol. [(1975) Pap. 57 (4a) 193, 199, 203,] uvádí, že obsah a- a β-glukózosacharinových kyselin v sulfátovém výluhu činil 60 % z celkového obsahu hydroxykyselin a obsah kyseliny mléčné 20 %. ClaytonD.akol.[(1972)Referát GIAM IV, Sao Paulo Brazil] používal alkalické hydrolyzáty slámy ke kultivaci bakterií Celulomonas a Alkaligenes. Výsledný produkt byl používán jako krmivo. Slunyajev V. P., Sharkov V. [(1976) Gidroliz. Lesochim. Prom. stí (2) 4—5] používal výluh po alkalickém vaření břízy, borovice a smrku. Zjistil, že polysacharidy ze dřeva převede- , ne na produkty hydrolýzy jsou ze 70 až 77 % využity kvasinkami. Předpokladem pro úspěšný mikrobiologický proces bylo však přečištění media eléktrodialýzou. Produkt obsahoval 49,7 až

51,1 % hrubého proteinu.

V poslední době se v průmyslu celulózy uplatňuje používání kyslíku nebo plynu kyslík obsahující, a to tak při samostatné delignifikad dřevné hmoty, tak i při zušlechťování nebělené celulózy. Tyto postupy pracují rovněž za použití alkalií a jsou daleko účinnější. Na rozdíl od typické alkalické de^gnifikace například klasickým natronovým nebo i sulfátovým způsobem vaření dřevné hmoty, vznikají produkty degradace jiným mechanismem. Těchto produktů vzniká daleko více a současně se tvoří i látky, které při samotné alkalické hydrolýze nevznikají. Tak například Kolmodin a Samuelson [(1971) — Svensk Papperstidning 74, 301, 1971] a Koimodin Samuelson [(1973) — Svensk Papperstidning 76,71,1973] prokázali, že jednou z hlavních komponent dřevní hmoty xylan, je alkalicko kyslíkovým postupem hydrolyzován navíc za vzniku kyseliny lyxonové, xylonové a threonové a glycerpvé. Podobně hlubší rozklad nastává i v případě dalších složek, a to i některých Ugninových látek onížší molekulové váze.

, ) Předmětem způsobu podle vynálezu je způsob řaby mikrobiálních proteinů z odpadů po chekém zpracování dřevní hmoty, jehQŽ podstatou že ýultívačním mediem jsu po úpravě pH a*. přídávku živin produkty alkalické neb kyselé hydrolýzy lignocelulózových materiálů podrobené předtím tlakové oxidaci kyslíkem neb kyslík obsaΓ bujícím plynem, které se aerobně fermentují bílko' ýfim^mi mikroorganismy rodů Torulopsis, Candiy da, Cřyptococcus, Oidium neb jejich směsí.

Po^le vynálezu jsou kultivačním mediem látky, yzmk^jíéí při alkalicko kyslíkové delignifikaci ligpocelulózových materiálů, a to například jak dřevné hmoty, tak nebělené celulózy a lze je využít jako Žáklad k přípravě kultivačního media pro bílkovipotvorné mikroorganismy. Proti původním produktům získaným pouhou alkalickou hydrolýzou je, výtěžnost biomasy počítaná na veškerou rozpustnou organickou hmotu o 70 až 120 % vyšší, i Kromě toho dochází k podstatnému zkrácení j růstové doby bílkovinných mikroorganismů, a to až í o2Í00 %. Další výhodou tohoto kultivačního média i je okolnost, že oxidací kyslíkem se zneškodňuje , většina inhibitorů majících například svůj původ v látkách pryskyřičného charakteru, které jsou výrazné pro určité druhy dřevin a stáří dřevné hmoty.

Jak je patrno z předchozího popisu, využívají se k mikrobiosyntéze proteinů v sulfitových celulózkách pouze výluhy z vaření dřeva, respektive ve směsi s vodami z praní nebělené celulózy, které jsou vlastně vodou zředěné výluhy. Odpadní vody z dalších výrobních stupňů, to je zušlechťování (a bělení celulózy, se dosud nevyužívaly a nevyužívají, přestože do těchto vod přechází cca 10 % organické hmoty počítáno na nebělenou celulózu. Důvodem toho bylo hlavně používání sloučenin chlóru (například chlordioxid), velké množství alkálii a vysoké zředění. Proto i tyto druhy vod je obtížno podrobovat i biologickým způsobůín čištění.

Kultivační médium tj. produkty alkalicko-kyslíkové hydrolýzy lignocelulosových materiálů se mohou fermentovat též společně s kultivačními médii připravenými na bázi sulfitových výluhů, kyselých dřevných hydrolyzátů a předhydrolyzátů neb jejich směsí, přičemž se pomocí produktů alkalicko-kyslíkové hydrolýzy lignocelulosových materiálů koriguje pH, a to buď úplně nebo parciálně před anebo v průběhu fermentace, a feřmentační proces se může vést ve dvou až třech stupních.

Podle předmětného vynálezu je možno využívat větší část odpadních vod z prvých stupňů bělení - zušlechťování celulózy, kdy prvý stupeň alkalicko kyslíkového zušlechtění se zařazuje před konečným stupněm bělení (například za použití chlóru). Při tomto alkalicko kyslíkovém zušlechtění, který je určitým typem bělícího procesu, se odstraňuje z nebělené celulózy cca 50 až 70 % zbylých nežádoucích organických látek včetně menších množství celulózy.

i Tyto odpadní vody je možno podle předmětného ' , patentu využít k mikrobiosyntéze proteinů po ^příslušné úpravě pH a živení buď přímo anebo Je j v technologickém procesu cílevědomě recirkulovát | a mísit s primárním odpadem vznikajícím v sulfitoΪ vé celulózce, tj. se sulfitovým výluhem. Tímto způsobem je možno skutečně maximálně využít i dřevnou hmotu přešlou do odpadu a finálně ji f společně likvidovat.

