CS221113B1

CS221113B1 - Způsob kontinuální kultivace kvasinek v médiích s více zdroji uhlíku

Info

Publication number: CS221113B1
Application number: CS671181A
Authority: CS
Inventors: Jiri Barta; Petr Kujan; Vit Mateju; Miroslav Verner; Vladimir Krumphanzl; Frantisek Stross
Original assignee: Jiri Barta; Petr Kujan; Vit Mateju; Miroslav Verner; Vladimir Krumphanzl; Frantisek Stross
Priority date: 1981-09-11
Filing date: 1981-09-11
Publication date: 1983-04-29

Abstract

Vynález se týká způsobu kontinuální kultivace kvasinek v médiích s více zdroji uhlíku, obohacených přídavkem zdroje růstových látek a stopových prvků při optimálních hodnotách teploty a pH. Počáteční fáze kultivačního procesu je vedena za nejméně desetiprocentního přebytku kyslíku a potřebných minerálních živin v médiu, a že zřeďovací rychlost se ž počáteční hodnoty 0,15 h_í, s výhodou 0,1 h-1, během kultivace zvyšuje skokem p hodnotu nejvýše 0,1 h_1, s výhodou o 0,05 h-1, a to vždy nejdříve 12 až 48 hodin po dosažení ustáleného stavu, a fo nejvýše do dosažení maximální zřeďovací rychlosti.

Description

Vynález se týká způsobu kontinuální kultivace kvasinek v médiích s více zdroji uhlíku, obohacených přídavkem zdroje růstových látek a stopových prvků při optimálních hodnotách teploty a pH.

Počáteční fáze kultivačního procesu je vedena za nejméně desetiprocentního přebytku kyslíku a potřebných minerálních živin v médiu, a že zřeďovací rychlost se ž počáteční hodnoty 0,15 h^_í, s výhodou 0,1 h^-1, během kultivace zvyšuje skokem p hodnotu nejvýše 0,1 h^_1, s výhodou o 0,05 h^-1, a to vždy nejdříve 12 až 48 hodin po dosažení ustáleného stavu, a fo nejvýše do dosažení maximální zřeďovací rychlosti.

Vynález se týká způsobu vedení kontinuální kultivace kvasinek v médiích s více zdroji uhlíku, zvláště pak optimalizace řízení počáteční fáze kultivačního· prlocesu.

Některé suroviny používané pro výrobu mikrobiálních bílkovin obsahují několik zdrlojů uhlíku, které může produkční mikroorganismus snáze nehol obtížněji utilizlovat. Typickým příkladem takových surovin jsiou průmyslové odpady z výroby celulózy. Nejznámější a nejvyužívanější z nich — sulfitové výluhy — obsahují např. glukózu, manózu, galaktózu, xylózu a arabinózu, jim odpovídající aldonové kyseliny a jejich laktony a kyselinu octoviou. Odpady ze zušlechťování celulózy alkalickol-kyslíkovým způsobem, které jsiou považovány za perspektivní surovinu pro· výrobu kvasničné bílkoviny (SCP), obsahují navíc ještě sachariniové kyseliny, kyselinu mléčnou a příslušné laktiony.--------Jednorázové kultivace mikroorganismů v médiích, připravených z takových substrátových surovin, dávají růstové křivky typické pro polyauxil a charakterizované několika růstovými fázemi oddělenými prodlevami, v jejichž průběhu jsiou syntetizovány inducibilní enzymy, nezbytné pro- využívání dalšího substrátu. Při kontinuálních kultivacích jsou využívané zdroje uhlíku utilizovány sloučasně. Zředovací rychlost musí být přizpůsobena nejpomaleji využívanému substrátu a některé nejobtížněji asimilované zdroje uhlíku zůstávají v Odtahovém médiu nevyužity. Při obvyklých způsobech kontinuálních kultivací kvasinek na sulfiťových výluzích jsiou většinou využívány pouze monolsacharidy s výjimkou arabinózy a kyselina octová.

