CZ2012171A3 - Zpusob semikontinuální fermentacní výroby etanolu, komplexu syrovátkových bílkovin a kvasnicné biomasy ze syrovátky - Google Patents
Zpusob semikontinuální fermentacní výroby etanolu, komplexu syrovátkových bílkovin a kvasnicné biomasy ze syrovátky Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2012171A3 CZ2012171A3 CZ20120171A CZ2012171A CZ2012171A3 CZ 2012171 A3 CZ2012171 A3 CZ 2012171A3 CZ 20120171 A CZ20120171 A CZ 20120171A CZ 2012171 A CZ2012171 A CZ 2012171A CZ 2012171 A3 CZ2012171 A3 CZ 2012171A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- whey
- ethanol
- fermentation
- medium
- yeast biomass
- Prior art date
Links
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 142
- 108010046377 Whey Proteins Proteins 0.000 title claims abstract description 78
- 102000007544 Whey Proteins Human genes 0.000 title claims abstract description 71
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 title claims abstract description 71
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 title claims abstract description 64
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 title claims abstract description 46
- 239000005862 Whey Substances 0.000 title claims abstract description 42
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 235000021119 whey protein Nutrition 0.000 title claims abstract description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000013049 sediment Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 11
- 241000222120 Candida <Saccharomycetales> Species 0.000 claims abstract description 4
- 241000235649 Kluyveromyces Species 0.000 claims abstract description 4
- 244000253911 Saccharomyces fragilis Species 0.000 claims abstract description 4
- 235000018368 Saccharomyces fragilis Nutrition 0.000 claims abstract description 4
- 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 29
- 239000008101 lactose Substances 0.000 claims description 28
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 3
- 238000001728 nano-filtration Methods 0.000 claims description 3
- 238000005373 pervaporation Methods 0.000 claims description 3
- 235000013305 food Nutrition 0.000 abstract description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 3
- 235000013376 functional food Nutrition 0.000 abstract description 2
- 239000002417 nutraceutical Substances 0.000 abstract description 2
- 235000021436 nutraceutical agent Nutrition 0.000 abstract description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 12
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 7
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 7
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 7
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 7
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 4
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- RWSXRVCMGQZWBV-WDSKDSINSA-N glutathione Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(=O)N[C@@H](CS)C(=O)NCC(O)=O RWSXRVCMGQZWBV-WDSKDSINSA-N 0.000 description 3
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 3
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 3
- LUEWUZLMQUOBSB-FSKGGBMCSA-N (2s,3s,4s,5s,6r)-2-[(2r,3s,4r,5r,6s)-6-[(2r,3s,4r,5s,6s)-4,5-dihydroxy-2-(hydroxymethyl)-6-[(2r,4r,5s,6r)-4,5,6-trihydroxy-2-(hydroxymethyl)oxan-3-yl]oxyoxan-3-yl]oxy-4,5-dihydroxy-2-(hydroxymethyl)oxan-3-yl]oxy-6-(hydroxymethyl)oxane-3,4,5-triol 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]2[C@H](O[C@@H](OC3[C@H](O[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H]3O)CO)[C@@H](O)[C@H]2O)CO)[C@H](O)[C@H]1O LUEWUZLMQUOBSB-FSKGGBMCSA-N 0.000 description 2
- 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
- 229920002498 Beta-glucan Polymers 0.000 description 2
- 206010013911 Dysgeusia Diseases 0.000 description 2
- 229920002581 Glucomannan Polymers 0.000 description 2
- 241000235650 Kluyveromyces marxianus Species 0.000 description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000009508 confectionery Nutrition 0.000 description 2
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N dimethylselenoniopropionate Natural products CCC(O)=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 229940046240 glucomannan Drugs 0.000 description 2
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 description 2
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 description 2
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 description 2
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 2
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 2
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 2
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 2
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 2
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 2
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 description 2
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 229920001817 Agar Polymers 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 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 1
