CS258598B1 - Způsob výroby kvasnic se zvýšeným obsahem hrubého proteinu - Google Patents

Abstract

Podstata způsobu výroby kvasnic aerobní kultivací v živném médiu, obsahujícím necukerný zdroj uhlíku, zdroj dusíku, vodu, anorganické ionty, růstové látky a zdroj kyslíku, spočívá v tom, že se do kultivačního média v průběhu kultivace přidává disprotidická látka, sloužící výhradně jako zdroj vodíkových iontů, v množství 0,06 až 0,018 chemického gramekvivalentu této látky s obsahem 0,006 až 0,018 gramiontu vodíku a neobsahující anionty škodící kultivaci.

Description

Vynález se týká způsobu výroby kvasnic se zvýšeným obsahem hrubého proteinu aerobní kultivací v živném médiu, obsahujícím necukerný zdroj uhlíku.

V současné době se neustále rozšiřuje výroba kvasnic pro lidskou výživu i pro krmné účely a to zejména na bázi nepotravinářských surovin (etanol, metanol, uhlovodíky apod.) a na bázi odpadů (citrolouhy, sulfitové výluhy). Při hodnocení výrobku z hlediska kvality je rozhodující obsah hrubého proteinu. Ten je vlastním cílem výroby. Jeho obsah v produktu při průmyslové výrobě se dnes pohybuje v rozmezí 45 až 55 í, v závislosti na použité technologii a na okamžitém stavu výroby. Z hlediska dalšího použití je významné docílit jednak co nejvyšší obsah bílkovin, jednak stabilitu tohoto obsahu ve výrobku. Obsah hrubých bílkovin je obecně přepočitatelný na obsah dusíku, v daném případě dělením koeficientem 6,25.

Nevýhodou současných postupů je, že některé technologie neumožňují docílit ani stabilní, ani dostatečně vysoký obsah bílkovin a to i při přesném dodržování požadovaných technologických parametrů. To je podmíněno odlišnými vlastnostmi ^surovin a použitých mikroorganismů. Příčiny dále spočívají v nedostatku vhodných dusíkatých látek v substrátu, které nelze do systému dodat ani při přesném dodržení technologických podmínek a postupů a způsobu regulace přítoku substrátů. Tento deficit pak vede k nevhodnému využití dodaného dusíku a k trvalému úbytku bílkovin v produktu. Každá konkrétní technologie a systém regulace pak zaručují dosažení určité úrovně obsahu bílkovin, která není v souladu s požadavky ČSN a možnostmi mikroorganismů. Obsah bílkovin se pak pohybuje hluboko pod dosažitelným maximem. Vzniká tak situace, kdy používaná technologie umožňuje vyrábět produkt např. s obsahem 48 až 52 % bílkovin,

ČSN nebo odběratel požadují obsah 57 % bílkovin a dosažitelné maximum je 62 až 65 % bílkovin. Deficit obsahu bílkovin mezi požadavky a skutečností pak vede ke značným ekonomickým ztrátám. Tento deficit v obsahu bílkovin je nutno odstranit a obsah hrubého proteinu současně stabilizovat.

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob výroby kvasnic se zvýšeným obsahem hrubého proteinu aerobní kultivací v živném médiu, obsahujícím necukerný zdroj uhlíku (etanol, metanol, citrolouhy apod.), zdroj dusíku (čpavková voda, apod.), vodu, anorganické ionty (draslík, fosfor, mangan, zinek, hořčík, železo, měd apod.), růstové látky (vitaminy, aminokyseliny apod.) a zdroj kyslíku (vzduch, kyslík apod.) podle vynálezu, jehož podstatou je, že do kultivačního média anebo jeho přítoků se v průběhu kultivace přidává disprotidická látka, sloužící výhradně jako zdroj vodíkových iontů, v množství, které se rovná 0,006 až 0,018, s výhodou 0,009 až 0,015 chemického gramekvivalentu (val) této látky s obsahem 0,006 až 0,018, s výhodou 0,009 až 0,015 gramiontu vodíku, pro zvýšení obsahu hrubých bílkovin o jeden gram ve 100 g sušiny produktu, a neobsahující anionty, škodící kultivaci. Disprotidická látka je každá chemická sloučenina nebo iont, mající schopnost odštěpovat proton, tj. vodíkový iont H. Ve vodném prostředí se pak vodíkový iont hydratuje a reaguje dále jako směs iontů H⁺, (H3O)⁺ až (HgO4)⁺. Příkladem disprotidů ve vodném prostředí jsou kyseliny nebo iont NH₄ ⁺ atd. Druh disprotidické látky není z hlediska kultivace vůbec významný a jediným požadavkem je, aby související aniont neinhiboval kultivaci, nebo jinak nepředstavoval látku škodlivou. Kvalita ani množství dodaného aniontu z hlediska tohoto vynálezu neovlivňuje průběh kultivace a neovlivňuje ani kvalitu metabolitů. Rozhodující a jediný je účinek vynálezem požadované koncentrace vodíkového iontu, který vede k podstatnému zpomaleni růstu koncentrace škodlivých metabolitů, ke zvýšení a stabilizaci obsahu hrubého proteinu. Z tohoto hlediska jsou si účinky všech disprotidických látek rovny.

