CZ200619A3 - Zpusob fermentacní výroby etanolu a/nebo kvasnicné biomasy - Google Patents
Zpusob fermentacní výroby etanolu a/nebo kvasnicné biomasy Download PDFInfo
- Publication number
- CZ200619A3 CZ200619A3 CZ20060019A CZ200619A CZ200619A3 CZ 200619 A3 CZ200619 A3 CZ 200619A3 CZ 20060019 A CZ20060019 A CZ 20060019A CZ 200619 A CZ200619 A CZ 200619A CZ 200619 A3 CZ200619 A3 CZ 200619A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- ethanol
- fermentation
- yeast
- whey
- lactose
- Prior art date
Links
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 103
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 title claims abstract description 54
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 title claims abstract description 37
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 13
- 108010046377 Whey Proteins Proteins 0.000 claims abstract description 42
- 102000007544 Whey Proteins Human genes 0.000 claims abstract description 36
- 239000005862 Whey Substances 0.000 claims abstract description 35
- 241000222120 Candida <Saccharomycetales> Species 0.000 claims abstract description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 10
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N Lactose Natural products OC[C@H]1O[C@@H](O[C@H]2[C@H](O)[C@@H](O)C(O)O[C@@H]2CO)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N 0.000 claims description 31
- 239000008101 lactose Substances 0.000 claims description 31
- 238000010564 aerobic fermentation Methods 0.000 claims description 11
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 claims description 9
- 239000012467 final product Substances 0.000 claims description 6
- 241000235649 Kluyveromyces Species 0.000 claims description 5
- 241000235070 Saccharomyces Species 0.000 claims description 5
- 244000253911 Saccharomyces fragilis Species 0.000 claims description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 5
- 235000018368 Saccharomyces fragilis Nutrition 0.000 claims description 4
- 238000012262 fermentative production Methods 0.000 claims description 3
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims description 2
- 239000002054 inoculum Substances 0.000 claims description 2
- 238000001728 nano-filtration Methods 0.000 claims description 2
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 235000015872 dietary supplement Nutrition 0.000 abstract description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 abstract description 4
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 29
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 12
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 9
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 9
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 8
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 8
- 235000021119 whey protein Nutrition 0.000 description 7
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 4
- 235000009508 confectionery Nutrition 0.000 description 4
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 description 4
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 description 4
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 4
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004925 denaturation Methods 0.000 description 3
- 230000036425 denaturation Effects 0.000 description 3
- 229930182830 galactose Natural products 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 3
- GUBGYTABKSRVRQ-XLOQQCSPSA-N Alpha-Lactose Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](CO)O[C@H](O)[C@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-XLOQQCSPSA-N 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 EU 1502947 Chemical class 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 2
- 101001034845 Mus musculus Interferon-induced transmembrane protein 3 Proteins 0.000 description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-PHYPRBDBSA-N alpha-D-galactose Chemical compound OC[C@H]1O[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-PHYPRBDBSA-N 0.000 description 2
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- 235000019728 animal nutrition Nutrition 0.000 description 2
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 2
- 235000013365 dairy product Nutrition 0.000 description 2
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N dimethylselenoniopropionate Natural products CCC(O)=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 2
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 2
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 235000020183 skimmed milk Nutrition 0.000 description 2
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 229920001817 Agar Polymers 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000580885 Cutaneotrichosporon curvatus Species 0.000 description 1