- 108010024636 Glutathione Proteins 0.000 description 1
- 241001138401 Kluyveromyces lactis Species 0.000 description 1
- 239000008272 agar Substances 0.000 description 1
- 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 1
- 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 1
- 102000005936 beta-Galactosidase Human genes 0.000 description 1
- 108010005774 beta-Galactosidase Proteins 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 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
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 235000013365 dairy product Nutrition 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 235000015872 dietary supplement Nutrition 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 239000003995 emulsifying agent Substances 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 1
- 229930182830 galactose Natural products 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 229960003180 glutathione Drugs 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 150000003893 lactate salts Chemical class 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
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 1
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 1
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 235000016046 other dairy product Nutrition 0.000 description 1
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000006041 probiotic Substances 0.000 description 1
- 230000000529 probiotic effect Effects 0.000 description 1
- 235000018291 probiotics Nutrition 0.000 description 1
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 1
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 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
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 239000000052 vinegar Substances 0.000 description 1
- 235000021419 vinegar Nutrition 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
- 229920001285 xanthan gum Polymers 0.000 description 1
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Coloring Foods And Improving Nutritive Qualities (AREA)
Abstract
Semikontinuální zpusob soucasné fermentacní výroby etanolu a nutricne hodnotného komplexu syrovátkových bílkovin a kvasnicné biomasy, pri nemz se syrovátkové médium podrobí v nevetraném fermentoru rízené anaerobní fermentaci kvasnicnými kmeny asimilujícími laktózu, zejména kvasnicným kmenem Fabospora fragilis, prípadne téz Saccharomyces fragilis ci lactis nebo nekterým z kmenu rodu Kluyveromyces ci Candida, prípadne kombinací techto kmenu, po dosazení pozadované koncentrace etanolu ve fermentacním médiu v rozmezí 6 az 10 % hmotn. se cást kompletního prokvaseného média oddelí pro separaci etanolu a komplexu syrovátkových bílkovin a kvasnicné biomasy a zbývající cást doplní dalsím syrovátkovým médiem, po dosazení pozadované koncentrace etanolu se celý proces periodicky opakuje v dalsích cyklech. V jiném provedení muze být sediment syrovátkových bílkovin s kvasnicnou biomasou po odstredení vracen spolecne s cerstvým syrovátkovým médiem zpet do fermentoru pro posílení procesu etanolové fermentace v dalsím cyklu. Získaný komplex syrovátkových bílkovin a kvasnicné biomasy, obsahující 20 az 80 % hmotn. syrovátkových bílkovin a 10 az 80 % hmotn. kvasnicné biomasy, muze být pouzit pri výrobe rady potravinárských produktu, vcetne funkcních potravin a nutraceutik.
Description
Způsob semikontinuální fermentační výroby etanolu, komplexu syrovátkových bílkovin a kvasničné biomasy ze syrovátky
Oblast techniky
Vynález se týká semikontinuálního současného získávání etanolu, nutričně hodnotného komplexu syrovátkových bílkovin a kvasničné biomasy z vysoce koncentrovaných roztoků sladké 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 nejčastěji jako surovina pro oddělení 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. Rovněž jsou použitelné ve farmacii a kosmetice. Po ultrafiltrační separaci bílkovin vzniká deproteinovaná syrovátka obsahující zejména laktózu a minerální látky. Deproteinovaná syrovátka 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
2^166^)47), aminokyselin (JP 58020194, JP 59034894), potravinářských zahušťovacích a emulgačních činidel (US ^44^93, NZ 201321, US ^85^235), kyseliny propionové (AU 3490884, IE 851036L, CA 1256738), xantanové gumy (US mléčnanů (EP Ó|26^409, RU JI12391, US ^95^207) a v nedávné ^434^)78), bioplynu (EP 1^55^059), octa (JP 2002335944), kyseliny mléčné a mléčnanů (EP Ó|26^409, RU 2112391, US ^95^207) a v nedávné době také probiotických přípravků (např. 1^50^947, BG 108769U) nebo laktulózy (např. CN 1324956, RU 2203959).
Řada patentů se týká fermentační výroby etanolu (GB 477863, GB l|49l|405, GB 801274, GB 1^52^18, US ^ifel, RU 2105060, EP 1^04^153, NZ 514253^ EPW41153 a ΕΡ1®18β81). Mléčný cukr laktóza patří mezi obtížně asimilovatelné a Λ 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 fragilis, kmeny rodu Kluyveromyces, zejména K. marxianus a K. lactis, některé kmeny rodu Candida, zejména C. pseudotropicalis, nebo Fabospora fragilis.