Způsob použití a výsledky docílené vynálezem jsou blíže popsány v následujících příkladech.

Přikladl

Kultivace v objemu 3 1 (bez využití vynálezu)

Kultivace kvasinek Torulopsis ethanolitolerans byla prováděna v laboratorním fermentoru o celkovém objemu 3 1 s mechanickým míchadlem a aerací za aerobních podmínek. Pracovní objem kultivačního prostředí byl 1,7 1. kultivace trvala 102 hodiny. Prvních 10 hodin byla kultivace vedena přítokovým způsobem. V dalších hodinách, po dosažení sušiny 15 g/1, byla vedena kontinuálně s vracením odseparované zápary. Teplota kultivace byla udržována v rozmezí 33 í 1 °c. Koncentrace rozpuštěného kyslíku se pohybovala v rozmezí 30 až 50 % v kultivačním médiu.

Etanol a živiny byly dodávány ve směsi etanol + živiny + lihovarské zahuštěné výpalky + + odseparovaná zápara. pH kutlivačního prostředí bylo udržováno na hodnotě pí! - 4,o až 4,5 přídavkem roztoku čpavkové vody na základě impulsů regulačního pH metru. Zřeáovací rychlost se pohybovala v rozmezí 0,2 až 0,25 h ¹. Koncentrace sušiny biomasy ve fermentoru dosahovala hodnot 10 až 12,5 g/1. Inokulace fermentoru byla provedena inokulem z 5 baněk o objemu 250 ml, kultivovaných na třepačkách po dobu 48 hodin. V nulté hodině kultivace byla přidána jednorázová dávka síranu amonného 1,0 g tak, aby byla dosažena potřebná počáteční minimální hladina amonného dusíku v kultivačním prostředí 100 mg/1. Během kultivace bylo vyrobeno 450 g kvasnic o absolutní sušině biomasy. Průměrná výtěžnost na vnesený etanol byla 71,2 %. Dosahovaný obsah hrubého proteinu v sušině biomasy byl 52,2 %.

Příklad 2

Kultivace v objemu 3 1 (s využitím vynálezu)

Kultivace byla prováděna ve stejném zařízení a za stejných podmínek s využitím předmětu tohoto vynálezu. Předpokládaná produkce je 450 g sušiny biomasy a požadovaný obsah hrubého proteinu v sušině je 59,2 %. Obsah hrubého proteinu bylo třeba zvýšit o 7 % ve srovnání s hodnotou, která je.za běžných podmínek dosahována. Předpokládaná délka kultivace je 100 hodin. Dle vynálezu je třeba na 100 g sušiny biomasy při zvýšení hrubé bílkoviny v sušině biomasy o 1 % dodat do kultivačního média s výhodou 0,009 až 0,015 gramiontu vodíku, tj.

0,009 až 0,015 chemického gramekvivalentu disprotidické látky. Byla použita kyselina sírová 96». Chemický gramekvivalent kyseliny sírové je 49 g.

Výpočet potřebného množství kyseliny sírové 964 na výrobu 450 g sušiny biomasy a pro zvýšení hrubého proteinu o 7 % v sušině biomasy je následující:

Je zapotřebí dodat 7 x 0,015 x 4,5 = 0,4725 gramiontu vodíku. Ten je obsažen v 0,4725 x x 49 = 23,15 g H₂SO₄ 1004, tj. 13,13 ml kyseliny sirové 96%. Kyselina sírová byla dodávána kontinuálně v množství 0,13 ml za hodinu. Kultivace trvala 103 hodiny a bylo vyrobeno 451 g a. s. kvasnic. Průměrná výtěžnost na vnesený etanol byla 70,9 %. Dosahovaný obsah hrubého proteinu v sušině biomasy byl v průměru 59,5 % (minimum 59,4 %, max. 59,9 %).

