CS210225B1

CS210225B1 - A method of aerobic cultivation of yeast on ethanol

Info

Publication number: CS210225B1
Application number: CS172480A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Stros; Miloslav Rut; Vladimir Krumphanzl; Karel Kadlec; Karel Ederer
Original assignee: Frantisek Stros; Miloslav Rut; Vladimir Krumphanzl; Karel Kadlec; Karel Ederer
Priority date: 1980-03-13
Filing date: 1980-03-13
Publication date: 1982-01-29

Abstract

Vynález se týká způsobu aerobní kultivace kvasinek na etanolu vedená za upravování pH kultivačního média na zvolenou hodnotu a při udržováni koncentrace etanolu v médiu v předepsaném rozmezí s použitím močoviny jako zdroje dusíku a roztoku hydroxydu draselného jako zdroje draslíku přičemž zdroj dusíku, fosforu, hořičíku a mikrobiogenních prvků se přidává do médis ve formé směsného roztoku.The invention relates to a method of aerobic cultivation of yeast on ethanol conducted by adjusting the pH of the culture medium to a selected value and maintaining the ethanol concentration in the medium within the prescribed range, using urea as a nitrogen source and a potassium hydroxide solution as a potassium source, with the source of nitrogen, phosphorus, magnesium and microbiological elements being added to the medium in the form of a mixed solution.

Description

Vynález ae týká způsobu aerobní kultivace kvasinek na etanolu a upravuje především složení roztoku zdrojů prvků, metodu jeho dávkování do média a postup při úpravě pH.The invention relates to a method for aerobic cultivation of yeast on ethanol and, in particular, to adjust the composition of the element source solution, the method of dosing it into the medium and the procedure for adjusting the pH.

Postup používaný při kultivaci kvasinek na syntetickém etanolu má některé charakteristické rysy, kterými se odlišuje od kultivačních postupů na jiných surovinách. Kultivace je vedena na principu nutristatu, což znamená, že koncentrace zdroje uhlíků i zdrojů jiných makro- a mikrobiogenních prvků v médiu se udržují v rozmezí hodnot, při kterých ještě není růst kvasinek významněji brzděn. Kultivace, při níž není růst kvasinek limitován zdroji biogenních prvků, ae rychle dostává do limitu kyslíku, který je jednou z podmínek pro dosažení vysoké výtěžnosti. Množství odpadních vod z kultivačního procesu se omezuje téměřťplnou recirkulací odstředěného média a tento postup si vynucuje takovou skladbu živin, při které zůstává v prokvašeném médiu jen minimální množství nevyužitelných iontů. Tyto požadavky se splňují tím, že se jako zdroj draslíku a fosforu používá kyselý fosforečnan draselný nebo ekvivalentní množství hydroxidu draselného a kyseliny fosforečné. Možnost úpravy pH a dávkování zdroje dusíku se zajišíuje tak, Že se ve fermentůjícím médiu udržuje určitá minimální koncentrace síranu amonného. Rostouoí kvasinky spotřebovávají amonný iont, do média se uvolňuje kyselina sírová a pokles pH se vyrovnává přídavkem amoniaku, který je současně rozhodujícím zdrojem dusíku při kultivaci. Udržování potřebné koncentrace zdroje uhlíku a případně i jiných biogenních prvků je předmětem celé řady československých autorských osvědčení (AO o. 158 954, 158 991, 164 315, 182 649, 179 554, 192 622).The process used to cultivate yeast on synthetic ethanol has some characteristics that distinguish it from cultivation processes on other raw materials. The cultivation is based on the nutristate principle, which means that the concentration of the carbon source and the sources of other macro- and microbiogenic elements in the medium are maintained within the range at which the growth of the yeast is not significantly inhibited yet. Cultivation in which yeast growth is not limited by sources of biogenic elements and rapidly reaches the oxygen limit, which is one of the conditions for achieving high yield. The amount of waste water from the culture process is limited by the almost complete recirculation of the centrifuged medium, and this procedure necessitates a nutrient composition that leaves only a minimum amount of unusable ions in the fermented medium. These requirements are met by using potassium potassium phosphate or equivalent amounts of potassium hydroxide and phosphoric acid as the source of potassium and phosphorus. The possibility of adjusting the pH and dosing the nitrogen source is ensured by maintaining a certain minimum concentration of ammonium sulfate in the fermentation broth. The growing yeast consumes the ammonium ion, sulfuric acid is released into the medium, and the pH drop is compensated by the addition of ammonia, which is also a critical nitrogen source in the culture. Maintaining the necessary concentration of the carbon source and possibly other biogenic elements is subject to a number of Czechoslovak authorizations (AO No. 158 954, 158 991, 164 315, 182 649, 179 554, 192 622).