Řada patentů chrání také fermentační výrobu kvasničné biomasy s využitím laktózy jako zdroje uhlíku a energie (např. E^050066, C^29^82).
Vzhledem k malé asimilovatelnosti laktózy a tudíž nízké efektivitě její konverze na metabolické produkty je však většina fermentačních technologií zmíněných výše málo efektivní pro průmyslové využití.
Podstata vynálezu
Výše uvedené nedostatky odstraňuje nový semikontinuální způsob současné fermentační výroby etanolu, nutričně hodnotného komplexu syrovátkových bílkovin a kvasničné biomasy ze zahuštěné kompletní syrovátky, nebo syrovátkového media připraveného rozpuštěním sušené syrovátky ve vodě, podle vynálezu, jehož podstata spočívá vtom, že se syrovátkové médium podrobí v nevětraném fermentoru řízené anaerobní fermentaci kvasničnými kmeny asimilujícími laktózu, při teplotě 20 až 45 °C a hodnotě pH 4 až 6, v jejímž průběhu se převážná většina ze 4 až 20 % hmotn. přítomné laktózy přemění na etanol o koncentraci v rozmezí 6 až 10 % hmotn. v médiu, načež se část kompletního prokvašeného média oddělí pro separaci etanolu a sedimentu syrovátkových bílkovin s kvasničnou biomasou a zbývající část doplní čerstvým syrovátkovým médiem a po dosažení požadované koncentrace etanolu se celý proces periodicky opakuje.
• ·
Způsob podle vynálezu je charakterizován tím, že anaerobní fermentace probíhá za působení zejména kvasničným kmenem Fabospora fragilis, případně též Saccharomyces fragilis či lactis nebo některým z kmenů rodu Kluyveromyces či Candida, případně kombinací těchto kmenů.
Způsob podle vynálezu je také charakterizován tím, že etanol je z prokvašeného média odebíraného v průběhu a po ukončení semikontinuální fermentace oddělen destilací, nanofiltrací či pervaporací jako jeden z konečných produktů.
Způsob podle vynálezu je dále charakterizován tím, že sediment syrovátkových bílkovin s kvasničnou biomasou je z prokvašeného média odebíraného v průběhu a po ukončení semikontinuální fermentace oddělen odstředěním jako další konečný produkt.
Způsob podle vynálezu je charakterizován též tím, že sediment syrovátkových bílkovin s kvasničnou biomasou je po odstředění vracen společně s čerstvým syrovátkovým médiem zpět do fermentoru pro posílení procesu etanolové fermentace v dalším cyklu.
Nutričně hodnotný komplex syrovátkových bílkovin a kvasničné biomasy vyrobený způsobem podle vynálezu je také podstatou vynálezu, která spočívá v tom, že komplex obsahuje 20 až 80 % hmotn. syrovátkových bílkovin a 10 až 80 % hmotn. kvasničné biomasy.
Způsobem podle vynálezu získaný sediment syrovátkových bílkovin s kvasničnou biomasou po odstředění může být vracen společně s čerstvým syrovátkovým médiem zpět do fermentoru pro posílení procesu etanolové fermentace v dalším cyklu.
Vzniklý etanol je z odebrané části prokvašeného média oddělen destilací, pervaporací nebo nanofiltrací. Tímto způsobem vyrobený etanol je velmi kvalitní a může být využit například jako potravinářský líh nebo bioetanol do palivových směsí.
Komplex syrovátkových bílkovin s kvasničnou biomasou, získaný způsobem podle vynálezu, je z odebrané části prokvašeného média oddělen odstředěním jako další produkt.
Koncentrát syrovátkových bílkovin je zdrojem vysoce ceněných kvalitních bílkovin s nadprůměrným obsahem větvených aminokyselin. Kromě syrovátkových bílkovin obsahuje produkt kvasničnou biomasu v množství 10 až 80 % hmotn., která
mu dodává řadu nutričně významných látek, jako jsou beta-glukany, glukomananový komplex, vitaminy skupiny B, esenciální stopové prvky v biologické vazbě, nebo glutation. Některé složky kvasničné biomasy, jako jsou např. nukleové kyseliny, mohou také přispívat ke zvýšení senzorické kvality produktu.