- 244000285963 Kluyveromyces fragilis Species 0.000 description 1
- 235000014663 Kluyveromyces fragilis Nutrition 0.000 description 1
- 241001138401 Kluyveromyces lactis Species 0.000 description 1
- 241000186660 Lactobacillus Species 0.000 description 1
- 244000199866 Lactobacillus casei Species 0.000 description 1
- 235000013958 Lactobacillus casei Nutrition 0.000 description 1
- 102000014171 Milk Proteins Human genes 0.000 description 1
- 108010011756 Milk Proteins Proteins 0.000 description 1
- 241000186429 Propionibacterium Species 0.000 description 1
- 239000006159 Sabouraud's agar Substances 0.000 description 1
- 235000014681 Torulaspora delbrueckii Nutrition 0.000 description 1
- 244000261122 Torulopsis holmii Species 0.000 description 1
- 235000015822 Torulopsis holmii Nutrition 0.000 description 1
- 239000008272 agar Substances 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 102000005936 beta-Galactosidase Human genes 0.000 description 1
- 108010005774 beta-Galactosidase Proteins 0.000 description 1
- 235000015155 buttermilk Nutrition 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000003995 emulsifying agent Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 description 1
- 229940031154 kluyveromyces marxianus Drugs 0.000 description 1
- 150000003893 lactate salts Chemical class 0.000 description 1
- 229940039696 lactobacillus Drugs 0.000 description 1
- 229940017800 lactobacillus casei Drugs 0.000 description 1
- JCQLYHFGKNRPGE-FCVZTGTOSA-N lactulose Chemical compound OC[C@H]1O[C@](O)(CO)[C@@H](O)[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O1 JCQLYHFGKNRPGE-FCVZTGTOSA-N 0.000 description 1
- 229960000511 lactulose Drugs 0.000 description 1
- PFCRQPBOOFTZGQ-UHFFFAOYSA-N lactulose keto form Natural products OCC(=O)C(O)C(C(O)CO)OC1OC(CO)C(O)C(O)C1O PFCRQPBOOFTZGQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 description 1
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 description 1
- 239000008267 milk Substances 0.000 description 1
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 description 1
- 235000021239 milk protein Nutrition 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 150000002772 monosaccharides Chemical class 0.000 description 1
- 235000016046 other dairy product Nutrition 0.000 description 1
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 description 1
- 235000019260 propionic acid Nutrition 0.000 description 1
- IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N quinbolone Chemical compound O([C@H]1CC[C@H]2[C@H]3[C@@H]([C@]4(C=CC(=O)C=C4CC3)C)CC[C@@]21C)C1=CCCC1 IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000012449 sabouraud dextrose agar Substances 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 238000009331 sowing Methods 0.000 description 1
- 235000014268 sports nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 1
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 1
- UFTFJSFQGQCHQW-UHFFFAOYSA-N triformin Chemical compound O=COCC(OC=O)COC=O UFTFJSFQGQCHQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 1
- 239000000052 vinegar Substances 0.000 description 1
- 235000021419 vinegar Nutrition 0.000 description 1
- 229920001285 xanthan gum Polymers 0.000 description 1
- 239000012138 yeast extract Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
- Y02P60/80—Food processing, e.g. use of renewable energies or variable speed drives in handling, conveying or stacking
- Y02P60/87—Re-use of by-products of food processing for fodder production
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Resení se týká zpusobu fermentacní výroby etanolua/nebo kvasnicné biomasy z kompletní nebo deproteinované syrovátky, neupravené nebo zahustené, doplnené nezbytnými dusíkatými a minerálními látkami, za prítomnosti kvasnicných kmenu asimilujících laktózu. V 1. stupni se anaerobní fermentace provádí zejména kmenem Fabospora fragilis a vzniklý etanolse oddelí jako samostatný produkt nebo se fermentacní médium s obsahem etanolu pouzije ve 2. stupnifermentace za aerobních podmínek v prítomnosti zejména kmene Torulopsis ethanolitolerans. Získaná kvasnicná biomasa se po oddelení ususí a muze slouzit jako zdroj cenných látek pro prípravu napr. potravinových doplnku.
Description
Způsob fermentační výroby etanolu a/nebo kvasničné biomasy
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu fermentační výroby etanolu a/nebo kvasničné biomasy z médií obsahujících laktózu, zejména ze syrovátky nebo permeátu po oddělení bílkovin ze syrovátky.
Dosavadní stav techniky
Pro výrobu etanolu nebo kvasničné biomasy je využívána celá řada různých uhlíkatých substrátů, nejčastěji různých sacharidů. Také mléčný cukr laktóza je často využívaným substrátem pro výrobu těchto produktů. Obvyklým zdrojem laktózy pro průmyslové využití je syrovátka.