Je známo·, že přídavkem vhodného zdroje růstových látek a stopových prvků, například lihovarských melasových výpalků k sulfitovým výluhům lze zlepšit průběh kultivací a docilovanou výtěžnost (autorské osvědčení č. 203 413).

Rozsáhlé experimentální kultivační pokusy vedly ke zjištění, že dosud známé postupy využívají možnost konverze uhlíkatých zdrojů vícesubstrátových surovin na kvasničnou biiomasu jen nedokonale.

Podstatného zlepšení lze dosáhnout použitím způsiobu kontinuální kultivace kvasinek v médiích s více zdroji uhlíku a obohacených přídavkem zdroje růstových látek a stopových prvků podle vynálezu, jehož podstata je, že počáteční fáze kultivačního procesu je vedena za nejméně desetiprocentního přebytku kyslíku a potřebných minerálních živin v médiu, a že zředovací rychllost se z počáteční hodnoty 0,15 h^-1, s výhodou 0,1 h^-1, během kultivace zvyšuje stokem o hodnlotu nejvýše 0,1 h^-1, s výhodou o 0,05 h^-1, a to vždy nejdříve 12i až 48 hodin po dosažení ustáleného· stavu, a to nejvýše do dosažení maximální zředovací rychlosti.

Za kultivačních podmínek podle vynálezu vyvíjí nedostatek snadno asimilovatelných zdrojů uhlíku při dostatku všech ostatních biogenních prvků a rozpuštěného kyslíku tlak na syntézu inducibilních enzymů nutných pno využívání dalších substrátů média, což podporuje selekci kvasinek vybavených potřebným enzymatickým aparátem. Přítomnost zdrioje růstových látek a stopových prvků tento· proces urychluje. Výsledkem je získání populace schopné využívat 1 nesnadno asimiloivatelné zdroje uhlíku a umožnit tak dosažení vyšších výtěžností.

Potom, kdy je zajištěno! využívání rozhodujícího podílu uhlíkatých zdrojů suroviny, je nutno množství vzduchu a minerálních živin přizpůsobit skutečné produkci biiiomasy. Jako zdroj růstových látek a stopových prvků lze vedle již uvedených lihovarských melasových výpalků použít i corn-steep, kvasničný autolyzát, kvasničný extrakt, bramborové hlízové vody apod.

Způslob kultivace kvasinek podle vynálezu je objasněn, nikoliv však omezen, následujícími příklady:

Příklad 1

V laboratorním mechanicky míchaném fermentoru s celkovým obsahem 50 1 a plněním 20 1 byla prplvedena kontinuální kultivace kvasinky Candida utilis CCY 29-38-68 v kalcium-bisulfitových výluzích. Obrátky míchadla byly nastaveny na 20 s^-1, průtok vzduchu se automaticky reguloval tak, aby se koncentrace rozpuštěného· kyslíku v médiu udržovala v rozmezí 10 až 12 % nasycení.

Použité Ca- bisulfitové výluhy obsahovaly 11,4 % hmot. sušiny, 4,67 % hmot. popela a 27 g. I^-1 redukujících látek. Před kultivací se obsah volného kysličníku siřičitého ve výluzích snížil na 300 až 400 mg.l^-1a pH výluhů se z původní hodnoty 1,8 upravilo přídavkem čpavkové vlody na hodnotu 4,5. K výluhům se jako zdroj růstových látek a stopových prvků přidaly melasové lihovarské výpalky v množství 2,5 g sušiny na litr a roztok živných solí, obsahující v litru 40 ml kyseliny fosforečné (75 % hmot. H3PO4), 30 g hydroxidu draselného a 20 g chloridu horečnatého (6 H2O). Koncentrace roztoku živin· byla volena tak, aby litr roztoku postačil pro přírůstek 1 kg sušiny bi'o·masy. Do· sulfitových výluhů byl roztok na předpokládaný přírůstek biiomasy dávkován v 15% přebytku.

V průběhu kultivace sé pH udržovalo· dávkováním čpavkové vody na hodnotě 4,5 a teplota se regulovala na 34 °C. Kontinuální kultivace byla zahájena při koncentraci kvasničné sušiny 9,0 g. I^-1 tím, že se k fermentujícímu médiu začal přidávat sulfitový výluh. Počáteční zředovací rychlost byla 0,12 h^-1.

