CS263297B1

CS263297B1 - Způsob pHpravy kvasničné biomasy s vysokým obsahom biologicky aktivních komplexů chrómu

Info

Publication number: CS263297B1
Application number: CS875697A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Ing Csc Stros; Miloslav Ing Rut; Lubomir Dr Adamek; Bohumil Rndr Csc Benes; Otto Rndr Csc Taborsky
Original assignee: Frantisek Ing Csc Stros; Rut Miloslav; Lubomir Dr Adamek; Bohumil Rndr Csc Benes; Taborsky Otto
Priority date: 1987-07-30
Filing date: 1987-07-30
Publication date: 1989-04-14
Also published as: CS569787A1

Abstract

V průběhu kultivace kvasinek se zdroj trojmocného chrómu přidává do kultivačního média v dávkách úměrných přírůstku.kvasničné biomasy, s výhodou v množství 1 000 až 5 000 ^ug Cr na 1 g nově vytvořené kvasničné sušiny. Za těchto podmínek chromitá sůl neinhibuje kultivaci, dosahuje se vysokého stupně retence ohromu v biomase a získává se kvasnlčná biomasa s vysokým obsahem intracelulárnlho chrómu. Doporučuje se používat kvasinky patřící k druhům povoleným pro přípravu potravinářských aditiv.

Description

Vynález se týká způsobu přípravy kvasničné biomasy s vysokým obsahem biologicky aktivních komplexů chrómu.

Trojmocný chrom je pro živé organismy esenciálním prvkem, který ovlivňuje některé důležité metabolické funkce. U savců je prvním a nejvýznamnějším důsledkem deficience chrómu poškození glukózové tolerance, projevující se mimo jiné snížením efektivnosti insulinu, glykosurií a hyperglykemií. Deficience chrómu dále způsobuje zpomalení růstu, snížení délky života, zvýšeni hladiny cholesterolu a triglyceridů a další negativní symptony.

Denní potřeba chrómu u dospělých lidí se odahduje na 200 až 300 ^g, u dětí a dospívajících je potřeba chrómu nižší, u starých lidí naopak značně vyšší.

Značná část populace má však denní příjem chrómu nižší se všemi z toho vyplývajícími riziky. V ČSSR se např. denní příjem chrómu odhaduje na 50 až 100^ug.

Při odstraňování následků deficience chrómu, hlavně při obnovování glukózové tolerance má daleko vyšší biologický účinek než jednoduché anorganické sloučeniny chrómu organický komplex s obsahem trojmocného chrómu, který byl poprvé zjištěn v pivovarských kvasnicích a nazván glukózový toleranční faktor (GTF). Tento komplex obsahuje kromě chrómu aminokyseliny glycin, kyselinu glutamovou a cystein a především kyselinu nikotinovou.

Přirozené zdroje organických komplexů chrómu v pivovarských kvasnicích jsou poměrně nízké (cca 2 jug/g) a proto se vyvíjejí postupy na přípravu kvasničné biomasy s vysokým obsahem intracelulárního chormu. Při postupu podle USA patentu č. 4 343 905 se obsah GTF v pivovarských kvasnicích zvyšuje až na 2 000 ^ug/g tak, že se suspenze kvasinek nechá reagovat s roztokem kyseliny nikotinové, kyseliny 1-glutamové, glycinu, 1-cysteinu a oxidu chromitého. Podle USA patentu č. 4 348 483 se kvasničný produkt s obsahem intracelulárního chrómu až 1 000 /ag/g připravuje tak, že se na suspenzi živých kvasinek Saccharomyces cerevisiae při pH 4 až 7 působí za nerůstových podmínek vodným roztokem netoxické chromité soli po dobu asi 30 minut. Takto upravené kvasinky se bud přímo zkoncentrují, vyperou a usuší, nebo se po přidání živin pomnoží kultivací, při níž se obsah vnitrobuněčného chormu stabilizuje a sníží na žádanou hodnotu.

Při těchto známých postupech obohacováni mikrobiální biomasy biologicky aktivním chromém se chromité soli vesměs přidávají k mikrobiální suspenzi najednou na počátku procesu a to v poměrně velkém množství. Použití vysoké koncentrace chromitých iontů brzdí rozmnožování mikrobiálních buněk a proto chrom vniká do nemnožících se buněk pasivním transportem, nebo v průběhu velmi pomalu probíhající kultivace.

Podíl chrómu, který se zabudovává do buněk, je poměrně nízký a nízké bývají i dosahované koncentrace intracelulárního chrómu.