Syrovátka dlouhodobě představovala pro mlékárenský průmysl obtížně zpracovatelný odpad. Část syrovátky byla zkrmována, podstatný podíl však byl často bez užitku likvidován mikrobiální degradací a představoval významný ekologický problém.
Díky vývoji moderních ultrafiltračních technologií slouží v dnešní době syrovátka často jako surovina pro separaci syrovátkových bílkovin, ve formě různých izolátů a koncentrátů. Syrovátkové bílkoviny jsou nutričně velmi hodnotné a mají velmi široké spektrum využití v potravinářském průmyslu, včetně potravinových doplňků pro sportovní výživu. Po ultrafiltraění separaci bílkovin vzniká deproteinovaná syrovátka obsahující zejména laktózu a minerální látky. Deproteinovaná představuje stále obtížný odpad s vysokou biologickou spotřebou kyslíku. Může být využita pro izolaci laktózy krystalizací ze zahuštěného roztoku. Tento proces je vzhledem k nízkému obsahu laktózy však dosti nákladný. Proto byla patentována celá řada fermentačních postupů zpracování syrovátky, deproteinované nebo kompletní, eventuálně dalších mléčných produktů, na různé metabolické produkty vznikající asimilací laktózy.
Některé patentované fermentační postupy zpracování syrovátky nebo jiných médií obsahujících laktózu zahrnují mikrobiální výrobu butanolu a acetonu (US 2166047), aminokyselin (JP 58020194, JP 59034894), potravinářských zahušťovacích a emulgačních činidel (US 4444793, NZ 201321, US 4851235), kyseliny propionové (AU 3490884, IE 8510361, CA 1256738), xantanové gumy (US 5434078), bioplynu (EP 1553059), octa (JP 2002335944), kyseliny mléčné a
mléčnanů (EP 0265409, RU 2112391, US 5952207) a v nedávné době také probiotických přípravků (např. EU 1502947, BG 108769U) nebo laktulózy (např. CN 1324956, RU 2203959).
Řada patentů se týká fermentační výroby etanolu (GB 477863, GB 1491405, GB 801274, GB 1524618, US 4617861, RU 2105060, EP 1041153 a NZ 514253). Mléčný cukr laktóza patří mezi obtížně asimilovatelné cukry pro kvasinky. Pouze několik kvasničných kmenů disponuje enzymem β-galaktosidázou, který je nezbytný pro štěpení laktózy na jednoduché zkvasitelné cukry glukózu a galaktózu. Mezi tyto kmeny patří Saccharomyces fragílis, kmeny rodu Kluyveromyces, zejména K. marxianus a K. lactis, některé kmeny rodu Candida, zejména C. pseudotropicalis, nebo Fabospora fragilis.
Produkci mikrobiální biomasy jako bílkovinného zdroje popisují např. následující patenty:
GB 835544 popisuje aerobní fermentační postup přípravy biomasy několika kvasničných kmenů rodů Saccharomyces a Candida asimilujících laktózu v syrovátkovém médiu nebo podmáslí. US 3818109 popisuje aerobní fermentační postup výroby potravinářské mikrobiální biomasy s použitím směsné kultury různých kmenů bakterií mléčného kvašení a několika různých kvasničných kmenů schopných zkvašovat laktózu nebo kyselinu mléčnou. US 3968257 popisuje fermentační postup přípravy biomasy mléčných kvasinek pro lidskou nebo zvířecí výživu v syrovátkovém médiu zahrnující separaci pevného podílu ultrafiltrací. CS 180421 popisuje fermentační postup výroby bakteriální biomasy ze syrovátky. US 4235933 popisuje fermentační postup produkce kvasničné biomasy Candida curvata obsahující vysoký obsah triglyceridového oleje z deproteinované syrovátky. FR 2581998 popisuje přípravu biomasy mléčných kvasinek obohacené galaktózou pro lidskou nebo zvířecí výživu fermentací laktózy v syrovátkovém nebo jiném médiu. ES 2050066 popisuje semikontinuální nebo kontinuální fermentační proces pro výrobu kvasničné biomasy Kluyveromyces marxianus z deproteinované syrovátky. RU 2154386 popisuje fermentací syrovátky bakteriálními kmeny Lactobacillus casei a Propionibacterium freudanreichii na mikrobiální biomasu pro potravinářské využití. RU 2213462 popisuje fermentační metodu obohacení syrovátkového nebo mléčného média biomasou kefírových kvasinek. CS 182171 popisuje způsob výroby bílkovinného koncentrátu ze syrovátky, permeátu po ultrafiltrací syrovátky, nebo odstředěného mléka dvoustupňovým fermentačním procesem. V prvním stupni se syrovátka či
J odstředěné mléko podrobí anaerobní fermentaci bakteriemi rodu Lactobacillus nebo kvasninkami rodu Saccharomyces, v jejímž průběhu se přítomná laktóza rozštěpí na asimilovatelnější monosacharidy glukózu a galaktózu, případně přemění na kyselinu mléčnou nebo etanol. Po oddělení frakce bílkovin odstředěním se získaný fugát doplní dalšími živinami a podrobí aerobní fermentaci kvasnicemi rodu Candida nebo Saccharomyces. Zdrožděný produkt se po případném smíchání s oddělenými frakcemi bílkovin zahustí a usuší.