Průběh a parametry kontinuální kultivace jsou zachyceny v tabulce I. Zředovací rychlost při kultivaci se zvyšovala vždy 48 hioldin potom, co sie koncentrace kvasničné vztaženy na obsah redukujících látek v posušiny ve fermentujícím médiu ustálila. V užitých výluzích, tabulce uváděné výtěžnioistní koeficienty jsou

Tabulka 1 čás (h) D (h-t) x₀(g.l-i) x_n (g.l-i) Y_x/s

0 — 80	0,12
81-	- 150	0,17
151 -	- 230	0,22
231-	-310	0,28
311	- 391	0,33

9,0 13,2 0,489

13.2 14,3 0,530

14.3 15,6 0,578

15,6 16,4 0,607

16.4 17,4 0,644 !

fí

D —' zřeďovací rychlost x₀ — koncentrácie sušiny biiomasy na počátku úseku kultivace x_n — koncentrace sušiny hiomasy na konci úseku kultivace

Yx/s — výtěžnioStní koeficient

Z údajů shrnutých v tabulce č. 1 je zřejmé, že aplikací postupu podle vynálezu se výitěžmostní koeficient postupně zvyšuje na hodnoty, které jsou dosud známými postupy nedosažitelné. Rozbory zfermentovanébo média ukázaly, že důvodem byla zlepšená utilizace arabinózy a využívání aldonových kyselin a některých laktonů aldionových kyselin.

Příklad 2 provedena kontinuální kultivace kvasinky Candida utilis CCY 29 38 64 na Mg-bisulfitovém výluhu. Také aerační podmínky jsou shodné s příkladem 1.

Použitý Mg-bisulfitový výluh obsahoval

14,9 % hmot. sušiny, 21,9 g. I“¹ redukujících látek a před neutralizací čpavkovou v|odou měl pH 2,9. Oprava a obohacování výluhů živinami byly stejné jako; v příkladu 1, pouze s tou odchylkou, že se jako zdroj růstových látek a stopových prvků přidával cioirn-steep (1,5 g.l^-1), a že roztok minerálních živin neobsahoval zdroj hořčíku.

Kultivační teplota byla 34 °C a pH kultivace 4,5. Průběh a parametry kontinuální kultivace jslou v tabulce 2.

Na zařízení popsaném v příkladu 1 byla

Tabulka 2 čas (h) D (h-ij Xofg.l¹) xn (g · 1¹) Y*/s

0 — 96	0,10	8,6	9,9	0,452
97 — 169	0,14	9,9	10,9	0,498
170 — 250	0,20	10,9	11,6	0,530
251 — 330	0,27	11,6	12,3	0,562
331 — 402	0,31	12,3	12,7	0,580

Dosažené výtěžnosti byly poněkud nižší než u Ca- blsjulfitového. výluhu, ale opět mnohem příznivější než při běžném kultivačním postupu. Příčinou vysokých výtěž-

Claims

PŘEDMET

Způsob kontinuální kultivace kvasinek v médiích s více zdroji uhlíku, obohacených přídavkem zdroje růstových látek a stopových prvků při optimálních hodnotách teploty a pH, vyznačený tím, že počáteční fáze kultivačního, prlocesu je vedena za nejméně desetiprocentního, přebytku kyslíku a potřebných minerálních živin v médiu, a že ností byla oípět zlepšená utillzace obvykle málo využívaných zdrlojů uhlíku sulfitových výluhů.

VYNÁLEZU zřeďovací rychlost se z počáteční hodnoty 0,15 h^_1, s. výhodou 0,1 h^_1, během kultivace zvyšuje skokem o hodnotu nejvýše 0,1 h^_1, s výhodou o 0,05 h^-1, a to vždy nejdříve 12 až 48 hodin po. dosažení ustáleného. stavu, a to nejvýše doí dosažení maximální zřeďovací rychlosti.