Způsob podle vynálezu poskytuje nový levnější postup současné výroby koncentrátu syrovátkových bílkovin, obohaceného kvasničnou biomasou s vysokým obsahem nutričně významných složek a etanolu jako druhého produktu.
Dále se způsobem podle vynálezu zpracuje velké množství syrovátky, která je jinak obtížně zpracovatelným vedlejším produktem, ale s vysokým obsahem nutričně významných látek.
Následující příklady provedení způsob podle vynálezu pouze dokládají, aniž by ho jakkoliv omezovaly.
Příklady provedení rynáičzu
Příklad 1
Laboratorní pokus litr sterilního média obsahujícího 20 % hmotn. sušené syrovátky ELIGO, a.s. v EM baňce o objemu 2 litry bylo inokulováno ze šikmého agaru kulturou Fabospora fragilis CCY 51-1-5, S - 2423333 ze sbírky Výzkumného ústavu potravinářského v Praze, v.v.i. Sušená syrovátka ELIGO, a.s. obsahuje přibližně 75 % hmotn. laktózy a 12 % hmotn. bílkovin.
Následující anaerobní fermentace probíhala na stolní rotační třepačce GFL 1083 (GFL Gesellschaft Labortechnik) při 180 kyvech za minutu při absenci větrání, teplotě 30 °C a hodnotě pH 5 až 6. Po 51 hodinách fermentace, když refrakce Rf klesla z původní hodnoty 18,5 na hodnotu 8,5 % a koncentrace etanolu byla 9,02 % objem., byl ukončen 1. fermentační cyklus. V tomto rozsahu koncentrací je hodnota Rf úměrná koncentraci laktózy v médiu a je jí možno použít jako rychlý orientační test pro řízení fermentace. Druhý fermentační cyklus byl iniciován přídavkem dalšího litru sterilního 20% hmotn. vodného roztoku syrovátky ELIGO, a.s. k prokvašenému médiu. Snížením již inhibiční koncentrace etanolu došlo k obnovení fermentačního procesu. Druhý fermentační cyklus byl ukončen po 23 hodinách, kdy hodnota Rf klesla z původních 14,9 na hodnotu 12 %, při koncentraci etanolu 7,41 % objem. Po ukončení 2. fermentačního cyklu byl odebrán 1 litr prokvašeného média, • ·
uschován v chladnici pro další zpracování a nahrazen 1 litrem sterilního 20% hmotn. vodného roztoku syrovátky ELIGO, a.s., čímž byl iniciován 3. fermentační cyklus. Třetí fermentační cyklus byl ukončen po 53 hodinách, kdy hodnota Rf klesla z původních 15,4 na hodnotu 10,5 %, při koncentraci etanolu 8,38 % objem. Opět byl odebrán 1 litr prokvašeného média, uschován v chladnici a nahrazen 1 litrem sterilního 20% hmotn. vodného roztoku syrovátky ELIGO, a.s., čímž byl iniciován 4. fermentační cyklus. Čtvrtý, poslední fermentační cyklus, byl ukončen po 42 hodinách, kdy hodnota Rf klesla z původních 14,8 na hodnotu 11,1 %, při koncentraci etanolu 7,56 % objem. Po ukončení 4. fermentačního cyklu byl celý objem prokvašeného média spojen s dříve odebranými frakcemi prokvašeného média z předchozích cyklů a použit pro oddělení sedimentu, obsahujícího směs vysrážených syrovátkových bílkovin s kvasničnou biomasou odstředěním a následnou destilaci etanolu ze získaného supernatantu. Sediment byl usušen lyofilizací.