Příklad 3

Kultivace v objemu 30 1 (bez využití vynálezu)

Kultivace byla provedena v laboratorním fermentoru o celkovém objemu 30 1, s plněním 18 1. Fermentor je opatřen samonasávacím míchadlem typu Waldhof s cirkulačním válcem. Fermentor byl vybaven automatickou regulací teploty. Regulace pH kultivačního média byla provedena regulačním pH metrem. Kultivace byla vedena za aerobních podmínek v limitu kyslíku. pH bylo udržováno na hodnotě pH = 4,0 až 4,1, teplota v hodnotě 33 - 1 °C. Zřeáovací rychlost byla 0,2 až 0,23 h^-·¹, koncentrace zbytkového etanolu v kultivačním médiu byla udržována na hodnotě max. 0,2 % obj.

Prvních 8 hodin, až do dosažení koncentrace sušiny 30 g/1, byla vedena kultivace jako fed-batch. V dalších hodinách byla vedena kultivace kontinuálním způsobem s vracením odseparované zápary. Etanol, živiny a výpalky byly dávkovány ve směsi s odseparovanou záparou dávkovacími čerpadly. Amoniak byl dávkován na základě impulsů regulačního pH metru. Koncentrace sušiny biomasy ve fermentoru se pohybovala v rozmezí 28 až 31 g/1. Inokulace fermentoru byla provedena 350 g pasty o sušině 22 %. V nulté hodině kultivace byla přidána dávka 10,5 g síranu amonného, aby byla vytvořena koncentrace amonného dusíku 100 mg/1 v kultivačním médiu. Doba kontinuální fermentace byla 90 hodin.

Během kultivace bylo vyrobeno 9 950 g kvasnic o absolutní sušině. Průměrná výtěžnost na vnesený etanol byla 71,15 %. Vyrobená biomasa obsahovala průměrně 51,12 % hrubého proteinu v sušině biomasy (min. 50,3 %, max. 51,4).

Přikládá

Kultivace v objemu 30 1 (s využitím vynálezu)

Kultivace byla prováděna ve stejném zařízení a za stejných podmínek s využitím předmětu tohoto vynálezu. Požadována byla produkce 10 000 g sušiny biomasy a obsah hrubého proteinu v sušině biomasy 58 %. Obsah hrubého proteinu je třeba zvýšit o 7 % ve srovnání s hodnotami, kterých se dosahuje běžně používaným způsobem. Předpokládaná doba kontinuální kultivace je 90 hodin.

Podle vynálezu je třeba na 100 g sušiny biomasy při zvýšení hrubé bílkoviny v sušině biomasy o 1 % dodat do kultivačního média s-výhodou 0,009 až 0,015 gramiontu vodíku, tj.

0,009 až 0,015 chemického gramekvivalentu disprotidické látky. Byla použita kyselina chlorovodíková 35%. Chemický gramekvivalent této kyseliny je 36,5 g.

Výpočet potřebného množství kyseliny chlorovodíkové 35% na výrobu 10 000 g sušiny biomasy a pro zvýšení hrubého proteinu o 7 % v sušině biomasy je následující:

Je zapotřebí dodat 7 x 0,015 x 100 = 10,5 gramiontu vodíku. Ten je obsažen v 10,5 x x 36,5 383,25 g HC1 100%, tj. 932, 7 ml - 35% HC1. Kyselina chlorovodíková byla dodávána kontinuálně v množství 10,5 ml/h. Kontinuální kultivace trvala 90 h a bylo vyrobeno 10 050 g kvasnic o absolutní sušině. Výtěžnost na vnesený etanol byla 70,12 % a obsah hrubého proteinu v sušině biomasy byl v průměru 58,15 % (min. 57,9 %, max. 58,5 %).

Claims (1)

1. Způsob výroby kvasnic se zvýšeným obsahem hrubého proteinu aerobní kultivací v živném médiu, obsahujícím necukerný zdroj uhlíku, zdroj dusíku, vodu, anorganické ionty, růstové látky a zdroj kyslíku, vyznačený tím, že do kultivačního média anebo jeho přítoků se v průběhu kultivace přidává disprotidická látka, sloužící výhradně jako zdroj vodíkových iontů, v množství, které se rovná 0,006 až 0,018, s výhodou 0,009 až 0,015 chemického gramekvivalentu této látky s obsahem 0,006 až 0,018, s výhodou 0,009 až 0,015 gramiontu vodíku pro zvýšení obsahu hrubých bílkovin o 1 g ve 100 g sušiny produktu a neobsahující anionty, škodící kultivaci .