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob přípravy kvasničné biomasy s vysokým obsahem biologicky aktivních komplexů chrómu vsádkovou, přiživovanou periodickou nebo kontinuální kultivací kvasinek za přítomnosti zdroje trojmocného chrómu podle vynálezu, při němž se chromité soli přidávají v průběhu kultivace do fermentujícího média průběžně nebo v periodických dávkách v množství úměrném přírůstkům biomasy, s výhodou 1 000 až 5 000 ^ig Cr na 1 g nové vytvořené kvasničné sušiny.

Při přiživované periodické nebo při kontinuální kultivaci je výhodné rozpustit chromité soli v používaném zdroji uhlíku nebo v jeho vodném rozotku. Dávka d chromité soli v g na 100 g zdroje uhlíku se vypočítá ze vzorce:

lOO.y.Cr d = ---kde y je předpokládaný výtěžnostni koeficient

Cr_x je požadovaná dávka chrómu na 1 g přírůstku kvas. sušiny p je obsah chrómu v 1 g chromité soli.

Má-li být získaná biomasa s vysokým obsahem biologicky aktivních komplexů chrómu použita pro lidskou konzumaci, doporučuje se použít kvasinky schválené pro přípravu potravinářských aditiv patřící např. k durhům Saccharomyces cerevisiae nebo Torulopsis ethanolitolerans.

Po zakončení kultivace se kvasinky ze zralého média oddělí, zkoncentrují, vyperou vodou, inaktivují a případně, usuší.

Výhodou postupu podle vynálezu je to, že obsah chromítých solí ve fermentujícím médiu je v průběhu kultivace relativně nízký a nedosahuje toxických koncentrací, které by zpomalovaly rozmnožování kvasinek. Další výhodou je to, že se vysoký podíl, až 80 % z přidaného ohromu, přeměňuje na chrom intracelulární a že napěstovaná biomasa obsahuje 3 000 yug/Cr na 1 g sučiny. Nízká zbytková koncentrace chromitých solí ve zralém médiu usnadňuje praní kvasinek.

Postup podle vynálezu je objasněn, nikoliv však omezen následujícími příklady.

Přikladl

V laboratorním fermentoru s užitečným obsahem 15 1 a dosahovaným přestupem kyslíku

5,5 g O₂.l^_^.h ¹ byla provedena série 5 přiživovaných periodických kultivací kvasinky Torulopsis etanolitalerans CCY 26-58-1 na syntetickém etanolu.

Před zahájením všech kultivací bylo do fermentoru napuštěno 14 1 vody, přidáno 15 g a 250 ml roztoku živných solí obsahujícího v litru 35 ml 85 % hmot. H^PO^, 30 g

KOH, 160 g MgSO₄-7 HjO a 0,5 g ZnSO^.7 Η₂<0. Médium pak bylo inokulováno 300 g kvasničné pasty (22,5 % sušiny). Kultivace byly vedeny při 33 °C, pH se upravovalo 10 % roztokem amoniaku na hodnotu 4,0 a koncentrace etanolu v médiu se přístrojem Netrex udržovala v rozmezí 0,15 až 0,25 % obj. Kultivace byly ukončeny, když se spotřebovalo 314 g absolutního etanolu.

Rozdíly mezi jednotlivými kultivacemi spočívaly v přidávaném množství chromité soli. Kultivace č. 1 byla kontrolní bez přídavku Cr, při kultivacích 2 až 5 bylo v přítokovaném rozpuštěno odstupňované množství CrClj.6 H₂O.

Po ukončení kultivací byly kvasinky z média odseparovány, promyty vodou a odstředěny na kvasničnou pastu. Pasta byla resuspendována v pitné vodě na mléko o sušině 16 %. Mléko se inaktivovalo 30minutovým zahříváním na 80 °C a pak usušilo v laboratorní rozprašovací sušárně. Výsledky dosažené při srovnávacích kultivacích jsou shrnuty v tabulce 1.

Tabulka 1

Kultivace	Obsah Cr v etanolu mg Cr/g a. a.	Růstová tychlost h-i	Výtěžnost kvas. suš. z etanolu g.q^-1	Množství výrobku 94 % suš.	Obsah Cr ve výrobku mg.g^-·¹·	Retence Cr %
1	-	0,43	0,80	339	-	-
2	0,95	0,39	0,79	335	0,73	82
3	1,91	0,34	0,71	305	1,62	82
4	3,82	0,25	0,50	238	3,40	67
5	5,73	0,19	0,47	229	4,50	⁵⁴

Z výsledků je zřejmé, že při kultivacích 2 a 3 nebyla proti kontrole podstatně snížena růstová rychlost ani výtěžnost a dosažena retence Cr v biomase 82 %. Přídavek Cr na 1 g přírůstku kvasničné sušiny činil při těchto kultivacích 1 200 resp. 2 700 /ag. Při kultivacích 4 a 5 snížily vyšší dávky Cr podstatně růstovou rychlost a výtěžnost a nižší byla i retence chrómu v biomase.