Výsledky a hodnocení fermentačního pokusu:
Tabulka 1: průběh 1. fermentačního cyklu (1 litr 20% hmotn. syrovátky)
| Doba fermentace | Refrakce | Koncentrace etanolu | PH |
| (h) | Rf% | EtOH % (obj./obj.) | |
| 0 | 18,5 | 0 | 5,94 |
| 21 | 13,5 | 4,33 | 5,13 |
| 27 | 11,5 | 5,85 | 5,05 |
| 45 | 8,5 | 8,13 | 5,02 |
| 51 | 8,5 | 9,02 | 5,01 |
Tabulka 2: průběh 2. fermentačního cyklu (přídavek 1 litru 20% hmotn. syrovátky)
| Doba fermentace | Refrakce | Koncentrace etanolu | PH |
| (h) | Rf% | % (obj./obj.) | |
| 0 | 14,9 | 4,18 | 5,36 |
| 18 | 12,5 | 6,15 | 5,23 |
| 23 | 12,0 | 7,41 | 5,23 |
Tabulka 3: průběh 3. fermentačního cyklu (1 litr původní kultury + 1 litr 20% hmotn. syrovátky)
| Doba fermentace | Refrakce | Koncentrace etanolu | pH |
| .. -.......... (h) | Rf% | % (obj./obj.) |
• ·
| 0 | 15,4 | 3,09 | 5,44 |
| 17 | 14,5 | 3,90 | 5,48 |
| 24 | 12,5 | 5,51 | 5,33 |
| 30 | 12,0 | 6,21 | 5,32 |
| 48 | 10,5 | 7,48 | 5,27 |
| 54 | 8,38 |
Tabulka 4: průběh 4. fermentačního cyklu (1 litr původní kultury + 1 litru 20% hmotn.
syrovátky)
| Doba fermentace | Refrakce | Koncentrace etanolu | pH |
| (h) | Rf% | % (obj./obj.) | |
| 0 | 14,8 | 4,10 | 5,47 |
| 18 | 12,5 | 6,04 | 5,35 |
| 24 | 12,1 | 5,23 | 5,37 |
| 42 | 11,1 | 7,56 | 5,28 |
.......................
A, 'X
......
Cyklus 1
20,0
18,0
16,0 *
14,0
12,0
Cyklus 2 *>.EtOH% (obj,/obj.)
........................................................................................ x.....................................
........................................:»-« ***
............................................................,***.............................................
10,0 ž? 8,o :
6,0
4,0 >-·“
2,0 or o
10 40 50
Doba fermentace (h)
0,0 o
20,0
16,0 ho :
12,0 j
10,0
Doba fermentace (h)
Cyklus 3
Cyklus 4
20,0
18,0
......
X.................
......*, •«-•EtOH% (obj,/ob).i
16,0
110 ♦»»EtOH%(ob),/obj.)
10,0 ;
..............
4,0 '...................
2,0 ;
6,0 ·
4,0 ♦· *
2,0
0,0 o
0,0 o
Doba fermentace (h)
Dobafermentoni (h)
......................................^.98.' ·· ··· ·
Obr. 1: Grafické znázornění průběhu fermentačních cyklů 1 až 4
Vypočtené parametry fermentačního pokusu:
Výtěžnost kvasničné biomasy Fabospora fragilis z laktózy: Υχ/s = 0,13
Celková výtěžnost etanolu z laktózy: Υχ/s = 0,58
Produktivita tvorby etanolu:
1. cyklus: 1,40 g.l·1.h'1
2. cyklus: 1,11 g.l’1.h’1
3. cyklus: 0,77 g.r1.h'1
4. cyklus: 0,65 g.l’1.h'1
Získané produkty:
Roztok etanolu: 520 g, 60 % hmotn., výborné senzorické vlastnosti
Bílkovinný koncentrát: 217 g ve formě prášku světle béžové barvy příjemných senzorických vlastností bez kvasničné pachutě
Složení bílkovinného koncentrátu:
Celkový obsah bílkovin: 55,93 % hmotn.
Syrovátkové bílkoviny: 39,7 % hmotn.
Kvasničné biomasa: 32,5 % hmotn.
Laktóza: 14,75 % hmotn.
Minerální látky: 7,47 % hmotn.
Voda: 5,58 % hmotn.
Pozn.: Promytím získaného sedimentu vodou a opětovným odstředěním lze odstranit podstatnou část laktózy a solí a navýšit celkový obsah bílkovin produktu až na přibližně 70 % hmotn.