Realizovatelnost popsaného poetupu je do značné míry závislá na možnosti použít jako zdroj dusíku amoniak nebo čpavkovou vodu. Při nutnosti náhrady amoniaku jiným zdrojem dusíku se komplikuje regulace pH při kultivaci a omezuje se možnost vracení odstředěného média do fermentoru. Další nevýhodou postupu je to, že ze solí potřebných makro- a mikrobiogenníoh prvků nelze připravit jediný čirý roztok.The feasibility of the described process is largely dependent on the possibility of using ammonia or ammonia water as the nitrogen source. When replacement of ammonia with another nitrogen source is necessary, the pH regulation during the cultivation is complicated and the possibility of returning the centrifuged medium to the fermenter is limited. A further disadvantage of the process is that a single clear solution cannot be prepared from the salts of the required macro- and microbiogenic elements.

Tyto nevýhody odstraňuje aerobní kultivace kvasinek na etanolu podle vynálezu, vedená za upravování pH kultivačního média na zvolenou hodnotu a při udržování koncentrace etanolu v médiu v předepsaném rozmezí měřeným přídavkem etanolu, při níž se zdroj dusíku, fosforu, hořčíku a mikrobiogenních prvků dávkuje do média ve formě směsného vodního roztoku, obsahujícího močovinu, kyselinu fosforečnou, hořečnatou sůl a soli mikrobiogenních prvků, přičemž množství tohoto roztoku se řídí podle přídavku etanolu, a že se pH média udržuje v určeném rozmezí přidáváním roztoku hydroxidu draselného sloužícího zároveň jako zdroj draslíku.These disadvantages are overcome by the aerobic yeast-on-ethanol cultivation of the present invention conducted by adjusting the pH of the culture medium to a selected value and maintaining the ethanol concentration in the medium within the prescribed range as measured by ethanol addition at which the nitrogen, phosphorus, magnesium and microbiogen in the form of a mixed aqueous solution containing urea, phosphoric acid, magnesium salt and microbiogenic salt, the amount of which is controlled by the addition of ethanol, and that the pH of the medium is maintained within a certain range by addition of potassium hydroxide solution serving as a potassium source.

Litr roztoku postačujícího pro přírůstek 1 kg kvasničné sušiny obsahuje například 210 g močoviny, 40 g kyseliny fosforečné 85 % hmotnostníoh, 32 g MgSO^ . 7 HgO, 0,5 g ZnSO^.A liter of solution sufficient for an increment of 1 kg of yeast dry matter contains, for example, 210 g of urea, 40 g of phosphoric acid 85% by weight, 32 g of MgSO4. 7 HgO, 0.5 g ZnSO4.

. 7 H₂0, 3,1 g CaCl . 2 HgO, 1,2 g NaCl, 1,0 g FeCl^ . 6 HgO, 0,02 g CuSO^ . 5 H₂0, 0,01 g MnCl₂ · 4 H₂0 a dávkuje se do média při přídavku 1,3 až 1,4 kg abolutního etanolu.. 7 H ₂ O, 3.1 g CaCl. 2 HgO, 1.2 g NaCl, 1.0 g FeCl 2. 6 HgO, 0.02 g CuSO4. 5 H ₂ O, 0.01 g MnCl ₂ · 4 H ₂ O, and is added to the medium with the addition of 1.3 to 1.4 kg of abolute ethanol.