Vzhledem k malému obsahu sušiny syrovátky a špatné asímilovatelnosti laktózy většinou kvasničných kmenů jsou postupy výroby etanolu a kvasničné biomasy ze syrovátky a dalších médií obsahujících laktózu obvykle na hranici ekonomické rentability. Většinou jsou také využívány kvasničné kmeny nevhodné pro potravinářské využití.
Podstata vynálezu
Výše uvedené nedostatky odstraňuje způsob fermentační výroby etanolu a/nebo kvasničné biomasy z kompletní nebo deproteinované syrovátky, neupravené nebo zahuštěné, doplněné nezbytnými dusíkatými a minerálními látkami, podle vynálezu, jehož podstata spočívá vtom, že se syrovátkové médium podrobí v1. stupni v nevětraném fermentoru řízené anaerobní fermentaci kvasničnými kmeny asimilujícími laktózu, zejména kvasničným kmenem Fabospora fragilis, případně též Saccharomyces fragilis či lactis nebo některým z kmenů rodu Kluyveromyces či Candida, případně kombinaci těchto kmenů. Anaerobní fermentace se provádí při teplotě 20 až 45 °C a hodnotě pH 4 až 6, v jejímž průběhu se převážná většina ze 4 až 12 % hmot. přítomné laktózy přemění na etanol. Tento etanol, po oddělení destilací nebo nanofiltrací, se použije buď jako konečný produkt, např. jako bioetanol nebo potravinářský etanol, nebo se dál zpracovává ve 2. stupni ve větraném fermentoru při řízené aerobní fermentaci tohoto prokvašeného media s obsahem etanolu v kompletní formě nebo po oddělení pevného podílu, dáie po doplnění potřebných dusíkatých a anorganických živin a po případném přídavku inokula kvasničného kmene zejména Torulopsis ethanolitolerans, případně též Saccharomyces či Kluyveromyces, případně kombinaci těchto kmenů. Výhodou použití kvasničného kmene Torulopsis ethanolitolerans je mimořádně vysoká růstová rychlost a produktivita růstu na etanolu jako uhlíkatém substrátu. Aerobní fermentace probíhá při teplotě 20 až 40 °C a hodnotě pH 3,5 až 6, po níž se získaná • « kvasničná biomasa zahustí nebo odstředí a následně usuší jako konečný produkt pro krmivářské či potravinářské účely.
Způsob podle vynálezu se výhodně vyznačuje tím, že se celá fermentace provádí semíkontinuálním nebo kontinuálním způsobem, kdy odtah z nevětraného fermentoru v 1. stupni, ve kterém probíhá anaerobní fermentace, slouží jako přítok do větraného fermentoru ve 2. stupni a jeden nebo oba dva fermentory se nacházejí v dynamické rovnováze s plynulým přítokem a odtahem. Odtah z druhého aerobního stupně se opět zahustí nebo odstředí a následně usuší jako konečný produkt.