Příklad 2
Poloprovozní ověření technického řešení
Kultivace probíhala ve sterilním 20% hmotn. syrovátkovém médiu při teplotě °C, hodnotě pH 5,3 až 6,0 ve čtyřech cyklech. Syrovátkové médium bylo připra• ·
véno ze sušené syrovátky ELIGO, a.s. Objem fermentačního média byl po celou dobu fermentace udržován na hodnotě 100 litrů. Po poklesu refrakce na hodnotu Rf 9% bylo vždy odebráno 50 litrů prokvašeného média. Z odebraného podílu prokvašeného média byl odstředěním na talířové odstředivce WESTFALIA separator SC 6-06076 oddělen sediment obsahující směs vysrážených syrovátkových bílkovin a kvasničné biomasy, který byl vrácen zpět do fermentoru. Vracením tohoto sedimentu do fermentačního média byla do fermentoru zpětně dávkována vitální kvasničná biomasa, která zvyšovala rychlost produkce etanolu z laktózy ve fermentoru. Supematant byl uschován v chladnici pro destilaci etanolu. Po vrácení sedimentu do fermentoru byl celkový objem fermentačního média vždy doplněn na původní hodnotu 100 I přídavkem sterilního 20% hmotn. vodného roztoku syrovátky ELIGO, a.s.
V průběhu celé fermentace bylo spotřebováno celkově 35 kg sušené sladké syrovátky, postupně dávkované v jednotlivých cyklech (viz Tabulka 5). V průběhu fermentace byly odebírány vzorky prokvašeného média pro stanovení refrakce. Refrakce je v určitém koncentračním rozsahu úměrná obsahu laktózy a lze jí použít jako rychlý test obsahu laktózy a při správném průběhu fermentace také obsahu etanolu ve fermentačním médiu. První fermentační cyklus trval přibližně 44 hodin, každý další cyklus 22 až 24 hodin. Celková doba fermentace byla 113 hodin. Po ukončení
4. fermentačního cyklu byl celý objem prokvašeného média použit pro oddělení sedimentu komplexu syrovátkových bílkovin a kvasničné biomasy odstředěním. Odstředěný sediment byl následně usušen v rozprašovací sušárně Vzduchotorg. Supernatant po odstředění byl spojen se supematanty získanými v předchozích cyklech a použit pro rektifikační destilaci etanolu.
Výsledky a hodnocení fermentačního pokusu:
Tabulka 5: Bilance syrovátkových bílkovin v průběhu poloprovozní fermentace
| Přídavek sušené syrovátky (kg) | Celkový obsah syrovátkových bílkovin ve fermentoru (kg) | |
| I. cyklus (rozkvašováni) | 15,0 | 1,80 |
| II. cyklus | 7,5 | 2,70 |
| III. cyklus | 7,5 | 3,60 |
| IV. cyklus (dokvašování) | 5,0 | 4,20 |
• · · · ·
Vypočtené parametry poloprovozního fermentačního pokusu:
Celková výtěžnost kvasničné biomasy Fabospora fragilis z laktózy: Υχ/s =0,13 Celková výtěžnost etanolu z laktózy: Υχ/s = 0,39
Celková produktivita tvorby etanolu: 0,9 g.r1.h’1
Získané produkty:
Roztok etanolu: 17 kg, 60 % hmotn., příjemné senzorické vlastnosti Bílkovinný koncentrát: 11,1 kg ve formě prášku světle béžové barvy příjemných senzorických vlastností bez kvasničné pachutě
Složení bílkovinného koncentrátu:
Celkový obsah bílkovin: 50,5 % hmotn. Syrovátkové bílkoviny: 36,0 % hmotn. Kvasničná biomasa: 28,8 % hmotn.
Laktóza: 17,1 % hmotn. Minerální látky: 13,5 % hmotn. Voda: 4,6 % hmotn.
Pozn.: Promytím získaného sedimentu vodou a opětovným odstředěním lze odstranit podstatnou část laktózy a solí a navýšit celkový obsah bílkovin produktu až na téměř 70 % hmotn.
Průmyslová využitelnost
Komplex syrovátkových bílkovin a kvasničné biomasy vyrobený novým způsobem obsahuje vysoce ceněné syrovátkové bílkoviny s nadprůměrným obsahem větvených aminokyselin a řadu nutričně významných látek kvasničné biomasy, jako jsou beta-glukany, glukomananový komplex, vitaminy skupiny B, esenciální stopové prvky v biologické vazbě nebo glutation. Kromě vysoké nutriční hodnoty vyniká tento komplex také příznivými senzorickými vlastnostmi. V zahuštěné či suché formě může být tento produkt použit do široké škály potravinářských produktů, včetně funkčních potravin. V hydrolyzované formě může být zdrojem tzv. biologicky aktivních peptidů, které mohou být využity také pro výrobu nutraceutik.