Roztok živin může mít i jinou koncentraei a podlemístníeh podmínek může obsahovat větší nebo menší počet mikrobiogenních prvků a to ve formě různýoh rozpustných solí. Důležité je, aby poměr složek roztoku živin odpovídal poměru, v jakém jsou živiny potřebné pro tvorbu biomasy. Objem živného roztoku v litrech 7, odpovídající přídavku 1 kg absolutního etanolu, se vypočte ze vzorce y_X/eThe nutrient solution may also have other concentrations and may contain more or less microbiogenic elements, depending on the local conditions, in the form of various soluble salts. It is important that the ratio of the components of the nutrient solution corresponds to the ratio in which the nutrients are needed for biomass production. The volume of the nutrient solution in liters 7, corresponding to the addition of 1 kg of absolute ethanol, is calculated from the formula y _X / e

V --B kde y_xy_B je předpokládaný výtěžnostní koeficient (g kvasničné sušiny vytvořené z 1 g etanolu) a B je množství biomasy v kg, které může vzniknout z 1 litru roztoku živin.V - B where y _x y _B is the assumed recovery coefficient (g of yeast dry matter formed from 1 g of ethanol) and B is the amount of biomass in kg which may be produced from 1 liter of nutrient solution.

Při způsobu kultivace kvasinek na etanolu podle vynálezu se místo amoniaku jako zdroj dusíku používá močovin» při zachování možnosti jednoduché, převážné jednostranné, regulace pH a bez omezení míry recirkulace odstředěného média. Další výhodou nového postupu je to, že lze živiny včetně mikroprvků přidávat do média ve formě jediného čirého roztoku.In the method of culturing yeast on ethanol according to the invention, urea is used instead of ammonia as a nitrogen source, while maintaining the possibility of simple, predominantly one-sided pH control and without limiting the rate of recirculation of the centrifuged medium. Another advantage of the novel process is that nutrients, including microelements, can be added to the medium in the form of a single clear solution.

Způsob kultivace podle vynálezu je znázorněn následujícím příkladem.The cultivation method of the invention is illustrated by the following example.

Příklad 1Example 1

V laboratorním skleněném fermentoru o obsahu 30 1 a užitečném plnění 15 1 byla provedena jednorázová přítoková kultivace kvasinky Candida utilis OCY 29 38 64· Fermentor je opatřen samonasávacím míchadlem a při vzdušnění 0,73 VVM je dosahovaný přenos kyslíku charakterizován siřičitanovým číslem 200 mmol 0₂ . 1~^ . h*^.In a laboratory glass fermenter containing 30 1 and 15 1 useful implementation by a single inflow culturing Candida utilis OCY 29 38 · 64 is provided with a self-priming fermenter stirrer and aeration at 0.73 VVM is achieved characterized by oxygen transmission sulfite number 0 200 mmol _second 1 ~ ^. h * ^.