) Společné využití produktů obsažených ve výluí zích a v odpadních vodách ze zušlechtění celulózy ” přináší sebou i další výhody, které lze spatřovat , v souběžné utilizad některých uhlíkatých látek výhodnějšími metabolickými drahami směřujícími k mikrobiosyntéze proteinu. Kromě toho produkty vzniklé při zušlechtění celulózy jsou vázány na alkalickou komponentu a jejich utilizací dochází k uvolňování alkalií, které jsou zapotřebí ke korekd hodnoty pH samotného sulfidového výluhu. .

, -i ,

Příklady provedení:

Přikladl m³ odpadní vody ze zušlechťování sulfátové celulósy alkalicko-kyslíkovým způsobem a obsa-1 hem 142 kg org. látek, z toho 104 kghydroxykyselin se upraví pomod kyseliný sírové na pH 6,0, i přidá se 15,25 kg síranu amonného, 4,35 kg 38% kyseliny fosforečné, 1,7 kg síranu draselného i a 0,8 kg síranu hořečtaného krystalického. Po rozpuštění se přidá inokulum kvasničné kultury Candida utilis ve formě kvasničného mléka o koncentraci cca 15 % sušiny v takovém množství, aby počáteční koncentrace kvasničné sušiny činila

1,5 g/1 média.

Médium se fermentuje při 32 °C po dobu 14 hodin ve fermentoru o objemu 20 m³ s turbinovým aeračnim zařízením za současného vhánění komprimovaného vzduchu v množství 5 m³/min.^_1. Po celou dobu se udržuje pH na hodnotě 6,0.

Po ukončení fermentace se médium odstředí, získané kvasničné mléko se na další odstředivce propere a usuší na rozprašovací sušárně. Získá se produkt o sušině 94 % s obsahem 55 % hrubého proteinu s koeficientem stravitelnosti 85 % v množství 48,4 kg.

Příklad 2 m³ magnesiumbisulfitového výluhu (kysájá varianta varného postupu) ze smrkové dřevné; hmoty o obsahu 1450 kg rozpustné sušiny, 115 kg organických látek a 250 kg redukujících látek se: vyvařením zbaví volného kysličníku siřičitého z původní hodnoty 950 mg/1 na 300 mg/1. Poté se pH koriguje čpavkovou vodou (25 %) na hodnotu 4,5. Takto upravený výluh se smísí s 2 m³ roztoku ze „zušlechtění celulózy alkalicko-kyslíkovým postu-

Claims (3)

1. : PŘEDMĚT

   1. 'Způsob výroby mikrobiálních proteinů z odpadů po chemickém zpracování dřevné hmoty, vyznačený tím, že se na kultivačním médiu, kterým jsou po úpravě pH a přídavku živin produkty alkalické neb kyselé hydrolýzy lignocelulózových materiálů podrobené předtím tlakové oxidaci kyslíkem neb kyslík obsahujícím plynem, aerobně fermentují bOkovinotvomé mikroórgamismy rodů Torulopsis, Candida, Cryptococcus, Oidium neb jejich směsi.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že kultivační médium, tj. produkty alkalicko kyslíko209235 pem s obsahem 38,5 kg organických látek, z toho 31 kg hydroxykyselin. Po smísení se pH koriguje čpavkovou vodou na hodnotu 6,2, přidá 7,5 kg , diamonfosfátu, 6 kg K₂SO₄ a po promíchání převede do fermentoru.

   ’ Do média převedeného do fermentoru se přidá inokulum kultury Candida utilis ve formě kvasničnéhó mléka v množství 24 kg sušiny tak, že výchozí ₍ koncentrace v mediu činí 2g kvasničné sušiny v jednom litru. Po přidání inokula se fermentuje po dobu 20 hodin při teplotě 32 °C. PH se v průběhu fermentace udržuje na hodnotě 6,0. Jako fermentační systém se použije tank ó brutto obsahu 25 m³, opatřený samonasávací turbinou a přívodem vzduchu pod turbínou. Počet otáček 200/min. a vzduchu 10m³/min.

   , Po ukončení fermentace se vzniklá biomasa odstředí, dvakrát promyje, thermolysuje a usuší na rozprašovací sušárně.

   Využitím směsi obou typů kultivačního média se získá 132 kg produktu 92 % sušiny s obsahem 52 % hrubého proteinu o koeficientu stravitelnosti 80 %.

   (Pro srovnám je možno uvést, že fermentací samotného magnesiumbisulfitového výluhu téhož složení se za těchže kultivačních podmínek získá pouze 112 kg produktu téhož složení).

   VYNÁLEZU vé hydrolýzy lignocelulosových materiálů fermentují se společně s kultivačními médii připravenými na bázi sulfitových výluhů, kyselých dřevných hydrogelů a předhydrolyzátorů neb jejich směsí, přičemž se pomocí produktů alkalicko-kyslíkové hydrolýzy lignocelulosových materiálů koriguje pH, a to bud úplně nebo parciálně před anebo v průběhu fermentace.
3. 3. Způsob podle bodu 1 a 2, vyznačený tím, že fermentační proces se vede ve dvou až třech stupních.