Kvasničná biomasa z prvního stupně a případně také mléčné bílkoviny po jejich vysrážení denaturací mohou být separovány centrifugací z prokvašeného média odtahovaného z fermentoru I. stupně po anaerobní fermentaci a usušeny zvlášť nebo mohou přecházet do fermentoru II. stupně a separovány a usušeny po aerobní fermentaci jako součást finálního produktu - proteinového koncentrátu. Část kvasničné biomasy oddělené po prvním anaerobním fermentačním stupni může být také vracena zpět do fermentoru I. stupně.
Způsob podle vynálezu umožňuje anaerobní fermentační výrobu etanolu z kompletní nebo deproteinované syrovátky, neupravené či zahuštěné, s vyšším výtěžkem a produktivitou než dříve popsané postupy, s použitím produkčního kvasničného kmene Fabospora fragilis, jehož využití pro produkci etanolu nebylo dosud popsáno.
Navržený dvoustupňový fermentační postup výroby etanolu a/nebo kvasničné biomasy z médií obsahujících laktózu poskytuje také vyšší výtěžnost a produktivitu než dříve navržené a používané technologie. Dále se způsobem podle vynálezu zpracuje zejména velké množství syrovátky, která je jinak obtížnou odpadní surovinou, ale s cennými látkami.
Následující příklady provedení způsob podle vynálezu pouze dokládají, aniž by ho jakkoliv omezovaly.
Příklady provedení
Příklad 1
A) Anaerobní fáze:
Ověřování produkce etanolu bylo provedeno s kmenem Fabospora fragillis ve 150 litrovém fermentoru s počátečním plněním 30 litrů 10% syrovátkového média
v podmínkách mírného míchání a absence větrání. Fermentor byl sterilován parou a živné médium záhřevem na 90 °C po dobu 30 minut. Kultivace probíhala 48 hodin při teplotě 30 °C. V průběhu celé fermentace bylo spotřebováno celkově 6 kg sušené sladké syrovátky, která byla do fermentoru postupně dávkována. V průběhu fermentace byly odebírány vzorky prokvašeného média pro stanovení sušiny, počtu buněk, laktózy a etanolu.
Inokulace:
Vzniklé médium bylo inokulováno 4 x 400 ml 10% syrovátkového média zaočkovaného ze šikmého agaru kulturou Fabospora fragilis CCY 51-1-5, S 2423333 ze sbírky Výzkumného ústavu potravinářského v Praze, CZ.
Dávkování solí:
Do připravené směsi bylo na 1 kg vložené laktózy dávkováno 250 ml koncentrovaného roztoku živných solí I, dále 25 ml roztoku živných solí II a 8,3 g (NH4)2SO4.
Složení koncentrátu živných solí I v 1 litru: 35 mi 85% H3PO4 g KOH 32 g MgSO4.7H2O 12,2 g NaCI 0,5 g ZnSO4.7H2O 0,02 g CuSO4.5H2O 0,05 g MnCI2.4H2O
Koncentrát živných solí ll obsahuje v 1 litru: 156 g CaCI2. 2H2O 10,56 g FeCI3.6H2O
Hodnocení růstu kultury:
Růst kvasničné kultury byl sledován kontinuálním měřením změn O2 a CO2 pomocí přístrojů na stanovení kyslíku v plynech (Permolyt) a stanovení CO2 (Infralyt) ve výdechu fermentoru a hlavně stanovováním počtu vitálních kvasinek obsažených ve fermentačním mediu (výsev na Petriho misky s pevnou agarovou půdou Sabouraudův agar, 30 °C, 48 h).
Velké množství nerozpustného podílu v médiu a nízká rozpustnost laktózy, která je postupně z média odbourávána, znemožňuje sledování nárůstu kvasničné biomasy stanovováním celkové sušiny.
