CS270333B1 - Způeob výroby kvasničných produktů z metanolu - Google Patents

Abstract

Řešení se týká oboru mikrobiologie, biotechnologie, krmivářství a případně výroby speciálních chemikálií mikrobní syntézou jako jsou alkohol oxidáza. formaldehyd- a formiát dehydroganáza, dihydroxy# aceton syntéza, kataláza, redukovaný glutathion, redukovaný nikotinadenindinukleotid a adenosintrifosfát. Mikrobní biomasa a uvedené produkty se získávají kultivací methylotrofníeh kmenů kvasinek v médiu obsahujícím methanol v koncentraci 0,3 až 1 % hm. a xylózu v koncentraci 0,1 až 0,3 % hmot., a to při teplotě 30 až 40 °C a pÉ 3,0 áž 3,5. Kultivace je prováděna za sterilních podminek pomočí kmenů kvasinek i Candida boidinii llBh, C. boidinii 1, Hansenula polymorpha, Pichia nebo jejich směsí a nebo za nesterilních podmínek kul- ’ tivace a ácidotolerantními kmeny kvasinek f C. boidinii 2 a Hansenula sp. 5· Odpadní xylózou obsaženou v lignocelulozových hydrolyzátech lze nahradit až z 50 % hmot. surovinu metanol a tak snížit náklady na výrobu krmných kvasnic i Οχ specifických produktů. Takto získaná kvasníCná biomasa je bohatá na bílkoviny, esenciální aminokyseliny a vitamíny B^ a B^.

Description

Vynález se týká způsobu výroby kvasničných produktů z metanolu. ‘

Xylóza, zejména ve formě odpadních lignocelulózových hydrolyzátů slouží jako levný uhlíkatý zdroj pro výrobu krmných kvasnic pomocí jiných než metylotrofních kvasinek (autorské osvědčení č. 1888457 a δ. 244335)* Xylózu je však možno použít jako surovinu, bud samotnou, nebo v kombinaci s metanolem pro růst metylotrofních kvasinek k získání vysoce hodnotné kvasniSné biomasy použitelné jako bílkovinné a vitaminosní kraivo pro hospodářská zvířata a jako zdroj pro přípravu specifických produktů jako alkohol oxidázy, formaldehyd- a formiát dehydrogenázy, dihydroxyacetonsyntézy, dále katalázy, redukovaného glutathionu (GSH), redukovaného' nikotinadenindinukleotidu (ΝΑΣΗ) a adenosintrifosfátu (ATP). '

Na rozdíl od zahraničních postupů, kdy je pro výrobu biomasy a specifických produktů, jako je alkohol oxidáza (German Patent 2557623, Unilever PLC, NSC Patent Application 823035), glutathion (Japan Kokai 77, 156, 994) a ATP (Agr. Biol. Chem. 49, 637, 1985) použit čistý metanol a sterilní kultivační podmínky, je možno podle vynálezu nahradit metanol až z 50 % hmot, odpadní xylózou obsaženou v lignocelulózových hydrolyzátech při zachování stejné kvality kvasničné biomasy a obsahu specifických produktů jako ze .samotného metanolu.a při užití acidotolerantních kmenů metylotrofních. kvasinek použít i nesterilní kultivační podmínky. Tím je možno snížit ekonomické náklady jak na surovinu metanol, tak na energii potřebnou ke sterilaci média, zařízení i vedení kultivace.

Předmětem vynálezu je způsob výroby kvasníčnýehproduktů z metanolu, jehož podstatou je, že kvasničné metylotrofní kmeny se kultivují v médiu obsahujícím metanol v koncentraci 0,3 až 1 % hmot, a xylózu v koncentraci 0,1 až 0,3 % hmot, při teplotě 30 až 40 °C a pH 3,0 až 3,5. .

Jako metylotrofní kmeny kvasinek se používají Candida boidinii HBh, C. boidinii 1, Hansenula polymorpha, Píchla nebo jejich směsi za sterilních kultivačních podmínek a nebo acidotolerantní metylotrofní kmeny kvasinek Candida boidinii 2 a Hansenula sp. 3 za nesterilních kultivačních podmínek.