Etanol vyrobený anaerobní fermentací novým způsobem může být využit zejména jako kvalitní potravinářský líh, případně jako palivový bioetanol.
Zbytky laktózy, obsažené v odpadním roztoku po destilaci etanolu, mohou sloužit jako podpora funkce čistírny odpadních vod, zvláště pro produkci bioplynu.
Claims (6)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Způsob semikontinuální současné fermentační výroby etanolu, nutričně hodnotného komplexu syrovátkových bílkovin a kvasničné biomasy ze syrovátkového media připraveného zahuštěním syrovátky, nebo rozpuštěním sušené syrovátky ve vodě, vyznačující se tím, že se syrovátkové médium podrobí v nevětraném fermentoru řízené anaerobní fermentaci kvasničnými kmeny asimilujícími laktózu, při teplotě 20 až 45 °C a hodnotě pH 4 až 6, v jejímž průběhu se převážná většina ze 4 až 20 % hmotn. přítomné laktózy přemění na etanol o koncentraci v rozmezí 6 až 10 % hmotn. v médiu, načež se část kompletního prokvašeného média oddělí pro separaci etanolu a sedimentu syrovátkových bílkovin s kvasničnou biomasou a zbývající část doplní čerstvým syrovátkovým médiem a po dosažení požadované koncentrace etanolu se celý proces periodicky opakuje.
- 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že anaerobní fermentace probíhá za působení zejména kvasničným kmenem Fabospora fragilis, případně též Saccharomyces fragilis či lactis nebo některým z kmenů rodu Kluyveromyces či Candida, případně kombinací těchto kmenů.
- 3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že etanol je z prokvašeného média odebíraného v průběhu a po ukončení semikontinuální fermentace oddělen destilací, nanofiltrací či pervaporací jako jeden z konečných produktů.
- 4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že sediment syrovátkových bílkovin s kvasničnou biomasou je z prokvašeného média odebíraného v průběhu a po ukončení semikontinuální fermentace oddělen odstředěním jako další konečný produkt.
- 5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že sediment syrovátkových bílkovin s kvasničnou biomasou je po odstředění vracen společně s čerstvým syrovátkovým médiem zpět do fermentoru pro posílení procesu etanolové fermentace v dalším cyklu.
- 6. Nutričně hodnotný komplex syrovátkových bílkovin a kvasničné biomasy vyrobený způsobem podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje 20 až 80 % hmotn. syrovátkových bílkovin a 10 až 80 % hmotn. kvasničné biomasy.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20120171A CZ303827B6 (cs) | 2012-03-09 | 2012-03-09 | Zpusob semikontinuální fermentacní výroby etanolu, komplexu syrovátkových bílkovin a kvasnicné biomasy ze syrovátky |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20120171A CZ303827B6 (cs) | 2012-03-09 | 2012-03-09 | Zpusob semikontinuální fermentacní výroby etanolu, komplexu syrovátkových bílkovin a kvasnicné biomasy ze syrovátky |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2012171A3 true CZ2012171A3 (cs) | 2013-05-15 |
| CZ303827B6 CZ303827B6 (cs) | 2013-05-15 |
Family
ID=48239440
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20120171A CZ303827B6 (cs) | 2012-03-09 | 2012-03-09 | Zpusob semikontinuální fermentacní výroby etanolu, komplexu syrovátkových bílkovin a kvasnicné biomasy ze syrovátky |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ303827B6 (cs) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ307300B6 (cs) * | 2012-05-21 | 2018-05-23 | Výzkumný ústav potravinářský Praha, v.v.i. | Průmyslový mikrobiální kmen Kluyveromyces marxianus CCM 8390 Urban et Adamek (2011/1) |
| 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 |
| CZ307416B6 (cs) * | 2014-05-22 | 2018-08-08 | Výzkumný ústav potravinářský Praha, v.v.i. | Způsob kombinované dvoustupňové fermentace rostlinných šťáv a deproteinované syrovátky |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB801274A (en) * | 1954-12-04 | 1958-09-10 | Genatosan Ltd | Improvements in or relating to the production of alcohol by fermentation |