B) Aerobní fáze:
Fermentace probíhala ve skleněném laboratorním fermentoru s celkovým objemem 30 I s počátečním plněním 12 I, obsahujícím 15 g (NH4)2SO4 a 300 ml živných solí I (složení výše). Médium bylo inokulováno 300 g kvasničné pasty Torulopsis ethanolitolerans (sušina 22 % hmot.). Celková doba fermentace byla 6 hodin za podmínek intenzivního míchání (přestup kyslíku 5,5 g.l'1.h'1) a teplotě 30 °C. Hodnota pH byla udržována na hodnotě 5,1 průběžným dávkováním čpavkové vody (1:1) regulačním ventilem. V průběhu fermentačního procesu bylo do média průběžně nadávkováno 9 kg prokvašeného média z prvního anaerobního stupně, obsahujícího 4,3 % (w/w) etanolu, pomocí regulačního zařízení (např. Metrex), které udržuje konstantně nízkou hladinu etanolu v médiu postupným dávkováním jeho roztoku do fermentoru. Po ukončení fermentace byla biomasa oddělena ve formě kvasničné pasty odstředěním na laboratorní odstředivce (např. Westfalia).
Výsledky:
V průběhu anaerobní fáze fermentace (A) byla veškerá laktóza přítomná ve sladké syrovátce, nadávkované do média, přeměněna na etanol. Po ukončení fermentace byla celková hmotnost média 40,9 kg. Obsah etanolu v médiu byl 43 g.kg’1. Celková sušina v médiu byla 52,9 g.kg'1.
V průběhu aerobní fáze fermentace (B) bylo po postupném nadávkování 9 kg tohoto prokvašeného média do fermentoru získáno po separaci odstředěním celkově 2 320 g kvasničné pasty se sušinou 220 g.kg1. Celkový přírůstek sušiny v průběhu fermentace byl 444 g.
Vypočtené parametry fermentačního procesu:
Anaerobní fáze:
Přibližná výtěžnost kvasničné biomasy Fabospora fragilis z laktózy: YX/s = 0,13. Výtěžnost etanolu z laktózy: Υχ/s = 0,39.
Produktivita tvorby etanolu: 0,9 g.l1.h'1
Dvoufázová fermentace:
Výtěžnost kvasničné biomasy Torulopsis ethanolitolerans z vložené laktózy: Yx/s = 0,32.
Ί
Celkový výtěžek bílkovinného koncentrátu (směs kvasničné biomasy Torulopsis ethanolitolerans a Fabospora fragilis a syrovátkových bílkovin po jejich denaturačním vysrážení, oddělení a usušení společně s kvasničnou biomasou): 0,48 kg z 1 kg sušiny sladké syrovátky.
Příklad 2
Anaerobní fáze (A) byla provedena stejným způsobem jako u příkladu 1.
I kompletního prokvašeného média obsahujícího 44 g.kg'1 etanolu a 49,4 g.kg'1 sušiny bylo po ukončení anerobního fermentačního pokusu s použitím kvasničného kmene Fabospora fragilis převedeno do skleněného laboratorního fermentoru a kultivováno po dobu 7 hodin za podmínek intenzivního míchání (přestup kyslíku 5,5 g.l1.h'1). Teplota byla udržována na 30 °C, hodnota pH na 5,1 průběžným dávkováním čpavkové vody (1:1) regulačním ventilem na základě signálu regulačního pH metru. Nárůst kvasničné hmoty byl sledován stanovením sušiny v médiu na počátku a na konci kultivace. Byla také stanovena počáteční a konečná koncentrace etanolu v médiu.
Výsledky:
Po ukončení fermentace obsahovalo medium 16 g.kg'1 etanolu a 60,6 g.kg'1 sušiny. Kvasničné biomasa byla oddělena odstředěním ve formě kvasničné pasty. Celkový přírůstek sušiny v průběhu aerobní fermentace byl 168 g.
Vypočtené parametry fermentačního procesu:
Dvoufázová fermentace:
Výtěžnost kvasničné biomasy Fabospora fragillis z vnesené laktózy: Yx,s = 0,24. Celkový výtěžek bílkovinného koncentrátu (směs kvasničné biomasy Fabospora fragilis a syrovátkových bílkovin po jejich denaturačním vysrážení, oddělení a usušení společně s kvasničnou biomasou): 0,3 kg z 1 kg sušiny sladké syrovátky.