Způsob výroby podle vynálezu je umožněn tím, že metylotrofní kmeny kvasinek jsou schopny během růstu na xylóze v přítomnosti metanolu, na rozdíl od glukózy nebo etanolu, syntetizovat enzymy specifické pro metabolismus metanolu v množství dosahující až 100 % výše hladiny enzymů syntetizovaných v buňkách vyrostlých na samotném metanolu. Tato skutečnost je podmíněna tím, Že xylóza je na rozdíl od glukózy a etanolu slabým katabolickým represorem syntézy enzymů specifických pro metabolismus metanolu a v množství 0,1 až 3 g v litru média, v přítomnosti i malého množství metanolu jako induktoru nereprimuje syntézu C^ specifických enzymů vůbec.

Tím, že je xylóza během kultivace metylotrofních kvasinek utilizevána nezávisle a současně-s metanolem s maximálními výtěžky biomasy, je výsledné množství vyrobené kvasničné biomasy na směsích xylózy a metanolu aditivní. Aditivní je tím i výroba všech produktů, které se pomocí biomasy z metanolu vyrábějí.

Schopnost metylotrofních kvasinek produkovat na xylóze s metanolem specifické produkty a biomasu. stejné kvality jako na samotném metanolu, umožňuje šetřit surovinou metanolea a zvýšit výtěžnost biomasy metylotrofních kvasinek vztaženou na spotřebovaný metanol ze 40 í hmot., která je maximální pro metanol, až na 85 % hmot.

CS 270333 Bl

Příklad 1

V laboratorním mechanicky míchaném fermentoru s celkovým objemem 5 litrů a plněním 2,5 litru byla provedena jednorázová kultivace kvasinky Candida boidinii 2 na minerálním médiu š xylózou. Složení minerálního média bylo: 1 litr vodovodní vody, 3 g NH₄C1; 7 g KH₂PO₄;O,5 g MgS0₄.7H₂0; 0,1 g NaCl;

1,00 mg kvasničného extraktu a 10 ^u biotinu. Xylóza byla použita v množství 3 g v 1 litru média. pH média během kultivace bylo udržováno automaticky na konstantní výši pH 3,0 dávkováním 3 % hmot. KOH nebo NaOH a teplota na 30 .°C. Koncentrace rozpuštěného kyslíku v médiu byla udržována v rozmezí 50 až 70 % nasycení vzduchem. Inokulem byly buňky kvasinky C. boidinii 2 předkultivované na médiu s xylózou a metanolem, s výhodou na médiu s 1 % hmot, metanolem.

Využitím xylózy byla získána biomasa kvasinek se 43 % výtěžkem vztaženým na spotřebovanou xylózu. V získané biomase byla detekována hladina specifické aktivity alkohol oxidázy (stanovena na metanol), která byla 40 až 50 % rel. v přepočtu na hladinu aktivity enzymu v buňkách vyrostlých na médiu s metanolem.

Příklad 2

V laboratorním mechanicky míchaném fermentoru p objemu 5 litrů byla provedena jednorázová kultivace kvasinky C. boidinii 2 jako v příkladu 1 s tím rozdílem, že zdrojem uhlíku byla xylóza ve směsi s metanolem v poměru 1 : l.tj. 3 g xylózy a 3 g metanolu v 1 litru média. Hladina specifické aktivity alkohol oxidázy v získaných buňkách dosahovala 100 % rel. Výtěžek kvasničné biomasy z obou zdrojů byl aditivní. Při přepočtu na spotřebovaný metanol byl 85 %.

Pro srovnání byly provedeny ještě další 3 kultivace s poměrem xylózy a metanolu jak uvádí tabulka δ. 1 , .