Počáteční koncentrace inokula odpovídala 2 g . I**¹ kvasničné sušiny. V průběhu kultivace se teplota automaticky udržovala na 35 °C a pH se regulačním pH-metrem upravovalo na hodnotu 4,0. Při poklesu pH pod zvolenou hodnotu dávkoval pH-metr do média roztok hydroxidu draselného o koncentraci 300 g . l”¹ KOH, ve výjimečných případech, kdy vystoupilo pH nad Určenou hodnotu přidával přístroj do fermentující tekutiny roztok kyseliny sírové 20 % hmotnostních. Přístrojem Metrex DEL se koncentrace etanolu v médiu udržovala v rozmezí 0,8 až 1,2 g · l“¹. Přístroj ovládal dvojcestné peristaltické čerpadlo, kterým se pro udržení předepsaného rozmezí koncentrace etanolu do média přidával syntetický líh obsahující 90,4 % objemových etanolu, tj. 714 g etanolu v litru. Týmž čerpadlem se současně druhou hadičkou dávkoval do fermentujícího média roztok živin obsahující v litru: 105 g močoviny, 20 g kyseliny fosforečné 85 % hmotnostních, 16 g MgSO^ . 7 HgO, 1,55 g CaClg . 2 HgO, 0,6 g NaCl, 0,25 g ZnS0₄ , 7 HgO, 0,5 g FeCl-j . 6 H₂0, 0,01 g CuSO₄ . 5 HgO, 0,05 g lfaCl₂ . 4 HgO.The initial inoculum concentration was 2 g. I ** ¹ yeast dry matter. During cultivation, the temperature was automatically maintained at 35 ° C and the pH was adjusted to 4.0 with a pH regulator. When the pH dropped below the selected value, the pH meter metered 300 g of potassium hydroxide into the medium. l ^"1 of KOH, in exceptional cases, when performed above the specified pH value of the adding device into the fermenting liquid solution of sulfuric acid 20 wt%. Metrex device DEL of the ethanol concentration in the medium was maintained in the range of 0.8 to 1.2 g · l ^'1. The device operated a two-way peristaltic pump, which was added to maintain the prescribed ethanol concentration range into the medium by adding synthetic alcohol containing 90.4% by volume of ethanol, i.e. 714 g of ethanol per liter. At the same time, a nutrient solution containing per liter of: 105 g urea, 20 g 85% phosphoric acid, 16 g MgSO4 was fed into the fermentation medium through the same pump. 7 HgO, 1.55 g CaClg. 2 HgO, 0.6 g NaCl, 0.25 g ZnSO ₄ , 7 HgO, 0.5 g FeCl-1. 6 H ₂ O, 0.01 g CuSO ₄ . 5 HgO, 0.05 g lfaCl ₂ . 4 HgO.

Při této koncentraci živin stačí roztok pro produkci 0,5 kg kvasničné sušiny. Poměr přídavku syntetického lihu a dávky roztoku živin 1 s 1 odpovídá předpokladu, že se dosáhne výtěžnostního koeficientu 0,7.At this nutrient concentration, a solution is sufficient to produce 0.5 kg of yeast dry matter. The ratio of the addition of synthetic alcohol to the dose of nutrient solution 1 s 1 corresponds to the assumption that a recovery coefficient of 0.7 is reached.

Kultivace trvala 5 hodin a v jejím průběhu se spotřebovalo 520 ml syntetického lihu, což odpovídá 371 g absolutního etanolu a 525 ml roztoku živin, čistý přírůstek kvasničné sušiny byl 269 g a odpovídá výtěžnostnímu koeficientu 0,725. Na úpravu pH se spotřebovalo 30 ml roztoku KOH, což odpovídá spotřebě 33,5 g KOH na 1 kg kvasničné sušiny. Roztoku kyseliny sírové se spotřebovaly jen 3 ml pro úpravu pH média na počátku a na konci kultivace.The cultivation lasted 5 hours, during which 520 ml of synthetic alcohol was consumed, corresponding to 371 g of absolute ethanol and 525 ml of nutrient solution, the net increment of yeast dry matter was 269 g and corresponds to a recovery coefficient of 0.725. To adjust the pH, 30 ml of KOH solution was consumed, corresponding to a consumption of 33.5 g KOH per kg of yeast dry matter. Sulfuric acid solutions were consumed with only 3 ml to adjust the pH of the medium at the beginning and at the end of the culture.

Vypěstovaná kvasinky obsahovaly v sušině 8,45 % celkového dusíku tj. 52,8 % dusíkatýoh látek, 6,8 % nukleovýeh kyselin, 46 % čistých bílkovin a 7,2 % popela.The yeast grown contained 8.45% total nitrogen in the dry matter, ie 52.8% nitrogen, 6.8% nucleic acids, 46% pure proteins and 7.2% ash.

Claims

P S E D Μ β Τ OF THE INVENTION

A method of aerobic cultivation of yeast on stanol by adjusting the pH of the culture medium to a selected value and maintaining the concentration of ethanol in the medium within the prescribed range by adding ethanol, characterized in that the nitrogen, phosphorus, magnesium and microbiogenic elements are dosed into the medium a solution comprising urea, phosphoric acid, magnesium salt and a salt of microbiogenic elements, the amount of which is controlled by the addition of stanol, and that the pH of the medium is maintained within a certain range by adding a potassium hydroxide solution serving as a potassium source.