Průmyslová využitelnost
Etanol vyrobený anaerobní fermentací podle vynálezu může být využit jako kvalitní potravinářský etanol, případně jako palivový bioetanol.
Kvasničná biomasa získaná ve 2. stupni aerobní fermentací anaerobně prokvašeného média s etanolem, čistá nebo s přídavkem syrovátkových bílkovin, může sloužit jako bílkovinný koncentrát, s obsahem bílkovin 45 až 65 % hmot., pro potravinářské či krmivářské účely. Kvasničná biomasa je vhodná pro přípravu různých kvasničných extraktů a autolyzátů pro potravinářský průmysl podle známých postupů.
Pokud by ve 2. stupni aerobního fermentačního procesu byl použit kvasničný kmen akceptovaný pro potravinářské využití, Torulopsis nebo Sacchoromyces sp., mohla by být tato kvasničná biomasa fortifikována v průběhu kultivace různými esenciálními stopovými prvky a biologicky aktivními sloučeninami s cílem produkce potravinových doplňků podle dříve publikovaných postupů. Vzhledem k přítomnosti vysoce kvalitních syrovátkových bílkovin, v případě zpracování kompletní syrovátky, se jeví jako zvláště vhodná oblast jejího využití u potravinových doplňků pro sportovní výživu.
Claims (3)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Způsob fermentační výroby etanolu a/nebo kvasničné biomasy z kompletní nebo deproteinované syrovátky, neupravené nebo zahuštěné, doplněné nezbytnými dusíkatými a minerálními látkami, vyznačující se tím, že se syrovátkové médium podrobí v 1. stupni v nevětraném fermentoru řízené anaerobní fermentaci kvasničnými kmeny asimilujícími laktózu, zejména kvasničným kmenem Fabospora fragilis, případně též Saccharomyces fragilis či lactis nebo některým z kmenů rodu Kluyveromyces či Candida, případně kombinaci těchto kmenů, při teplotě 20 až 45 °C a hodnotě pH 4 až 6, v jejímž průběhu se převážná většina ze 4 až 12 % hmot. přítomné laktózy přemění na etanol, který se z prokvašeného media oddělí nebo použije ve 2. stupni ve větraném fermentoru při řízené aerobní fermentaci tohoto prokvašeného media s obsahem etanolu v kompletní formě nebo po oddělení pevného podílu, dále po doplnění potřebných dusíkatých a anorganických živin a po případném přídavku inokuia kvasničného kmene zejména Torulopsis ethanolitolerans, případně též Saccharomyces či Kluyveromyces, případně kombinaci těchto kmenů, při teplotě 20 až 40 °C a hodnotě pH 3,5 až 6, po níž se získaná kvasničná biomasa zahustí nebo odstředí a následně usuší jako konečný produkt.
- 2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že etanol z prokvašeného média je po1. stupni fermentace oddělen destilací nebo nanofiltrací jako konečný produkt.
- 3. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se celá fermentace provádí semikontinuálním nebo kontinuálním způsobem, kdy odtah z nevětraného fermentoru v 1. stupni, ve kterém probíhá anaerobní fermentace, slouží jako přítok do větraného fermentoru ve 2. stupni a jeden nebo oba dva fermentory se nacházejí v dynamické rovnováze s plynulým přítokem a odtahem,
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20060019A CZ299782B6 (cs) | 2006-01-11 | 2006-01-11 | Zpusob fermentacní výroby etanolu a/nebo kvasnicné biomasy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20060019A CZ299782B6 (cs) | 2006-01-11 | 2006-01-11 | Zpusob fermentacní výroby etanolu a/nebo kvasnicné biomasy |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ200619A3 true CZ200619A3 (cs) | 2007-07-18 |