| CS182171B1 (en) * | 1976-09-13 | 1978-04-28 | Lubomir Adamek | Method for production of protein concentrates |
| US4617861A (en) * | 1982-10-07 | 1986-10-21 | Fermentation Engineering, Inc. | Whey treatment apparatus |
| EP1041153B1 (en) * | 1997-12-22 | 2003-09-24 | Quinta dos Ingleses, Agro-Industria, Lda. | Cheese whey treatment and valorisation process with continuous ethanolic fermentation |
| CZ299782B6 (cs) * | 2006-01-11 | 2008-11-19 | Výzkumný ústav potravinárský Praha, v.v.i. | Zpusob fermentacní výroby etanolu a/nebo kvasnicné biomasy |
| CZ23822U1 (cs) * | 2012-03-09 | 2012-05-17 | Výzkumný ústav potravinárský Praha, v.v.i. | Nutričně hodnotný komplex syrovátkových bílkovin a kvasničné biomasy |
-
2012
- 2012-03-09 CZ CZ20120171A patent/CZ303827B6/cs not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ303827B6 (cs) | 2013-05-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Spalatelu | Biotechnological valorisation of whey | |
| Tse et al. | Value-added products from ethanol fermentation—A review | |
| CN109504719A (zh) | 一种提高谷氨酸产酸率及提取率的方法 | |
| Hajar-Azhari et al. | Evaluation of a Malaysian soy sauce koji strain Aspergillus oryzae NSK for γ-aminobutyric acid (GABA) production using different native sugars | |
| Sakarika et al. | Production of microbial protein from fermented grass | |
| Piwowarek et al. | Use of Propionibacterium freudenreichii T82 strain for effective biosynthesis of propionic acid and trehalose in a medium with apple pomace extract and potato wastewater | |
| US20200109428A1 (en) | Process for producing high protein biomass from starch-containing cereal materials by yeast strains | |
| Wang et al. | Fermentative L-(+)-lactic acid production from defatted rice bran | |
| Beniwal et al. | Physiological growth and galactose utilization by dairy yeast Kluyveromyces marxianus in mixed sugars and whey during fermentation | |
| Krzywonos et al. | High density process to cultivate Lactobacillus plantarum biomass using wheat stillage and sugar beet molasses | |
| Płoska et al. | Obtaining bacterial cellulose through selected strains of acetic acid bacteria in classical and waste media | |
| Piwowarek et al. | Propionic acid production from apple pomace in bioreactor using Propionibacterium freudenreichii: an economic analysis of the process | |
| Kachrimanidou et al. | Valorization of grape pomace for Trametes versicolor mycelial mass and polysaccharides production | |
| Sitepu et al. | Ethanol production in switchgrass hydrolysate by ionic liquid-tolerant yeasts | |
| Tse et al. | Changes in bacterial populations and their metabolism over 90 sequential cultures on wheat-based thin stillage | |
| CZ2012171A3 (cs) | Zpusob semikontinuální fermentacní výroby etanolu, komplexu syrovátkových bílkovin a kvasnicné biomasy ze syrovátky | |
| Sunish et al. | Microbial biomass | |
| US20140206058A1 (en) | Systems and methods for improving stillage | |
| Elhalis | Expanding the horizons of saccharomyces cerevisiae: Nutrition, oenology, and bioethanol production | |
| CN102433288B (zh) | 一种产鸟氨酸的菌株及用该菌株生物合成鸟氨酸的方法 | |
| Sun et al. | Simultaneous production of single cell protein and killer toxin by Wickerhamomyces anomalus HN1-2 isolated from mangrove ecosystem | |
| Yao et al. | Effects of fermentation substrate conditions on corn–soy co-fermentation for fuel ethanol production | |
| Natesuntorn et al. | Selection of protein-rich Saccharomyces cerevisiae from sugarcane mills in Thailand for feed and food applications | |
| Rachamontree et al. | Selection of Pichia kudriavzevii strain for the production of single-cell protein from cassava processing waste | |
| Liu et al. | Effect of pH and aeration rate on the production of destruxins A and B from Metarhizium anisopliae |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20200309 |