Tabulka 1

Aktivita alkohol oxidázy a výtěžnost biomasy kvasinky C. boidinii 2 vyrostlé na • směsích xylóza-metanol

Fermentor

3 4

	metanol	g/1	3	3	3	3
	. xylóza	g/1	1	2	3	' 7
1«	sp. aktivita alkohol oxidázy rel.	%	100	100	100	40
	výtěžnost biomasy vztažené na metanol	%	56	. 70	85	85
	Příklad 3 ’

Ve čtvrtprovozním mechanicky míchaném fermentoru o objemu 75 litrů s plněním 40 litrů minerálního média byla provedena jednorázová kultivace kvasinky C. boidinii 2 jako v příkladů č. 2 s tím rozdílem, že 25 až 50 % hm. směs xylóza-metanol byla přidávána do fermentoru odděleně od média přítokovým způsobem v závislosti na koncentraci rozpuštěného kyslíku v médiu během fermentace. Koncentrace rozpuštěného kyslíku byla udržována automaticky v rozmezí 20 až 40 % nasycení média. pH media bylo udržováno na>konstantní výši 3,0 až 3,2 automatickým dávkováním 50 % hm. KOH, NaOH

CS 270333 31 s výhodou čpavkové vody a teplota na 30 °C. Hladina specifické aktivity alkohol oxidázy i výtěžek biomasy byl jako v příkladu č. 2. Obsah bílkovin v biomase byl 55 %.

Příklad 4

Bylo postupováno stejně jako v příkladu č. 3 s tím rozdílem, že byl použit kvasničný kmen Hansenula sp. 3 při kultuvační teplotě 37 až 40 °C.

Příklad 5 '

Bylo postupováno stejně jako v příkladu č. 3 s tím rozdílem, že xylóza byla přidána do směsi ve formě hydrolyzátu lignocelulózových odpadů, s výhodou hydrolyzátu slámy (AO 188457) nebo odpadních xylózových výluhů dřevozpracujícího pxůmyslu.

Příklad 6

Ve čtvrtprovozním mechanicky utichaném fermentoru o objemu 75 litrů jako v příkladu č. 3 byla provedena kontinuální kultivace kvasinky C. boidinii 2 za nesterilních podmínek. Zdrojem uhlíku byla xylóža s metanolem ve -směsi jako v příkladě č. 3 nebo jako v příkladě č. 5 s tím rozdílem, že xylóza přitékala do fermentoru spolu s minerálním médiem a metanol byl dávkován odděleně přítokovým způsobem v závislosti na zřeňovací rychlosti média a na koncentraci rozpuštěného kyslíku v médiu jako v příkladu 3· Zřeáovací rychlost média byla v. rozmezí D 0,05 až 0,lh~\ s výhodou při D 0,05 až 0,08. Hladina specifické aktivity alkohol oxidázy, ale i katalázy byla v buňkách 100 % rel. a výtěžek vztažený na spotřebovaný metanol byl 85 %· Obsah bílkovin v kvasničné biomase byl 60 % hmot.

Příklad 7 . .

Bylo postupováno stejně jako v příkladu 6 s tím rozdílem, že byl použit kvasničný kmen Hansenula sp. 3 při teplotě 37 až 40 °C a křeňovací rychlost média, s výhodou 0,05 až 0,1.h“¹.

Kvasničné biomasa získaná způsobem podle vynálezu je bohatá na bílkoviny, esenciální aminokyseliny a vitamíny B^ a Bg a lze ji . s výhodou použít jako hodnotné bílkovinné a vitaminesní krmivo pro hospodářská zvířata a jako zdroj pro výrobu specifických produktů, jako jsou alkohol oxidáza, formaldehyd- a formiát dehydrogenáza, dihydroxyacetonsyntáza, dále kataláza, NADE, G8H a AIP.

Claims (3)

1. Způsob výroby- kvasničňých produktů z metanolu, vyznačený tím, že kvasničné metylotrofní kmeny se kultivují v médiu obsahujícím metanol ,v koncentraci 0,3 až 1 % hmot, a xylózu v koncentraci 0,1 až 0,3 % hmot, a to při teplotě 30 až 40 °C a pH 3,0 až 3,5. ' '

2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že jako metylotrofní kmeny, kvasinek se používají Candida boidinii llBh, Candida boidinii 1, Hansenula polymorpha, Pichia nebo jejich směsi za'sterilních podmínek a nebo acidotolerentní metylotrofní kmeny kvasinek Candida boidinii 2 a Hansenula sp.

3 za nesterilních kultivačních podmínek.