| CZ299782B6 CZ299782B6 (cs) | 2008-11-19 |
Family
ID=38282926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20060019A CZ299782B6 (cs) | 2006-01-11 | 2006-01-11 | Zpusob fermentacní výroby etanolu a/nebo kvasnicné biomasy |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ299782B6 (cs) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ303827B6 (cs) * | 2012-03-09 | 2013-05-15 | Výzkumný ústav potravinárský Praha, v.i.i. | Zpusob semikontinuální fermentacní výroby etanolu, komplexu syrovátkových bílkovin a kvasnicné biomasy ze syrovátky |
| CZ305264B6 (cs) * | 2013-11-07 | 2015-07-08 | Výzkumný ústav potravinářský Praha, v.i.i. | Způsob stacionární fermentace roztoků sladké syrovátky nebo jejích deproteinovaných roztoků |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1491405A (en) * | 1976-05-20 | 1977-11-09 | Proizv Ob Maslodel I Syrodel P | Process for the production of vodka |
| US4617861A (en) * | 1982-10-07 | 1986-10-21 | Fermentation Engineering, Inc. | Whey treatment apparatus |
| RU2105060C1 (ru) * | 1996-09-25 | 1998-02-20 | Акционерное общество "Конверсия" | Штамм дрожжей candida sp., к1, образующий спирт этиловый |
| EP1041153B1 (en) * | 1997-12-22 | 2003-09-24 | Quinta dos Ingleses, Agro-Industria, Lda. | Cheese whey treatment and valorisation process with continuous ethanolic fermentation |
-
2006
- 2006-01-11 CZ CZ20060019A patent/CZ299782B6/cs not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ299782B6 (cs) | 2008-11-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108220175B (zh) | 酿酒酵母高密度培养方法及其pH调控方法 | |
| CN101418270A (zh) | 干酪乳杆菌Zhang高密度培养方法、使用它们制备冻干菌粉的方法与所得到的冻干菌粉及其用途 | |
| Sakarika et al. | Production of microbial protein from fermented grass | |
| CN113355376A (zh) | 乳双歧杆菌bl-99发酵合成b族维生素的方法及应用 | |
| CN110250270B (zh) | 一种利用植物乳杆菌提高发酵乳叶酸含量的方法 | |
| Lustrato et al. | Cheese whey recycling in traditional dairy food chain: effects of vinegar from whey in dairy cow nutrition | |
| CN108330082A (zh) | 一株副干酪乳杆菌及其应用 | |
| US4192918A (en) | Production of Baker's yeast from acid whey | |
| Mulligan et al. | Continuous production of Ammonium lactate by Streptococccus cremoris in a three‐stage reactor | |
| CN103243128B (zh) | 一种利用天津短杆菌和植物乳杆菌混合发酵高产gaba的方法 | |
| Sáenz-Hidalgo et al. | Biotechnological valorization of whey: A by-product from the dairy industry | |
| CN106536715A (zh) | 丙酸杆菌和酵母的共同培养 | |
| CN113528599A (zh) | 一种高效螯合型酵素肽的生产方法 | |
| CZ200619A3 (cs) | Zpusob fermentacní výroby etanolu a/nebo kvasnicné biomasy | |
| Abdenacer et al. | High production of L-glutamic acid from date juice extracts by Corynebacterium glutamicum using fed-batch cultures: pulsed and continuous feeding modes. | |
| CN103834583B (zh) | 一种复合菌种混合发酵制备的降血脂酸马乳及其制备方法 | |
| CN116814468A (zh) | 一株希氏乳杆菌GZ2及其在高效合成γ-氨基丁酸上的应用 | |
| Eveleva et al. | Technological features of production of lactate-containing additives from milk whey fermented with lactic acid bacteria | |
| CZ303827B6 (cs) | Zpusob semikontinuální fermentacní výroby etanolu, komplexu syrovátkových bílkovin a kvasnicné biomasy ze syrovátky | |
| CN115029283A (zh) | 一种乳酸菌发酵液及其制备方法与应用 | |
| CN102399845A (zh) | 基于尾气中co2浓度的维生素b12发酵生产控制工艺 | |
| CN112890016A (zh) | 一种促进哺乳仔猪生长的动物营养液及其制备方法和应用 | |
| CN111685319A (zh) | 一种微生物发酵制备富含gaba的牛蒡发酵基料的方法 | |
| CN118126853B (zh) | 一株适用于高密度培养的马克斯克鲁维酵母及其在单细胞蛋白中的应用 | |
| CN104651157A (zh) | 一种牦牛乳清低醇饮料的生产方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20140111 |