i

Příklad 2

V témže fermentoru jako v příkladu 1 a za obdobných kultivačních podmínek byla provedena přiživovaná periodická kultivace kvasinky Saccharomyces cerevisiae RIFXS 104 na sacharóze. Médium bylo inokulováno 300 g lisovaných kvasinek (27 % sušiny), v průběhu kultivace se roztok sacharózy do fermentoru dávkoval při náhlém poklesu koncentrace oxidu uhličitého ve výdechu. Kultivace byla ukončena po spotřebování 270 g sacharózy. Spolu β roztokem sacharózy byl do média přidáván i síran chromitodraselný v množství odpovídajícím 1,37 pg Cr na 1 g sacharózy. Při kultivací byla dosažena růstová rychlost 0,25 h“¹ a výtěžnost 0,4 g.g. 1. Přídavek Cr na 1 g nově vytvořené kvasničné sušinytčinil 3 425 pg. Bylo získáno 201 g sušených kvasinek (94 % sušiny) s obsahem 1 530 ,ug Cr/g. Do biomasy přešlo 81 % z nadávkovaného chrómu.

Příklad 3

Ve fermentoru popsaném v příkladu 1 byla provedena vsádková kultivace kvasinky Saccharomyces cerevisiae RIFIS 104 na sacharóze. Před zahájením kultivace se do fermentoru napustilo

14,5 1 vody, přidalo se 150 ml rozotku minerálních živin (přiklad 1), 5 g síranu amonného, g močoviny a 300 g sacharózy. živné médium se inokulovalo 120 g lisovaných kvasinek (27 % sušiny). Při kultivaci se udržovala teplota 30 °C a do fermentujícího média se programo vým čerpadlem dávkoval roztok chloridu chromitého. Dávky Cr se v průběhu kultivace zvyšovaly úměrně přírůstkům kvasničné biomasy, ověřeným předem kontrolním pokusem. Konec kultivace byl indikován prudkým vzestupem rozpuštěného kyslíku po spotřebování zdroje uhlíku. Při kultivaci byla dosažena výtěžnost 0,38 g kvasničné sušiny z 1 g sacharózy a do média bylo nadávkováno 230 mg chromité soli, což odpovídá dávce 2 017 /ag Cr na g vytvořené kvasničné sušiny. Bylo připraveno 150 g sušených kvasinek (94 % suš.), které obsahovaly 1 240 ^ig Cr.g^-1. Retence Cr při kultivaci byla 81 ».

Příklad 4

Ve fermentoru s účinným objemem 2,5 1 a dosahovaným přestupem kyslíku 5,3 g O₂.l^-1.h^-1byla provedena kontinuální kultivace kvasinky Torulopsis ethanolitolerans na syntetickém etanolu. Kultivace byla vedena při zřečtovacl rychlosti 0,25 h^-1, teplotě 33 °C a pH 4,0.

V průběhu 0,25 h^-1, teplotě 33 °C a pH 4,0. V průběhu kultivace se do fermentoru přidávalo 625 ml.h^-1 čerstvého média, které obsahovalo v litru 20 g etanolu, 15 ml roztoku minerálních živin (příklad 1), 0,6 g (NH^ljSO^, 2,5 g močoviny a 0,154 g CrCl₃.6H₂O. Stejný objem zralého média odcházel z fermentoru přepadem, rovnovážná koncentrace kvasničné sušiny při kultivaci byla 15 g.l^-1. Při kultivaci se dosáhlo výtěžnosti kvasničné sušiny 0,75 g.g“¹, přídavek Cr na 1 g přírůstku biomasy činil 2 000 /tg. Výrobek s 93 % sušiny obsahoval 1 488 /ig.g¹ a do biomasy přešlo 80 % z přidaného chrómu.

Claims

PREDMET VYNÁLEZU

1. Způsob přípravy kvasničné biomasy s vysokým obsahem biologicky aktivních komplexů chrómu vsádkovou, přiživovanou periodickou nebo kontinuální kultivací kvasinek za přítomností zdrozje trojmocného chrómu, vyznačený tím, že se chromité sole přidávají v průběhu kultivace do fermentujícího média průběžně nebo v periodických dávkách v ninožatví úměrném přírůstkům biomasy, s výhodou 1 000 až 5 000 pg Cr na 1 g nově vytvořené kvasničné sušiny.
2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tlm, že se při přlživované periodické nebo při kontinuální kultivaci chromité soli rozpouštějí ve zdroji uhlíku, nebo v jeho vodném roztoku. ³
3. Způsob podle bodu 1, vyznačený tlm, že použité kvasinky patří k druhům Saccharomyces cerevisiae nebo Torulopsis ethanolitolerans.